Емкостная связь
Емкостная связь проявляется под действием электрического поля источника помех.
В силу того, что емкости, через которые осуществляется связь, незначительны, то при больших расстояниях между источником и приемником помех, емкостная связь возникает только при достаточно большом нагрузочном сопротивление на концах кабеля, либо при их близком расположении.
Емкость между проводниками обратно пропорциональна расстоянию. К примеру, два проводника одного кабеля обладают взаимной емкостью порядка 100 пФ/м и проложены вплотную друг к другу. Увеличение расстояния между ними всего лишь на 5 сантиметров приводит к уменьшению взаимной емкости в 70 раз, в то время как дальнейшее увеличение расстояния до 50см вызывает уменьшение емкости менее чем в 2 раза [ CITATION Дья03 \l 1049 ].
Ослабления емкостной связи можно добиться, используя раздельную прокладку кабелей или уменьшением сопротивления (стратегия разомкнутой цепи).
Если реализация данных методов не доступна, тогда необходимо использовать экранирование защищаемого проводника с заземлением экрана в одной точке(Рис. 1 .11).
Рис. 1.11Емкостная связь и экранирование при емкостной связи
Снижение помех, источником которых является электрическое поле при помощи экрана, эффективно только на низких частотах, когда продольные сопротивления намного меньше по сравнению с поперечным емкостным.
На высоких частотах возникает необходимость заземления экрана более чем в одной точке, на обоих концах кабеля.
Гальваническая развязка
Гальваническая развязка — передача энергии или сигнала между электрическими цепями без электрического контакта между ними.
С помощью гальванической развязки решаются следующие проблемы:
Защита измерительной аппаратуры от воздействия электрических напряжений и токов. Необходимо при эксплуатации оборудования в условиях, связанных с возможным влиянием на него несанкционированных электромагнитных воздействий, с невозможностью обеспечения качественного заземления, а также в условиях, где возможно возникновение субъективного фактора “человеческой” ошибки, приводящей к выводу дорогостоящего оборудования из строя.
Защита пользователя от возможного электрического удара. Необходимость подобной защиты возникает при опасности воздействия электрического тока, опасного для здоровья человека, например, при построении систем медицинского применения.
Обеспечение необходимой помехозащищённости. Эта проблема актуальна при построении измерительных прецизионных систем, например, в научных исследованиях и метрологических лабораториях.
В настоящее время наиболее широкое распространение получили схемы, использующие два варианта гальванической развязки:
трансформаторной;
оптоэлектронной.
Гальваническая развязка трансформаторного типа предполагает использование магнитоиндукционного элемента с сердечником или без него, напряжение, на вторичной обмотке которого пропорционально напряжению на входе устройства. Принципиальная схема работы гальванической развязки представлена на Рис. 1 .12.Однако применении трансформаторной гальванической развязки связанно со следующими её недостатками:
несущий сигнал может создавать помехи, влияющие на выходной сигнал развязки;
полоса пропускания ограничена частотой модуляции развязки;
относительно большие габаритные размеры компонентов, реализующих развязку.
В тоже время неоспоримым её преимуществом является простота конструкции.
Рис. 1.12Схема с гальванической развязкой
В последнее время всё чаще встречаются гальванические развязки с использованием оптоэлектронных развязывающих устройств, оптических вентилей (оптронов), что обусловлено развитием полупроводниковых устройств и снижением их стоимости. Принцип работы оптрона проиллюстрирован на Рис. 1 .13. Светоизлучающий диод, p-n-переход которого смещён в прямом направлении, излучает свет, воспринимаемый фототранзистором. Таким образом, осуществляется гальваническая развязка цепей, связанных со светодиодом, с одной стороны, и с фототранзистором, с другой.
Рис. 1.13 Принцип работы оптрона
К достоинствам оптоэлектронных развязывающих устройств можно отнести:
способность осуществлять развязку в широком диапазоне напряжений, в том числе до 500 В.
возможность передавать сигналы на высокой частоте (до десятков МГц);
малые габаритные размеры.
Недостатком является необходимость внедрения в схему дополнительных элементов для обеспечения работы оптрона, что в определённых случаях может привести к снижению надёжности всей измерительной системы[ CITATION Бут99 \l 1049 ].