Circuito supresor de sobretensiones mediante transistores. Protector contra sobretensiones para audio que puede hacer usted mismo. Entonces, ¿qué deberías comprar?

EN últimos años¿Su sistema de audio HiFi o incluso de alta gama está cada vez menos satisfecho con el detalle, la riqueza y la transparencia del sonido? ¿Está pensando en actualizar todo su sistema? ¿O ya estás buscando una calidad? protector contra sobretensiones? Si es esto último, estás en el camino correcto 😉

¿Contamos?

En este siglo el número de fuentes interferencia electromagnética crece exponencialmente en nuestros hogares. Mire a su alrededor, intente contar cuántos cargadores pequeños y ligeros aparentemente inofensivos hay, lámparas económicas, llegaron a tu domicilio “transformadores electrónicos” para lámparas halógenas, ordenadores, impresoras y otros aparatos electrónicos con alimentación de red y/o todo tipo de “cargadores” última década? No había suficientes dedos, ni siquiera las piernas, la esposa y... ¡algo! 🙂

Hoy en día, quizás el 95% de las fuentes de alimentación de red se basan en un convertidor de alta frecuencia y no utilizan los viejos y voluminosos y pesados ​​transformadores de 50 (60) Hertz. Hurra, la fiesta verde triunfa: la mayoría de estos convertidores son muy económicos, compactos y... cada uno es así legumbres unidad de potencia A) silba en la frecuencia de conversión y armónicos y b) genera picos de corriente de carga en el rectificador de entrada (interferencias de banda muy ancha y directas a la red).

En las fuentes de alimentación conmutadas de muy alta calidad (y caras), luchan con mucho éxito contra las interferencias, pero todavía no es suficiente que toda la basura eléctrica que producen permanezca invisible para los sensibles oídos de un amante de la música. ¿Qué pasa con los amantes de la música? En nuestra casa tenemos un viejo radioteléfono de 39 MHz. Poco a poco empezó a zumbar y a zumbar tanto que me planteé seriamente cambiar el dispositivo. Pero lo usamos relativamente raramente, y el problema se resolvió solo un día cuando, en busca de un sonido hermoso, corté todas las fuentes de alimentación conmutadas junto con las computadoras de la casa. Después de ese experimento, por cierto, obtuvimos estos.

Entonces, ¿qué deberías comprar?

En este artículo no te diré qué protector contra sobretensiones debes comprar. Hay dos razones: no he visto filtros adecuados por un precio razonable; y esos filtros que podría recomendar tenían un costo completamente desproporcionado y ocupaban mucho más espacio del que requería la función que realizaban. Sin embargo, hay una solución: para manos hábiles- Monte los filtros usted mismo, e intentaré explicar su funcionamiento de manera que cualquiera que se sienta cómodo con un soldador pueda dotar a su equipo de la protección adecuada contra las interferencias electromagnéticas que penetran desde la fuente de alimentación. Si no tienes la oportunidad o no tienes ganas de respirar colofonia, muéstrale el artículo a un amigo que pueda ayudarte.

¡Los fabricantes competentes deberían haberlo previsto todo!

¡Que te jodan! (la cabaña es tan india (con) el gato Matroskin)

Abrimos el reproductor de CD, comprado una vez por seiscientos billetes verdes. Y lo que vemos: aquí hay un filtro de sobretensión rudimentario, pero, por desgracia, solo está serigrafiado en la placa, escatimaron en el inductor y los condensadores; Admito plenamente que en sus salas de escucha, con la potencia de filtración ideal, el filtro no era necesario: los "gurús" no notaron la diferencia por la ausencia de un filtro. Bueno, introdujeron una “ratsukha”: el dispositivo llegó a las masas desnudo e indefenso contra la nueva generación de casas electrónicas...

¡Empezar a trabajar!

