Конструювання обчислювальної техніки (стр. 12 из 14)

Спочатку нехай екран достатньо віддалений від землі і знаходиться між джерелом А та приймачем В. Спробуємо екран наблизити до джерела А. Це призведе до того, що

стане на порядок більше ( ). Так як , то

,(3.14)

бо це рівносильно умові

,

а

.

З умови (3.13) згідно (3.11) та (3.14) випливає, що

,

бо

. Отже при наближенні екрана до джерела завад навіть одержали, що , тобто при наближенні екрана до джерела А наведена на приймачі В напруга більша наведеної напруги без екрана. Аналогічний висновок одержимо при зміщенні екрана до приймача В. В силу симетрії ємностей та зразу можна стверджувати, що знову одержимо . Отже найменша наведена напруга буде при розташуванні плоского екрана рівно по середині між джерелом А та приймачем В.

Тепер нехай екран знаходиться по середині між джерелом А і приймачем В. При цьому екран будемо наближати до землі. Це означає, що

>> . Тоді

При граничному переході

, що відповідає заземленню екрана, одержимо, що . Але в цьому випадку треба враховувати . Хоча значення досить мале, але воно не дорівнює нулеві. Тоді при заземленому екрані

,

оскільки

.

Таким чином, найбільшого ефекту екранування можна досягти при заземленому екрані, коли ємності

та закорочуються на землю, а ємність зменшується до величини (за рахунок збільшення довжини силових ліній електростатичного поля між точками А і В). Ефективність екранування .

Екран, що погано з’єднаний з землею або має значну індуктивність з’єднуючого провідника (рис.3.10, б), різко знижує ефективність екранування.

Металева кришка (рис. 3.10, а) поліпшує ефективність екранування, хоча й не знаходиться між джерелом А і приймачем В, але при умові, якщо кришка щільно прилягає до корпусу. Тоді ємності

та не зв’язують тіла А і В, а залишиться лише паразитна ємність яка набагато менша паразитної ємності . Якщо ж між кришкою і корпусом буде проміжок, то з’являється вплив , і як наслідок, вплив ємностей та , які значно більші паразитної ємності. Така кришка погіршить ефективність екранування.

а)

б)

Рис. 3.10. Вплив характеру заземлення:

а – щільність прилягання металевої кришки,

б – індуктивність провідника з’єднання

При замкнутому електростатичному екрані паразитна ємність

і ефективність екранування . В реальних конструкціях є отвори для доступу в середину екрана, і оцінити паразитну ємність можна лише експериментально. Якщо отвори і щілини екрана співрозмірні з довжиною електромагнітних хвиль, то через них може проникати електромагнітне поле. Тому отвори і щілини роблять достатньо малими.

Ефективність екранування електростатичного поля не залежить від товщини екрана та марки металу, з якого виготовлено екран. Тому часто електростатичні екрани виготовляють в вигляді тонкого шару металізованого діелектрика (нижньої сторони металокерамічного корпуса ІС, пластмасового каркаса екрана котушок індуктивності), що з’єднується з землею.

3.7 Магнітостатичне екранування

Магнітостатичне екранування застосовують для захисту від постійних та слабозмінних магнітних полів з частотою від 0 до 3000 Гц. Екран виготовляють із феромагнітних матеріалів (пермалой, сталь, ферит) з великою відносною магнітною проникністю

. Товщина екрана з металу складає 0,5...1,5 мм. При наявності такого екрана силові лінії магнітного поля Н проходять в основному по його стінках (рис. 3.11), які мають малий магнітний опір в порівняно з опором простору навколо екрана (ефект поглинання). Ефективність екранування таких полів залежить від магнітної проникності екрана і його товщини, а також від наявності стиків і швів, розміщених перпендикулярно до силових ліній магнітного поля. Цей вид екранування називається магнітним шунтуванням.

У випадку

ефективність екранування для циліндричного екрана (рис. 3.11, а):

, (3.15)

а для екрана у формі паралелепіпеда (рис. 3.11, б):

.(3.16)

а) б)

Рис.3.11. Схема дії низькочастотного екрану:

а – циліндрична форма; б – форма паралелепіпеда

У цілому ефективність магнітостатичних екранів невелика і практично однакова у всьому діапазоні частот. Так екран, виготовлений зі спеціального сплаву “Армко”, у якого

, при радіусі 0,4 м і товщині екрана 0,01 м забезпечує ефективність 31,5 дБ. Щоб забезпечити дуже високу ефективність екранування, використовують кратне екранування, розташовуючи один екран в середині іншого.

3.8 Електромагнітне екранування

Електромагнітне екранування застосовують на частотах більших 3000 Гц. Екрани виготовляють із немагнітних і феромагнітних матеріалів. Спрощено суть екранування зводиться до того, що під дією джерела електромагнітного поля на стороні екрана, що обернена до джерела, виникають заряди, а в його стінках-струми, які утворюють в зовнішньому просторі поля, що по напруженості близькі полю джерела, а по напрямку – протилежні йому (рис. 3.12). У результаті в середині екрана відбувається взаємна компенсація полів, а зовні його – витіснення зовнішнього поля полями вихрових струмів (ефект відбиття). Відбувається поглинання полів за рахунок втрат на виділення тепла при протіканні вихрових струмів по стінках екрану та на перемагнічування, якщо екран виконаний з феромагнітного матеріалу. Хоча сталь на високих частотах дає більший екрануючий ефект, ніж немагнітні матеріали, треба враховувати, що стальний екран може викликати значні втрати через свій питомий опір та гістерезис, що призводить до підвищення температури.

а)б)в)

Рис.3.12. Схема дії високочастотного екрана:

а – зовнішнє поле; б – поле вихрових струмів; в – сумарне поле

Щільність вихрових струмів у металевому екрані зменшується від поверхні в його глибину. Це зменшення тим більше, чим вища частота поля і чим більший питомий опір матеріалу екрана. На низьких частотах, коли товщина екрана менша глибини проникнення, поверхневий ефект можна не враховувати.