 |
Защита РЭА от помех. Цифровые схемы
|
|
|
|
Для уменьшения помех возникающих в цифровых логических схемах необходимо работать с сигналами имеющими большие времена нарастания и спада, а также малую амплитуду. Также необходимо ограничивать число одновременных переключений сигналов.
Традиционным способом шунтирования, применяемого для цифровых схем, являются: оксидный шунтирующий конденсатор большой емкости (от 10 до 100 мкФ) или не менее одного микрофарада на каждый корпус микросхемы. Конденсатор помещается вблизи источника питания. Рядом с каждым корпусом располагают керамические шунтирующие конденсаторы емкостью 0.1 мкФ. А в быстродействующих схемах подсоединяют так же керамические конденсаторы малой ёмкости от 100 до 1000 нФ.
Каждая схема передающая сигнал за пределы печатной платы, на которой она находится или принимающая сигнал из-за пределов печатной платы имеет керамический шунтирующий конденсатор 0.1 мкФ между источником питания и линией обратного тока сигнала.
На долю остальных микросхем с малым быстродействием приходится шунтирующий керамический конденсатор от 0.01 до 0.1 мкФ по одному на каждые 5 корпусов.
7. Защита источников питания от помех
Импульсные источники питания являются основными источниками помех с частотой до 30 МГц.
Линейные источники питания также могут при малых I вых генерировать низкочастотные поразитные сигналы с пилообразным изменением амплитуды.
Другой причиной низкой помехоустойчивости является плохая изоляция между входом и выходом. Тогда помехи с шины питания попадают в схему через источник питания, и создаваемые помехи через источник питания попадают на шину питания.
Эти проблемы удается преодолеть при тщательном подборе компонентов и топологии схемы, а также правильного шунтирования, фильтрации и экранирования.
|
|
|
Рассмотрим пути улучшения помехоустойчивости ИП.
Наиболее важным является устранение помех, возникающих в цепи первичного питания, поскольку они могут вывести схему из строя.
На 1 изображении типичный фильтр для защиты от сетевых помех.
L 1, L 2 – блокирует высокочастотные и импульсные помехи высокого напряжения.
С 2, C 3 – защищает от высокочастотных дифференциальных помех.
С 4, C 5 – защищает от высокочастотных синфазных помех.
R 1 – стабилизирующее, а также служит для разряда C 2 и C 3.
Типовые номиналы
При выборе фильтра для источника питания с импульсным регулированием необходимо, чтобы резонансная частота фильтра была меньше частоты переключения.
Когда требуется незначительная фильтрация можно использовать схему 2.
C 2, C 3–бумажные или пленочные конденсаторы.
C 4, C 5 – дисковые кирамические
R1-R3 – композитные резисторы
Рекомендуется делать короткие выводы конденсаторов.
Все компоненты фильтра должны выдерживать переменное напряжение 2-ую нагрузку по току. Если ИП линейный отсечка(частота отсечки) фильтра должна в 1,5 раза превышать частоту переменного напряжения на входе.
Целесообразно экранировать силовые транзисторы. Обычно емкость транзистора составляет 10-50 пФ. Для транзисторов с электростатическим экранированием эта емкость создает до 0.01 пФ. Также рекомендуется выполнять обмотки на разных стержнях трансформатора, либо 2-х секционные обмотки.
Защита вторичных цепей от помех
L3-L5 –ферритовые кольца
C8 –проходной конденсатор
R1 –варистор (полупроводниковый резистор.
При включении выпрямителей в источник питания возникает выброс напряжения, а при выключении выброс тока. Эти импульсы можно ослабить применив диоды с плавным возрастанием или диоды рассчитанные на большие токи и напряжения.Нужно также ограничить ток, текущий через выпрямительный диод.
|
|
|
Б и В - уменьшение скорость изменения тока схемы
Г и Д - Гашение высокочастотных импульсов
а) – в) также препятствует попаданию в схему внешних помех либо отводят их на землю.
На схеме ферритовые кольца L3 и L4 служат для подавления импульсных помех, способствует более медленному нарастанию амплитуды импульсов тока, а также уменьшению выбросов при выключении выпрямителя.
Варистор R1 служит для подавления высоковольтных импульсов.
C6и C 7 – дополнительно шунтируют высокочастотные помехи.
Для предотвращения помех создаваемых на ИП рекомендуется использовать переходной конденсатор C 8 и ферритовое кольцо L5.
Проводной монтаж можно разделить на 6 видов:
1. Провода электропитания переменного тока и низкочастотного сигнала.
2. Провода питания постоянного тока (провода опорного напряжения)
3. Провода высокочастотных сигналов, создающие помехи
4. Провода чувствительные к высокочастотным помехам
5. Провода антенные
6. Провода цифровых сигналов
8. система питания
Для сглаживающих пульсаций выпрямленного напряжения на выходе напряжения используют фильтры низких частот. 
R ф – для ограничения пикового тока(1-2Ом)
C ф–служит как наполнитель энергии
При этом происходит ослабление пульсации за счет того, что время разряда конденсатора на сопротивление нагрузки значительно больше чем на подзарядку C ф.
