Н.С. Шляпников - учебное пособие (560564), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Несколько проводников, объединенных в жгут, могут иметь как общийэкран, так и индивидуальные экраны в виде экранирующих оплеток.Из компонентов элементной базы защиты экранированием требуют чаще всегомоточные изделия' катушки индуктивности, трансформаторы, дроссели, обмотки реле.Катушки индуктивности, работающие в мегагерцевом диапазоне частот, обычно не имеютмагнитных сердечников и обладают полем, распространяющимся далеко за габаритныеразмеры катушки. Применение экранов позволяет уменьшить объем пространства длянормального функционирования катушки, уменьшить влияние ее поля на соседниеэлементы, повысить плотность компоновки. Из-за поглощения части энергии материаломэкрана параметры катушки необходимо скорректировать.
Экранирование дросселей итрансформаторов требуется при использовании повышенных рабочих частотэлектропитания (более 100 Гц). Активные элементы в виде полупроводниковых диодов,транзисторов, микросхемвбольшинствеслучаев нецелесообразно защищатьиндивидуальными экранами Предпочтительно помещать в такой экран весьфункциональный узел, например, на печатной плате Необходимость в этом увеличивается,если схема содержит усилительные каскады с большим коэффициентом усиления Присоздании микроэлектронной аппаратуры естественно желание объединить функции экранаи корпуса.
Корпус микроблока или микросборки становится внешним экраном Выборматериала диктуется, с одной стороны, эффективностью защиты, а с другой стороны —производственными условиями, удобством изготовления, возможностью механизациитруда и, наконец, просто механической прочностью конструкции. Слагаемые размеровэкрана представлены на рис. 7.1 и 7.2.Рис. 7.1. Компоновочные размеры экранированного электронного устройстваПрежде всего, размеры экрана зависят от габаритных размеров объекта экранированияX, Y, Z Далее, между объектом экранирования и внутренней поверхностью экрана должныбыть гарантированные зазоры XI, Х2, Yl, Y2, Zl, Z2, обеспечивающие удобство сборки,электрическую прочность монтажа, тепловой режим и другие условия, необходимые длянормального функционирования устройства.
Толщины стенок экрана ХТ1, ХТ2, YT1, YT2,ZT1, ZT2 будут определятся эффективностью подавления помехи, механическойпрочностью конструкции, удобством закрепления и размещения на объекте.Рис. 7.2. Габаритные рамеры экранированного устройстваУ экрана имеется функциональная поверхность с размерами XF, YF, ZF (одна илинесколько), через которую (которые) осуществляется связь экранированной части РЭС свнешними цепями и устройствами: кабельный и жгутовой вводы через разъемныеконтакты, элементы закрепления экрана на объекте. Окончательные размеры находятся какВ самом общем виде РЭС защищается от электромагнитных полей металлическимэкраном в виде замкнутой оболочки.
Однако в электромагнитной обстановке можетнаблюдаться преобладание отдельного вида поля. Поэтому при поиске оптимальнойконструкции следует различать:> магнитные экраны для подавления магнитной составляющей поля помехи;> электростатические экраны для подавления электрической составляющей поляпомехи;> электромагнитные экраны для подавления обоих составляющих поля помехи.Принцип работы магнитного экрана показан на рис. 7.3. Магнитный поток от источникапомехи замыкается в толще экрана и лишь частично попадает в пространстворадиоэлектронного устройства.
Чем больше магнитная проницаемость материала экрана,тем большая часть энергии магнитной составляющей поля будет сосредоточиваться втолще экрана. Поэтому наибольшей эффективностью будут обладать конструкции,изготовленные из ферромагнетиков: железа (Fe), никеля (Ni), кобальта (Со), гадолиния(Gd). Корпусы приборов и устройств, выполненные из немагнитных материалов, таких каксплавы алюминия (АМг, АМц, Д16), магния (МА2, МЛ1, МЛ2,3), титана (ВТЗ, ОТ4), меди,латуни (Л90, Л70, ЛЖС58 — —1—1),неспособны концентрировать магнитныесиловые линии и потому не способны выполнять роль магнитных экранов. Это хорошопоказывают графики (рис.
