Диссертация (1136166), страница 57
Текст из файла (страница 57)
При необходимости, можно использовать балласт с произвольнымсопротивлением, однако при этом максимальное входное напряжение не должно вызыватьпревышение максимально допустимого прямого тока через диоды.Рис. 4.3. Принципиальная электрическая схема ТРЭСМаксимально допустимое входное напряжение для ТРЭС определяется предельнодопустимыми обратным напряжением и прямым током. Для выбранных по справочнику254[172] импульсных диодов Д310 предельное обратное напряжение составляет 20 В, прямойток — 0,5 А. При значении балластного сопротивления 100 Ом ток, равный 0,5 А, будетобеспечиваться при напряжении 50 В. Таким образом, первостепенную роль играетобратноенапряжение.Посколькупопарнуюидентичностьдиодоввплечахвыпрямительного моста гарантировать нельзя, то максимальное входное напряжениецелесообразно ограничить уровнем 20 В.Исходя из этих соображений, в качестве индикаторной головки V был выбранвольтметр М4203/2 с пределом измерений 15 В и активным сопротивлением 16,5 кОм.Номиналы R1 и C1 следует выбирать на основе предполагаемой частоты сигнала.
С учетомтребований по стабильности показаний и подразумеваемой периодичности сигналовследует принять, что напряжение на емкости С1 за период сигнала на входе детектораизменяется пренебрежимо мало. Такой подход аналогичен использованному при анализесвойств квазипикового детектора (см. раздел 2.2). Чтобы частотные свойства диодов невлияли на результат детектирования, необходимо, чтобы постоянная времени цепидетектора была намного больше времени обратного восстановления, равного 0,1 мкс.Примем, что частота входного синусоидального сигнала равна 250 кГц, тогдавыпрямленное напряжение будет иметь частоту 500 кГц и период 2 мкс.Зададим значение постоянной времени τ = 150 мс, учитывая параллельноевключение конденсатора C1 и вольтметра V.
Тогда имеем C1R1 RV. Поскольку,R1 RVпредположительно, RV >> R1, имеем C1 R1 . Используя ряды стандартных номиналов,выберем значение C1 = 0,47 мкФ, R1 = 330 Ом. Отсюда получаемR1 RV= 324 Ом иR1 RVτ = 162 мкс. Это значение постоянной времени заряда емкости детектора приподключении постоянного напряжения. Постоянная времени разряда емкости детекторасоставит C1 RV , т.е. 8,25 мс. Соотношение постоянных времени разряда и зарядаприближенно равно 50, что свидетельствует в пользу заявленной функциональностидетектора для рассматриваемых частот.Механическая постоянная времени индикаторной головки не учитывается,поскольку важно конечное её показание, а не динамика выхода на него.
В моментпоявления сигнала на входе устройства емкость С1 в соответствии с законами коммутациибудет замкнута накоротко, поэтому резисторы Rб и R1 оказываются соединеннымипараллельно, что приводит к кратковременному броску тока по отношению к егостационарному значению. Для неизменного входного напряжения он составит около 30 %от установившегося значения, а входное сопротивление устройства в начальный момент255времени будет равно 76,7 Ом. Показание измерительной головки оценивается по формулеUП RV (U В 2U Д )R1 RV, где UВ — амплитуда входного напряжения, UД — среднее прямоенапряжение на диодах выпрямительного моста, для диодов Д310 равное 0,5 В [172].Подключение пикового детектора к источнику сигнала выполняется черезBNC-разъем.
Аналогичный разъем целесообразно предусмотреть для вывода напряженияна вольтметре на внешние регистрирующие устройства.Рассмотрим теперь конструкцию ТРЭС. Печатный узел выполнен на основе изодностороннего стеклотекстолита толщиной 1,5 мм в сетке с шагом 5 мм. Размеры платысоставляют 50 х 100 мм. Диаметр монтажных отверстий — 1 мм, крепежных,расположенных по углам платы, — 3 мм. Диаметр контактных площадок составлял2,5 мм. Плата изготавливалась травлением заготовки со сплошным медным покрытием врастворе треххлористого обезвоженного железа с нагревом до 50 0С. Маска наносиласьцапонлаком при помощи маркера для разметки печатных плат после предварительногообезжиривания ацетоном. Время травления составляло около 40 мин в растворе сдостижением предельной растворимости, после травления плата отмывалась в воде,цапонлак удалялся ацетоном.
Дорожки и контактные площадки были залужены.Трассировка проводников приведена на рис. 4.4, где также условно обозначенымонтируемые на плату элементы. Расстояние между контактными площадками длямонтажа каждого из элементов выбиралось в соответствии с конструкцией корпуса сучетом рекомендаций [173] по формовке выводов и установке элементов на печатныеплаты. В правой по рис.
4.4 части платы расположен фрагмент контура из печатногопроводника, сделанный намеренно. Пайка элементов на плату выполнялась припоемПОС-61 с использованием сосновой канифоли.Рис. 4.4. Топология печатной платы ТРЭС (вид со стороны установки элементов)11711034583430256Рис.
4.5. Эскиз конструкции нижней части корпуса ТРЭСКонструкция ТРЭС предусматривает использование корпуса, состоящего из двухсимметричных половин, скрепляемых четырьмя винтами. Печатный узел устанавливалсяпроводниками вниз на полые латунные стойки шестигранного сечения с внутреннейрезьбой М2,5. Для удобства использования изделия они крепились винтами с потайнойголовкой. Эскиз конструкции нижней части корпуса ТРЭС, поясняющий расположениеэлементов, приведен на рис.