При работе на RC нагрузку период проводимости вентилей значительно уменьшается, а амплитуда импульса тока возрастает до 
(за счет того что сопротивление ёмкости при заряде равна 0).
При этом среднее значение тока не значительно отличается от 
(ток прямой средний максимальный)
Следует иметь ввиду, что в справочниках данные о средних значениях тока для выпрямительных диодов соответствуют работе в составе однофазного мостового выпрямителя на активную нагрузку 
и 
При этом 
.
Момент включения выпрямителя импульсы тока достигают значения тока перегрузки 
величина которого определяется по следующей формуле:
Необходимо иметь ввиду, что в справочниках при использовании диода совместно с радиатором определенной площади.
При отсутствии радиатора данный показатель существенно снижается примерно в 5 раз.
|
|
|
Простые нестабилизированные источники питания типа: «трансформатор – выпрямитель – конденсатор» для питания РЭА непригодны, поскольку их выходное напряжение значительно зависит от нагрузки, напряжение питающей сети, и пульсирующий с частотой от 100 до 300 Гц. Поэтому на практике применяют различные схемы стабилизирования.
9. Линейные параметрические стабилизаторы напряжения
Простейшим стабилизатором является стабилитрон
Стабилитроны имеют конечное R диф.
При широком диапазоне изменения тока нагрузки стабилитрон необходимо выбирать на повышенную мощность рассеивания. Т.к. при малом токе нагрузки он должен рассеивать максимальную мощность.
Для предыдущей схемы коэффициент стабилизатора 10-30. Часто это является недостаточным.
Параметры стабилизатора улучшаются, если стабилитрон отделен от нагрузки эмиттерным повторителем. Транзистор может быть составным (схема Дарлингтона). Ток стабилитрона относительно не зависит от нагрузки. Мощность, выделяемая на стабилитроне в h21Э раз меньше чем без повторителя. Резистор R н предохраняет транзистор VT от выхода из строя при к/з за счет ограничения тока коллектора. Диод VD 1, VD 2 служит для ступенчатой регулировки выходного напряжения величина которого определяется по формуле:
10. Линейный компенсационный стабилизатор
Для получения стабилизации с коэффициентом от 1000 и более применяется компенсационный стабилизатор.
VT9 совместно с VT1 образуют составной регулируемый транзистор. Составной транзистор применяется при больших токах нагрузки для ограничения допустимого тока компаратора DA2(сравнитель сигналов)
R99,R98, RP11 – датчик выходной величины с регулятором коэфициента передачи.
На повторителе DA1 собрана схема источника опорного напряжения. Рабочая точка стабилитрона задается источником тока J, при этом повторитель обеспечивает дополнительную развязку VZ от цепей нагрузки.
Опорное напряжение (VREF) – с выхода DA1 через R92 поступает на вход DA2, где сравнивается с напряжением потенциометра RP11(через 2).
|
|
|
С30 (≈1мкФ)(неэлектролитический) используется для фильтрации помех опорного напряжения.
C31 – корректирующий конденсатор(неэлектролит) для исключения паразитных пульсаций (1нФ)
VT2 совместно с R94 защищает схему при к/з нагрузки.
Работа схемы:
- в установившемся режиме напряжение на входе стабилизатора определяется равенством между инвертируемым и неинвертируемым входами компаратора DA2:
При увеличении тока нагрузки при падении напряжения в сети(и т.п.), напряжение на выходе стабилизатора уменьшается. При этом для поддержания неизменным выходное напряжение стабилизатора необходимо уменьшить падение напряжения UКЭ VTЭ.
Это происходит:
- в первый момент после увеличения тока нагрузки, напряжение на DA2 (инв. вход) не единицы мВ становиться меньше UОП на неинвертирующем входе. При этом компаратор подключается т.о. что VT1 и VT9 открываются сильнее(сопротивление перехода К→Э уменьшается). При уменьшении IНАГР потенциал на инвертируемом входе DA2 в первый момент становиться больше UОП на неинвертированном входе. При этом DA2 переключается в обратную полярность, закрывая VT1 и VT9(сопротивление перехода К→Э увеличивается).
При возникновении аварийных режимов в нагрузке, на шунте R94 выдается напряжение(≥0,4 В) достаточное для отпирания VT2, который шунтирует выход DA2 и приводит к запиранию VT1 и VT9, и уменьшению выходного напряжения.
При исчезновении аварийного режима – работы схемы востанавливается автоматически.
Аналогично схемы стабилизации может быть реализованы на дискретных элементов, где в роли устройства сравнения может выступать биполярный транзистор, дифференцированный каскад.
Для повышения стабильности схемы источника UОПФН м питаться отдельного ИП.
Если от источник питания требуются большие значения входного тока, то возможно применение нескольких проходных транзисторов включенных параллельно.
R – для выравнивания нагрузок.
Из-за разброса параметров база-эмиттерного перехода (напряжение) включает сопротивление R, которое приблизительно одинаково распределяет токи между транзисторами. Величина R такая, чтоб в 
при максимальном токе.
Составной транзистор
|
|
|
