Лекция № 10.
3 Основные методы защиты от электромагнитных помех
Экранировка источников помех и чувствительных к ним элементов.
Рациональное взаимное размещение источников помех и подверженных их влиянию элементов и систем.
Рациональный выбор рабочих частот для возможных источников помех.
Использование помехоустойчивых линий связи, например, оптических.
Экранирование проводных линий связи.
Помехоустойчивое подключение датчиков информации.
Использование частотных фильтров в информационных каналах.
Использование гальванических развязок в информационных каналах.
Разделение электрических соединений элементов с общим проводом по функциональному назначению (аналоговые цепи, измерительные цепи, сигнальные цепи, силовые цепи, цепи управления и т.п.).
Компенсация блуждающих токов.
Использование специальных раздельных видов заземления (защитного, рабочего).
Использование помехоустойчивого кодирования информации.
Использование сетевых фильтров.
Использование симметричных электрических сетей.
4 Помехоустойчивое подключение датчиков информации
Уровень помех и наводок может быть снижен на один-три порядка, если для подключения датчиков использовать симметричные схемы согласующих устройств и линий связи. На рисунке 1 приведены наиболее распространенные схемы подключения датчиков к дифференциальным усилителям через симметричные линии связи. Такие схемы включения обеспечивают эффективное подавление синфазных помех. Схемы расположены сверху вниз в порядке возрастания уровня помехозащищенности от синфазных помех.
Рис. 1. Симметричные схемы подключения датчиков информации через усилитель с дифференциальным входом без гальванической развязки.
А) С помощью симметричной двухпроводной линии (плоский кабель);
Б) С помощью неэкранированной витой пары.
В) С помощью экранированной витой пары.
Недостатком всех приведенных на рисунке 1 схем является ограниченный по напряжению в пределах нескольких Вольт уровень синфазных наводок, с которыми они могут надежно и эффективно работать. Если уровень наводимых помех существенно больше указанного уровня, целесообразно на приемной стороне применять гальваническую развязку, выполненную на основе трансформатора (рисунок 2) или оптрона.
Проникновение помех и наводок в сигнальную линию существенно увеличится, если одну жилу сигнальной линии заземлить (см. рисунок 2). Чаще всего на такое неправильное решение наталкивает конструкция датчика, измерительного прибора, персонального компьютера, периферийного оборудования или согласующего устройства, в которых один из выводов обычно соединен с общим проводом или корпусом. Если это так, то для устранения нежелательных помех целесообразно применять гальванические развязки по соответствующим сигнальным цепям. Для переменных сигналов такие гальванические развязки выполняются на основе трансформаторов (см. рис. 2). В случае сочетания в сигнальных цепях переменного и постоянного тока в качестве гальванических развязок можно использовать оптроны и волоконно-оптические линии связи (ВОЛС).
Рис.2. Трансформаторная гальваническая развязка, используемая в компьютерных сетях.
Особенно нежелательно заземление проводных линий связи в двух или более точках. В этом случае даже в случае экранированной линии связи (рисунок 3 В) на полезный сигнал накладывается интенсивная дополнительная помеха, обусловленная разностью мгновенных значений напряжений в точках заземления. Для обеспечения низкого уровня помех оплетка экранированного сигнального кабеля должна соединяться с общим проводом или с заземлением только в одной точке.
Рис. 3. Примеры нежелательных (ошибочных) схем соединения датчиков с согласующим устройством. В этих схемах возникает высокий уровень проникновения помех и наводок в сигнальную цепь