En principio, filtros de calidad la industria produce. Sólo que de nuevo son un poco caros. Se trata de cajas totalmente blindadas con un circuito lateral. Allí hay bobinas, condensadores. Averigüemos qué hay para qué y ensamblémoslo nosotros mismos a partir de las piezas disponibles. Por cierto, desafiando a los maníacos del audio, afirmo que un filtro de alimentación competente en un dispositivo, ensamblado a partir de componentes ordinarios (no audiófilos) de alta calidad, es mucho más efectivo y "suena" mejor que cualquiera de los más esotéricos. cables de alimentación, así como la mayoría de los filtros de alimentación "audiófilos". ¿Apostamos? 😉

Dime quien es tu enemigo

1) Diferencial tensión de interferencia. Esta es una señal tan "dañina" que viene junto con el voltaje (o señal) de suministro "útil", se mide entre dos conductores de conexión, los cables "caliente" y "común", o, más simplemente, entre dos rieles de alimentación. .

2) modo común tensión de interferencia. Esta señal se mide entre el cuerpo del dispositivo (tierra) y cualquier conductor de conexión. La peculiaridad de esta interferencia es que será idéntica en ambos cables de alimentación, es decir. A diferencia de la interferencia diferencial, no puede quedar atrapada entre los cables y se filtra al interior, sin pasar por los filtros convencionales.

Condensador de bloqueo

El condensador evita la interferencia diferencial de RF y no permite que entre más en el dispositivo. Debes recordar descargarlo cuando apagues el dispositivo, de lo contrario si agarras accidentalmente el enchufe puedes obtener una “motivación” muy notoria. Para hacer esto, instalamos una resistencia que se calienta pacíficamente en modo normal trabajar. Oh, no debería hacerme amigo de los “verdes”...

Acelerador

La inductancia (un pequeño estrangulador ordinario) forma un filtro LP en forma de L junto con un condensador. No estamos muy interesados ​​en la frecuencia de corte específica del filtro. Un inductor más grueso (si tan solo estuviera diseñado para una corriente _constante_ varias veces mayor que la corriente consumida por el dispositivo), un condensador más grande para un voltaje de al menos 310 voltios, y todos están contentos.

transformador de modo común

Los devanados en un transformador de este tipo son idénticos y están conectados espalda con espalda, por lo que pasa fácilmente a través de todo lo que surge como una diferencia de potencial entre L y N. De lo contrario, se puede explicar de la siguiente manera: corriente normal La carga crea campos idénticos en el núcleo, que se compensan mutuamente. ¿Entonces por qué todo esto? - preguntas.

El núcleo de dicho transformador permanece no magnetizado por la carga principal. Si imaginamos los cables de alimentación L y N juntos como un solo cable, entonces tenemos una inductancia considerable en el camino de la interferencia de modo común, es decir todo lo que se induce en ambos cables al mismo tiempo. Los mismos cables, ya sea un cable de alimentación normal por un dólar o un milagro audiófilo exótico, son esencialmente una antena que recibe tanto la estación Mayak como todo lo que emiten los apestosos aparatos electrónicos domésticos. Dentro de la unidad de audio ni siquiera necesitamos interferencias de modo común: mediante acoplamiento capacitivo pueden penetrar en los intestinos de nuestras mascotas de forma muy agresiva.

Dos pequeños compañeros

Dos pequeños condensadores para acompañar al transformador de modo común. Cortocircuitan las interferencias de modo común con la tierra de protección y, junto con el transformador de modo común, crean una especie de filtro en forma de L para las interferencias de modo común y no las dejan penetrar más en el dispositivo. Sin ellos, la interferencia de modo común, incluso si encuentra una resistencia considerable por parte de nuestro transformador en su camino, seguirá buscando a su víctima dentro del dispositivo.

Anti-timbre

Cadena anti-timbre, o circuito RC Zobel. Un animal un tanto místico, pero muy útil. Aquí, junto con el devanado primario del transformador en el dispositivo, formamos circuito oscilatorio con un factor de calidad bajo para “captar” lo que “salta” del primario cuando se corta la alimentación. Parachispas. Protección del resto del filtro y del propio transformador contra la autoinducción EMF cuando se desconecta en el momento equivocado (cuando alta corriente a través de la primaria). También contribuye a la traducción de la interferencia de RF en calor.

