Помехи от электростатических разрядов

Приборы для измерения нелинейных искажений

В эл цепях прохождение сигнала может сопровождаться появлением новых частотных компонентов, отсутствующем во входном. В этом случае говорят о нелин преобразован вх сигнала. Нелин преобразование м.б. желательным и полезным (при детектировании), и м.б. вредным, сопутствующим (усилитель). Нелин искажен предст соб сложные явления, зависящие от многих пар-тров: состава эл цепи, её АЧХ, формы сигнала, амплитуды. На рис показаны некотор виды нелинейности, хар-ных для радиотехнич устр-в и виды искажений, кот претерпивают синусоидальный сигнал при прохождении через эту цепь.

Автоматический измеритель работает по такому же принципу, что и измеритель коэффициента гармоник, но установка необходимого уровня сигнала и подстройка фильтра производится автоматически, т.к. в цепь прибора включено АЧП – автоматическая подстройка частоты. В приборе также используется система АРУ (авто регулировка усиления), поддерживающее среднеквадратическое значение напряжения на уровне соответствующее 100% коэффициенту нелинейных искажений и активный фильтр, перестраиваемый до получ миним вых сигнала.

Структурная схема измерителя коэффициента гармоник

Измерение пр-ся в 2 этапа. 1ый этап – калибровка. В этом случае фильтр Z1 замыкается накоротко тумблером SA1. Показания Вметра будут равны: α1=U*kвх*kш, где U – среднекв знач, kвх и kш – коэф-ты усиления усилителей входного А1 и широкополостного А2. Регулируя kш, добиваются максим отклонения стрелки (α1=100%). 2 этап – измерение. При включ фильтре Z1, кот настраивается до получения Umin по прибору PV1. В этом случае из сигнала исключается 1ая гармоника. Показания прибора будут: α2= kвх*kш*kвг, где kвг- среднекв знач высших гармоник составляющих. Тогда: α2= α1*Uвг/U. Учитывая, что α1=100%, получим: α2=(Uвг/U)*100%=kг^/≈ kг. Т.о. прибор покажет значение kг в исследуемом сигнале. Недостатки: 1) при измерении приходится выполнять 2 операции, 2) необх точная настройка фильтра.

23. ПИП на основе теплового расширения вещества

ПИП на основе теплового расширения называются приборы, в которых для измерения температуры используется свойство теплового расширения вещества: жидкости, газа или твердого тела. Следует отметить, что это первые, изобретенные для измерения темп-ры приборы.

В зависимости от того какое вещество используется в ПИП теплового расширения для определения температуры, различают: ПИП на основе теплового расширения твердого тела; ПИП на основе теплового расширения жидкости; ПИП на основе теплового расширения газов.

ПИП на основе теплового расширения твердого тела. К данной группе ПИП относятся биметаллические и дилатометрические ПИП.

Биметаллические ПИП. Биметалл представляет собой прочное соединение двух пластин металлов или сплавов с разными коэф. линейного теплового расширения. Толщина пластин примерно одинаковая. При воздействии тепла биметалл изгибается в сторону слоя с меньшим коэф. линейного расширения. Биметаллическая пластина является чувствительным элементом ПИП, изгиб ее при изменении температуры передается на механизм показывающего устройства или на контактную группу, которая замыкается или размыкается.

Дилатометрические ПИП. Принцип действия дилатометрических термометров основан на использовании свойства твёрдого тела изменять свои линейные размеры при изменении температуры. При небольших температурных диапазонах зависимость длины твердого тела от температуры линейна: , где – длина тела при температуре , м; – длина тела при температуре 0°С, м; – средний коэффициент линейного расширения твердого тела от 0°С до t, К^-1.

ПИП на основе теплового расширения жидкости. К данной группе ПИП относятся стеклянные жидкостные термометры.

В стеклянных жидкостных термометрах при определении темп-ры используется тепловое расширение термометрической жидкости, заключенной в стеклянный резервуар, соединенный с капилляром, на который наносится шкала или к которому крепится шкальная пластина.

Действие стеклянных жидкостных термометров основано на изменении его температуры. Основными элементами конструкции термометра являются: стеклянный резервуар 1, соединительный капилляр 2 измерительный капилляр 3, шкальная пластина 4. В термометрах, на шкальную пластину которых нанесены дополнительная (нулевая) и основная шкалы, имеется утолщение соединительного капилляра – промежуточный резервуар. Изменение объема в зависимости от температуры для жидкости или твердого тела характеризуется коэф. объемного теплового расширения , которое для любого интервала температур соответствует уравнению:

где – начальный объем; – приращение объема (высота столбика жидкости) при изменении температуры на .

Помехи от электростатических разрядов

Электросатический разряд является однократным, быстрым процессом передачи значительного импульса тока из-за электростатического заряда, который возникает по следующим причинам:

(1) Из-за прямого контакта между двумя объектами, находящимися при разных потенциалах (называемый иногда контактным разрядом).

(2) Из-за высокого электростатического поля между двумя объектами, когда они находятся в непосредственной близости друг от друга (называемый иногда воздушным разрядом).

Первичные источники статического электричества в основном представляют собой изоляторы и, в общем случае, являются синтетическими материалами, например, винил или пластиковые рабочие поверхности, изоляционная обувь, обшитые кресла, лента скотч, упаковка, паяльники с незаземленными наконечниками и т.д. Уровень напряжений генерируемых этими источниками может быть значительным, так как их заряд не распределяется равномерно по поверхности и не передается другим объектам.