8.4 — 8.6), на которых видно, что для АМц, Д16 и ЛЖС58-1-1затухание магнитного поля ничтожно мало по сравнению с действием экрана изкарбонильного железа, технически чистого железа АРМКО, пермаллоев 79НМ, 80ХНС.Рис. 7.3. Принцип действия магнитного экрана: 1—источник магнитной помехи; 2 —силовые линии магнитного поля; 3 — экран магнитной помехиРис. 7.4. ЗависимостьРис. 7.5. Зависимость коэффициента отражениякоэффициента поглощения К(о) от частоты приК(я) от частоты для магнитномэкранированиимагнитного экрана (толщина стенки 1мм)(толщина стенки 1мм)Суммарная эффективность экранирования К(э) для различных материалов пред-Рис.
7.6.Зависимость общего коэффициента ставлена на рис. 8.6. Однако экранирования К(э) отчастоты для вклад каждой составляющей магнитного экрана (толщина стенки 1 мм)неравнозначен. так, на частоте f=10 Гц для экрана из 80ХНС (t = 1 мм) К(п) = 8 дБ, а К(о)= 33 дБ, на частоте 100 Гц имеем соответственно 23 и 44 дБ, а на частоте 500 Гц вкладыпримерно равны 58 и 52 дБ. Отсюда можно сделать вывод, что на низких частотах (f <=.100 Гц) основной вклад в магнитное экранирование вносит эффект отражения, аэкранирование за счет поглощения энергии помехи незначительно.Выражение для оценки эффективности экрана из магнитных материалов (M => 3*103) начастотах f<= 100 Гц имеет вид(7.10)Рис. 7 7. Эффективность магнитного экрана в зависимости от толщины стенки дляферромагнитных материалов на частоте 10кГцРис 7.8 Частотная зависимость волнового сопротивления экранаЭффективность магнитных экранов увеличивается с ростом частоты / (рис.
7.8) и толщиныстенок t (рис 7.7). Однако с увеличением размеров экрана R К(Н) заметно снижается.Основными материалами для таких экранов следует выбирать магнитомягкие материалы:технически чистое железо (АРМКО, 005ЖР, 008ЖР), карбонильное железо,низкоуглеродистые нелегированные стали и пермаллои.
Эти материалы, имеющиетребуемые магнитные свойства, удобны для изготовления экранирующих оболочекразными методами пластической деформации. Самым простым и надежным материаломследует считать технически чистое железо. Оно служит основным компонентомбольшинства магнитных материалов. Магнитные свойства его будут определятсяколичеством и составом примесей, из которых наиболее вредными являются, углерод (С),кислород (О), сера (S), водород (Н).
Из электротехнических сталей для магнитных экрановподходят те, которые допускают пластическую деформацию, например 10895, ЭТ20895,ЭТ21895. Лучшими материалами для магнитных экранов следует считать железо-никельевые сплавы (пермаллои), обладающие большей магнитной проницаемостью в слабыхмагнитных полях. С учетом пригодности к пластической деформации лучше всегоприменять пермаллои марок: 79НМ, 80ХНС, 50ХНС, 81НМАОсновные свойстваперечисленных материалов приведены в табл. 7.1Магнитные экраны эффективнылишьпри постоянном токе и в диапазоне низкихчастот.
С увeличeниeм частоты повышенная магнитная проницаемостьтеряет своезначение из-за вытеснения магнитного поля ближе к поверхности экрана.Рис. 7.9. Эффективность магнитныхнемагнитных материалов на частоте 10 кГцТаблица 7.1МатериалТолщина р*10-6,листа мм Ом-мм0,1... 3,9 100250MэкрановизГОСТ, ТУТехническиТУ14-1-1720чистое железо76Карбонильное 0,1...