Si no hubiera condensador, una resistencia de tan baja resistencia simplemente explotaría debido a la tensión de la red. Si no hubiera resistencia, obtendríamos un circuito de relativamente alta calidad junto con el primario y/o el inductor de filtro.

Otro punto de vista: introducimos un componente puramente resistivo y de muy baja resistencia de la impedancia de carga en HF... ¿Quién puede explicarlo mejor? De nada, lo pondré “en el libro” con preservación de la autoría 😉

#bucle_tierra

Rompiendo el circuito de tierra

Una resistencia en paralelo con diodos adosados. En otra versión podría ser un acelerador. Este está conectado entre la tierra de protección y el cuerpo del dispositivo. ¿Por qué, te preguntarás? ¿Parece esto no tener nada que ver con la interferencia del filtrado? Vamos a resolverlo.

Los diodos consecutivos cortocircuitarán con éxito cualquier fuga de alta corriente dentro del cuerpo del dispositivo (algunos cortocircuitos, averías) a una conexión a tierra de protección. De este modo cumplimos con los requisitos de seguridad: en caso de accidente, no debe aparecer en el cuerpo del dispositivo ninguna tensión peligrosa para la vida y la salud humana. En este caso, los diodos "rompen" el circuito para voltajes pequeños.

La resistencia crea un camino para pequeñas corrientes. Si no estuviera allí y el interior del dispositivo estuviera bien desconectado de la tierra, entonces incluso las fugas pequeñas crearían una oscilación excesiva de voltaje en todo el cuerpo con respecto a la tierra y, a través de conexiones capacitivas, todo esto penetraría en el dispositivo.

Entonces, ¿por qué seguir “desatando” la base protectora del cuerpo? El hecho es que se pueden inducir tensiones en la conexión a tierra de protección: por ejemplo, mediante la misma interferencia de modo común que filtramos. Además, lamentablemente, no es raro encontrar cableado de red en el que la conexión a tierra de protección sea también el cable de retorno del voltaje de la red. En este caso, incluso con una resistencia de cableado pequeña, un consumo de corriente considerable crea una caída de voltaje notable. Todos estos factores pueden "acelerar" en condiciones normales hasta decenas e incluso cientos de milivoltios de diferencia de potencial entre las conexiones a tierra de protección de diferentes unidades. Ahora bien, si transmitimos una señal de audio a través de conexiones realizadas con un cable a la caja ( Conectores RCA“campanas”, desgraciadamente tan populares en el HiFi doméstico), entonces esta misma diferencia de potencial entre las carcasas de los dispositivos estará directamente implicada en la señal.

En total, al desacoplar el cuerpo del dispositivo (y en la mayoría de los casos esto significa su tierra de señal) de la tierra de protección, reducimos significativamente la mezcla de cualquier "excentricidad" que pueda ocurrir en el enchufe, directamente en la señal. Por supuesto, un amante de la reproducción de sonido de alta calidad que se precie utilizará conexiones exclusivamente balanceadas que sean inmunes a las interferencias de modo común. Pero, lamentablemente, no todos mis dispositivos están conectados exclusivamente con cables balanceados. ¿Cómo te va todo esto, querido lector? 😉

Recopilamos

El interruptor de encendido está construido según el principio: donde habrá menos chispa. De lo contrario, el filtro no es muy diferente del que se instala en costosos unidades informáticas nutrición. Por cierto, también puedes conseguir algunas piezas desde allí.

Ese dispositivo de marca que mencioné al inicio del artículo también recibió su dosis de filtración, detalla.

Y aún mejor: ¿es posible?

¡Poder! Los fanáticos extremos encienden enormes transformadores "espalda con espalda" y filtran todo en la parte de bajo voltaje. El resultado es algo mejor, el presupuesto es mucho mayor.

O tal vez le gustaría dar su mejor amigo- ¿Un regalo económico para un amante de la música, por el que le estará sinceramente agradecido? 😉 ¡Sopesa los pros y los contras y toma la decisión correcta! .