Генерация статического электричества, вызванная трением двух поверхностей друг от друга, называется трибоэлектрическим эффектом. Примеры показаны на Рис. 10.59.

* Хождение по ковровому покрытию

♦ генерирует напряжение 1000 В - 1500 В

* Хождение по полу с виниловым покрытием

♦ генерирует напряжение 150 В - 250 В

* Касание материала защищенного чистым пластиковым покрытием

♦ генерирует напряжение 400 В - 600 В

* Касание полиэтиленовых пакетов

♦ генерирует напряжение 1000 В - 2000 В

* Помещение пенополиуретана в упаковку

♦ генерирует напряжение 1200 В - 1500 В

* Примечание: данные приведены в предположении относительной влажности 60%. Для более низкой влажности (30%). Генерируемые напряжения могут быть в 10 раз больше перечисленных выше.

Интегральные схемы могут быть повреждены высокими напряжениями и высокими пиковыми токами, которые генерируются электростатическим разрядом. Прецизионные аналоговые схемы, обладающие очень низкими входными токами, в большей степени подвержены повреждениям, чем цифровые схемы общего назначения, потому что традиционные схемы защиты входа, которые защищают против повреждения электростатическим разрядом, также увеличивают входной ток.

Механизм отказа из-за электростатического разряда: ♦ повреждение диэлектрика или перехода, ♦ накопление поверхностного заряда, ♦ разрушение проводников.

Повреждение электростатическим разрядом может вызвать: ♦ увеличение тока утечки, ♦ ухудшение работы, ♦ отказы микросхем.

Повреждение электростатическим разрядом часто кумулятивный процесс: ♦ например, каждый единичный разряд может увеличивать степень повреждения перехода до тех пор, пока устройство не откажет.

Электростатический разряд – это внезапный разряд статического электричества на землю. При этом потенциал относительно земли зачастую достигает существенной величины и может вывести из строя электронные схемы, воздействуя на их входы, например КМОП интегральные микросхемы, с высоким входным сопротивлением. Электростатический разряд обычно производит большое количество высокочастотных колебаний большой мощности, поскольку обладает очень малой длительностью импульса.

Электростатический разряд может наводиться в процессе функционирования исполнительного механизма. Если в устройствах с двигателями применяются механизмы с ременной передачей, шкивами, пластмассовыми редукторами и другими подвижными частями из изолирующих материалов, существует потенциальная возможность возникновения самопроизвольного электростатического разряда. При определенном подборе материалов движущийся относительно шкива ремень может образовать генератор Ван-де-Граафа (создающий электростатическую помеху). Самопроизвольный электростатический разряд может привести к серьезным сбоям в электронике, например к случайным сбросам микропроцессора.

Электронные блоки обычно защищаются от влияния помех от разрядов с помощью ферритовых колец, надетых на сигнальные провода, и фильтров НЧ. Для защиты интегральных схем от электростатических разрядов можно использовать диодные ограничители.

На Рис. а показано, как защитить входную линию при помощи двух диодов. Диод D1 защищает цепь от возрастания напряжения выше, чем прямое падение напряжения на диоде плюс напряжение питания. Диод D2 защищает цепь от падения напряжения ниже потенциала земли плюс прямое падение напряжения на диоде.

На Рис. 6 показано, как последовательно включенный в линию резистор улучшает параметры защиты цепи. За счет емкости диодов и сопротивления R1 во входной цепи, образованная RC-цепь снижает скорость нарастания импульса. В цепях, где нельзя использовать последовательно включенные резисторы, на сигнальный провод обычно надевают ферритовые кольца, что также дает неплохие результаты.

Защитные диоды должны быть рассчитаны на полную мощность импульса наводки. Куда уходит эта мощность? Обычно считается, что в источник питания. Энергия электромагнитного импульса проследует через диоды либо на землю, либо в источник питания. Если емкость в фильтре питания недостаточна или если цепи питания имеют довольно высокое сопротивление, входной блок может и выдержит влияние разряда, однако в системе что-нибудь выйдет из строя. Влияние на блок питания можно минимизировать, надев ферритовые кольца не только на сигнальные провода, но и на провода питания. Естественно, следует учитывать частотные свойства самого сигнала. Надевание ферритовых колец на кабель с видеосигналом, например, приведет к нежелательному ослаблению сигнала, хотя и защитит от электромагнитных помех.

При установке защиты от электростатических разрядов следует рассмотреть работу системы в целом. Добавление защитных диодов предотвратит влияние разрядов, но может привести к ошибочной обработке входных сигналов. Что можно сделать в этом случае? Возможно, придется выполнить дополнительную программную цифровую фильтрацию для игнорирования подобных состояний на входах. В некоторых случаях при возникновении разряда может оказаться необходимым даже принудительный сброс всей системы. Потребуется также задействовать сторожевой таймер (watch-dog timer) микропроцессора для перевода его в дежурный «спящий» режим.

Обнаружить и предотвратить помехи от электростатических разрядов можно только тестированием системы с использованием специального тестового генератора, производящего мощные электрические разряды вблизи корпуса прибора.

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 447; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!