3,9 1004000ГОСТ 13610железо79Электротехниче 0,1... 3,9 1403000ГОСТ 3836-83скиенелегированныестали:10895 20895Пермаллои:0,005 ... 55010000... ГОСТ 1016079НМ 80ХНС 22 0,005 62025000 25000 75ГОСТ81НМА... 22 0,02 800...50000 10160-75латуни (Л70, Л80, Л85, Л90), деформируемые алюминиевые сплавы АДО, АД1, АМц. Еслиэкран изготовляется путем механической обработки (резание, точение, фрезерование), тоболее удобны свинцовистые латуни ЛС63-1, ЛС74-3, ЛС64-2, дюрали Д16, В95.Эффективность электростатического экрана оценивается по формуле (7.12)Экранирующий эффект конструкционных материалов корпусов радиоаппаратуры,рассчитанный по этой формуле, представлен на графиках (рис.
7.10 и 7.11) для R = 50 мм.Из графиков видно, что при f=0 экранирующий эффект стремится к бесконечности, но сростом частоты снижается. Причина заложена в частотной зависимости волновогосопротивления пространства электрической составляющей поля (7.13)Рис. 7.10.
Зависимость эффекРис. 7.11. Зависимость эффективностиэлектростатическоготивности электростатического экрана от толщины стенкиэкрана от частотыОбязательным условием такого экранирования является соединение экрана с корпусомприбора или землей. Роль электростатического экрана может выполнять металл с любымудельным сопротивлением. Например, на частоте f=104 Гц эффективность экранированиядля высокоомного титана ВТЗ и низкоомного АМц будет равна:Относительное изменение эффективности экранирования и удельного сопротивлениясоставит:Нет особых требований и к толщине экрана. Из рис.
7.14 находимОтносительное изменение AК(Е) / К(Е) = (220 — 160)/220 = 27,2%, хотя толщинастенки изменилась в 104 раз.Отсюда следует, что при конструировании электростатических экранов маркаматериала и его толщина выбираются исходя из удобств изготовления, коррозионнойстойкости, механической прочности. В табл. 7.2 приведены основные электрическиехарактеристики конструкционных материалов для РЭС и их металлические покрытия.Таблица 7.2Материалэкранаp-IO6 Ом- НммМатериал покрытияр-106 Ом- MммCm 10АМцД16АЛ4АЛ9МА2ВТЗЛ90Л68ЛЖС58-1-11203047,646,845.71201360457270СереброАлюминийМедьНикельХромКадмийЦинкОловоЗолотоПалладий15261768130745911322,5108100111111111111•59...53011I111Пример.
Определить размеры электростатического экрана для функционального узлана печатной плате с размерами 120 х 80 х 20 мм. Ослабление помехи на частоте 100 кГц неменее 120 дБ.Выберем зазоры между экраном и печатной платой согласно обозначениям на рис. 7.5:XI = Х2 = Y2 = 5 мм, Y1 = 15 мм для установки разъема. Размеры экрана составят: ХЕ =120 + 5 + 5 = 130 мм, YE = 80 + 5 + • +15= 100 мм, ZE = 20 + 5 + 5 = 30 мм, откуда R =max{XE, YE, ZE} = 130 им.Толщину экрана XT находим из формулы (7.12) после ее преобразования:-122t=l,ll•10 •K(E)•fp•R.В качестве материала выбираем латунь Л68:Из условий механической прочности, жесткости и технологии пластическойдеформации толщину стенки выбираем равной 0,4...0,5 мм.Рассмотрим расчет конструкций электромагнитных экранов.
Как следует израссмотренных принципов конструирования электростатических и магнитных экранов, ихработа основана на замыкании энергии соответствующих полей в материале экранавследствии лучшейэлектропроводности илимагнитопроводностиматериалапосравнению с окружающей средойТакой способ экранирования пригоден иоправдан в области только низких частот. Сростом частоты растет величина вихревыхтоков в материале, наведенных полем помехи.Энергия помехи, достигая поверхности экрана,вызывает появление этих токов. Глубинапроникновения токов наводки в стенку экраназависит от частоты из-за явления поверхностного эффекта.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