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155 pensamientos sobre “ Protector contra sobretensiones para audio de bricolaje”

En la mayoría de los casos, las fuentes de alimentación conmutadas crean el principal "velo" electromagnético de interferencia en la banda de frecuencia 1...100 MHz, es decir, en todas las bandas HF y al comienzo de VHF. La cuestión se complica por el hecho de que hoy en día el número de aparatos de este tipo asciende a decenas en una casa (ordenadores, monitores, iluminación, diversos cargadores etc.) y cientos en una casa, en la zona cercana de la antena HF de una estación de radioaficionado.

En la figura. 1 se da diagrama simplificado bloqueo de pulso nutrición. Más concretamente, la unidad de conversión de tensión se muestra de forma extremadamente simplificada, pero, por el contrario, los circuitos antiparasitarios se muestran completos. Y caso general fuente de alimentación: desde un enchufe de tres cables (con un cable de conexión a tierra eléctrico separado).

Arroz. 1. Circuito de alimentación conmutada

Los inductores L1 y L2 suprimen las interferencias de modo común provenientes de la fuente de alimentación y del dispositivo conectado a ella (por ejemplo, un transceptor con antena) en cable de red y más dentro de las líneas de suministro de energía. Los devanados del inductor L1 suelen tener una inductancia de aproximadamente 30 mH. Estos son los elementos principales para suprimir las interferencias en la red eléctrica. Por lo tanto, deben ser de alta calidad y tener una alta impedancia en toda la banda suprimida, desde la frecuencia de conmutación del transistor de alimentación (de decenas a cientos de kilohercios) hasta varios megahercios.

Y en casos críticos (receptores sensibles y sus antenas cercanas), hasta decenas o cientos de megahercios. El acelerador por sí solo no puede hacer esto. Por lo tanto, en tales casos, las mismas bobinas se conectan en serie con L1 y L2, pero con una inductancia 50...500 veces menor que la indicada en la Fig. 1. Estos inductores adicionales deben tener una alta frecuencia de resonancia natural para suprimir eficazmente las altas frecuencias de la banda requerida.

El condensador C1 suprime el ruido diferencial de baja frecuencia proveniente de la fuente de alimentación a la red. La interferencia de modo común de alta frecuencia se suprime mediante condensadores cerámicos de pequeña capacidad C2 y C3, conectados en paralelo con C1.

Pero ésta no es la única función de C2 y C3. También cortocircuitan el componente de modo común de los pulsos de conmutación con el cuerpo del dispositivo.

Veamos esto con más detalle. En el drenaje del transistor de potencia hay pulsos rectangulares con una oscilación de aproximadamente 300 V (tensión de red rectificada y filtrada) con una frecuencia de varias decenas a cientos de kilohercios. Los frentes de estos pulsos son cortos (menos de un microsegundo). Durante estos flancos, el transistor clave está en modo activo y se calienta, por eso intentan acortar los frentes. Pero esto amplía la banda de interferencia generada. Y todavía en bloques poderosos El transistor de alimentación se calienta. Para la refrigeración se fija a un disipador de calor, que en algunos casos se utiliza como caja metálica fuente de alimentación (no te olvides del blindaje). El transistor está aislado de la carcasa mediante una junta. La capacidad de drenaje por caja puede alcanzar varias decenas de picofaradios.

Ahora veamos lo que tenemos: un generador de impulsos rectangular de transistor con una oscilación de 300 V a través de un condensador de varias decenas de picofaradios (la estructura entre el drenaje del transistor enfriado y el cuerpo del dispositivo en la Fig. 1 se muestra con líneas discontinuas) está conectado a las carcasas tanto de la fuente de alimentación como de la fuente de alimentación suministrada por sus dispositivos. Creemos que este es un caso con potencial cero, pero de hecho hay una gran corriente de RF que fluye a través de la capacitancia de diseño del disipador de calor. Esto provocará la aparición de una gran corriente de modo común (y por tanto interferencias) en las carcasas de todos los dispositivos conectados a nuestra fuente de alimentación.