4.5, где также показаны установочные и прочие размеры.Центры входного и выходного байонетных разъемов расположены на удалении 13 мм отвнешней части корпуса. Толщина стенок составляет 3,5 мм. Корпус выполнен изполимерного материала, для которого значение диэлектрической проницаемостисоставляет 5. Индикаторная головка установлена на верхней половине корпуса; на рис.
4.5показан её контур, полученный проекцией на плоскость нижней части корпуса.Подведение входного сигнала к выпрямительному мосту выполняется с помощьюотрезка коаксиального кабеля. Другие необходимые соединения выполнены проводомМГТФ сечением 0,075 мм2. Крепление вольтметра к верхней крышке корпусавыполнялось при помощи предусмотренных конструкцией винтов (дополнительносм. фотографии в протоколе №7 приложения 2).257Сопоставление результатов расчета и моделирования.
Расчет интенсивностиизлучения ТРЭС, а также её экспериментальная оценка выполнялись для двух ориентацийТРЭС по отношению к измерительной антенне — боковой и лицевой, как это показано нарисунках протокола №7 (см. Приложение 2). При расчете интенсивности излученийследует учитывать синфазность токов, текущих в проводниках в противоположныхнаправлениях, которая приводит к значительному ослаблению излучения. Посколькупечатная плата ТРЭС имеет один слой трассировки, то оценивать это ослабление следуетс использованием формул, приведенных в разделе 3.4.Перед выполнением оценки эмиссии радиопомех целесообразно провестикачественный анализ схемы устройства, по результатам которого для входногосинусоидального воздействия можно сделать следующие выводы.1.
Схема детектора с точки зрения циркуляции токов может быть подразделена натри части. Первая из них включает в себя входной разъем, участок коаксиального кабеля,печатные проводники, соединяющие входные контактные площадки с выпрямительныммостом.Внейтечеттоксинусоидальнойформысчастотой,равной250 кГц. Вторая часть включает в себя диоды в одном либо в другом плечевыпрямительного моста в зависимости от текущей полярности входного напряжения, атакже печатные проводники, соединяющие выпрямительный мост с балластнымрезистором.
В остальной части схемы, содержащей детектор и измерительную головку, вустановившемся режиме текут значительно меньшие по уровню токи, поэтому эту частьсхемы следует исключить из рассмотрения.2. В первой части схемы ток имеет только одну, основную гармонику, поэтомуанализ излучений следует производить именно для этой частоты. Во второй части схемыток имеет форму, близкую к модулю синусоиды, и удвоенную частоту.
Исходя из этого,для равной 250 кГц частоты основной гармоники входного сигнала оценку эмиссиирадиопомех будем проводить на частотах 250, 500, 750, 1000, 1250, 1500 кГц,ограничиваясь частотой третьей гармоники выпрямленного тока.3. Поскольку априори длина волны значительно превышает длину проводниковТРЭС и его геометрические размеры, то токи, текущие в устройстве в противоположныхнаправлениях, создают взаимно ослабляющие поля. Как было показано в разделе 3.4,данное ослабление для копланарной линии определяется коэффициентом синфазности,который составляет 2f 0b cos( ) sin() / c .
Максимальное значение φ соответствуетмаксимальному взаимному удалению проводников, по которым текут противофазныетоки. При значениях α = 0, β = π/2 для максимального разнесения в плоскостипроводников, образующих копланар, равного b = 0,04 м и для частоты, равной 1500 кГц,258значение коэффициента расфазировки составляет φ = 4,71∙10-4, что соответствуетослаблению излучения на 66,5 дБ относительно одиночного проводника. Таким образом,несмотря на то, что длина некомпенсированных в части излучения участков проводникабудет на порядок меньше их общей длины, именно такие участки будут определятьинтенсивность излучения ТРЭС на частотах анализа.Амплитуда тока, возбуждающего излучение, должна рассчитываться с учетомпадения напряжения на диодах выпрямительного моста.
Согласно [172], постоянноепрямое напряжение для диодов Д310 оно составляет около 0,5 В, поэтому на балластномрезисторе амплитуда выпрямленного напряжения составит около 4 В при амплитудевходного напряжения, равной 5 В. Результаты расчета, приводимые ниже, получены длясопротивления балластного резистора, равного 99,7 Ом, использовавшегося в ТРЭС.На частоте 250 кГц излучает только первая часть схемы в соответствии свведенным выше разбиением. Исходя из конструкции устройства, эскиз которой показанна рис. 4.5, в данном случае некомпенсированным оказывается ток, протекающий поцентральной жиле участка коаксиального кабеля длиной 0,01 м, расположенного подпечатной платой. На указанной частоте на удалении 1 м он создает напряженность поля(здесь и далее рассматриваются только компонент E (t ) ) около 81,6 дБмкВ/м свободномпространстве при расчете по (3.7).
Для боковой ориентации ТРЭС для всех случаев можносчитать, что электромагнитное поле ослабляется дополнительно только при проходе черездиэлектрический корпус устройства. В этом случае, согласно рис. 3.28, суммарноедополнительное ослабление составит 0,7 дБ. Таким образом, расчетное пиковое значениенапряженности поля составит 80,9 дБмкВ/м.При фронтальной ориентации ТРЭС суммарное дополнительное ослаблениеувеличивается на 0,5 дБ, что связано с прохождением электромагнитных волн черезоснование печатного узла (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