Para evitar que esto suceda, se instalaron los condensadores C2 y C3. El pulso sale del drenaje del transistor, se filtra a través de la capacitancia constructiva del disipador de calor, a través de estos capacitores y diodos puente (más precisamente, a través de un diodo abierto en en este momento) están conectados a la fuente del transistor. Este camino les resulta más fácil que extenderse en fase a través de los edificios.

Los condensadores C2-C4 están conectados entre circuitos seguros para los humanos (salidas y carcasa de la fuente) y una red eléctrica de 230 V para garantizar la seguridad de las personas. tensión nominal Estos condensadores son de muy alta potencia (varios kilovoltios) y su diseño es tal que en caso de accidente se rompen y no provocan un cortocircuito. Los condensadores instalados en su lugar C2-C4 se producen como tipo separado y se llaman condensadores Y. Los condensadores marcados con Y1 están diseñados para pulsos de voltaje de hasta 8 kV, Y2, hasta 5 kV.

Desde el punto de vista de la supresión de ruido, es aconsejable tener una capacitancia mayor de los condensadores C2-C4. Pero hay que tener en cuenta que en el caso de una red de dos hilos (o de rotura del hilo de tierra en una red de tres hilos), las salidas y la carcasa de la fuente a través de los condensadores C2-C4 se conectan al hilo de fase de la red. . Por lo tanto, su capacidad total debe seleccionarse de modo que la corriente con una frecuencia de 50 Hz en la carcasa no exceda los 0,5 mA (desagradable, pero no fatal). Teniendo en cuenta la tensión máxima posible en la red, la dispersión, las variaciones de temperatura y el envejecimiento, no se obtienen más de 5000 pF.

Consideremos ahora los errores cometidos en el filtrado de ruido. fuentes de pulso.

A veces, para ahorrar dinero, instalan sólo uno de los dos condensadores C2 o C3. La idea, a primera vista, parece razonable: después de todo, están conectados en paralelo a través de gran capacidad condensador C1. pero en altas frecuencias condensadores gran capacidad No son en absoluto un cortocircuito, pero tienen una impedancia inductiva notable. Por lo tanto, tales ahorros pueden llevar al hecho de que a decenas de megahercios (por encima de la frecuencia de resonancia de C1, que será pequeña, ya que se trata de un condensador de gran capacidad), se suprimirá la corriente de modo común que fluye hacia la carcasa. disminuir notablemente.

Falta el condensador C4: o el fabricante decide que no se puede instalar C4, ya que la capacidad de su transformador es pequeña, o un consumidor curioso le da un mordisco para que la fuente no pique con una corriente de fuga de 50 Hz a través de este. condensador. Este problema no se puede tratar con circuitos externos (aunque una buena bobina de desacoplamiento externa en los circuitos de salida reduce la gravedad del problema), es necesario colocar C4 en el lugar que le corresponde.

La ausencia de C2, C3 puede ser aceptable, pero solo si se cumplen las tres condiciones siguientes a la vez: la red es de dos hilos, la carcasa de la fuente de alimentación no tiene contacto con las carcasas de los dispositivos alimentados (plástico, por ejemplo). ejemplo), transistores de potencia no está instalado en la carcasa del disipador de calor. Si se viola al menos una de las condiciones, deben existir C2 y C3.

La instalación de puentes en lugar del estrangulador de desacoplamiento principal L1 es poco común, pero aún se encuentra en fuentes baratas de malos fabricantes. Al parecer ahorran dinero. Esto se puede solucionar instalando un acelerador normal. Como último recurso, se puede fabricar un estrangulador de este tipo enrollando el cable de alimentación en un núcleo magnético de ferrita grande.

Lamentablemente, a menudo se encuentra un puente en lugar de L2 incluso entre fabricantes decentes. Aparentemente, creen que dado que este inductor no es necesario en una red de dos hilos (y allí realmente no es necesario, la corriente no tiene por dónde fluir), entonces se puede prescindir de él en una red de tres hilos. Desgraciadamente, no, ya que esto abre un camino directo a la red para la interferencia de modo común (e interferencia de la red al chasis). Se puede corregir instalando L2 en el espacio del cable entre el conector de red y la placa. En el peor de los casos, podemos utilizar un estrangulador externo en el cable de alimentación.

Finalmente, veamos error común, que se aplica no sólo a las fuentes de alimentación conmutadas, sino a todas las fuentes de alimentación. A menudo, se instalan condensadores adicionales a la izquierda (según la Fig. 1) de L1, como se muestra en la Fig. 2. Deben bloquear las interferencias de otras personas provenientes de la red a la fuente de energía. El condensador C1 bloquea el ruido diferencial y no nos molesta. Pero los condensadores C2 y C3, que cortocircuitan la interferencia de modo común en los cables de la red al cable de tierra, pueden causar una conexión HF entre el cuerpo del dispositivo y los cables de alimentación (fase y neutro) de la red. Esto sucederá si los puntos medios C2 y C3 están conectados al cuerpo del dispositivo, como se muestra en la línea roja discontinua en la Fig. 2. No puedes hacer esto (aunque es triste, a menudo así es como se conectan). La interferencia de RF de modo común de la red pasará a través de C2 y C3 hasta el cuerpo del dispositivo. Y viceversa: las corrientes de modo común del dispositivo (por ejemplo, un transceptor con antena) fluirán hacia la red. Conexión correcta el punto medio de C2 y C3 solo debe estar en el terminal de tierra del enchufe de tres cables, pero no en el cuerpo del dispositivo, es decir, en el terminal izquierdo del inductor L2, como se muestra en la línea verde en la figura. 2.

Arroz. 2. Diagrama de suministro de energía

Si está utilizando una fuente de alimentación de dos cables, verifique si su fuente de alimentación contiene condensadores desde los cables de red hasta el cuerpo del dispositivo. Y si los hay, elimínelos, ya que esta es una ruta directa para las corrientes de modo común de RF desde la red hasta su dispositivo y viceversa.

Y si la red es de tres cables, instale el inductor L2 entre el cuerpo de su dispositivo y la tierra de la red (interrumpirá el camino para las corrientes de modo común entre ellos) y mueva el punto medio de los condensadores de entrada (C2, C3 en la Fig. 2) a la tierra de la red.

El protector contra sobretensiones que se muestra en la Fig. 2 con condensadores C1-C3, es caso general Para alimentar cualquier dispositivo que genere interferencias de radiofrecuencia, como transmisores de HF.

Fecha de publicación: 16.07.2017

Opiniones de los lectores

• Pimienta / 16/03/2019 - 10:57
  No hay nada confuso en el pequeño 1, C2 y C3 se encuentran después del acelerador L1. Y en los 2 pequeños, C2 y C3 se encuentran antes del acelerador L1. Por eso hay un punto de conexión a tierra. PD El apodo del autor es Goncharenko, no Gocharko.
• Andrey / 15/05/2018 - 02:55
  Es algo confuso, en la Fig. 1 C2, C3 van al cuerpo del dispositivo y en la Fig. 2 van al suelo. ¿Cuál es correcto?

Shevkoplyas B.V. “Estructuras de microprocesadores. Soluciones de ingeniería". Moscú, editorial "Radio", 1990. Capítulo 4

4.1. Supresión de interferencias a través de la red de suministro primaria

Forma de onda voltaje CA Una red de suministro de energía industrial (~"220 V, 50 Hz) durante períodos cortos de tiempo puede diferir mucho de una sinusoidal: son posibles sobretensiones o “inserciones”, una disminución en la amplitud de una o varias medias ondas, etc. Las razones de la aparición de tales distorsiones generalmente están asociadas con un cambio brusco en la carga de la red, por ejemplo, al encender un potente motor eléctrico, un horno, máquina de soldar. Por lo tanto, siempre que sea posible, el aislamiento de dichas fuentes de interferencia debe realizarse a través de la red (Fig. 4.1).

Arroz. 4.1 Opciones de conexión dispositivo digital a la fuente de alimentación primaria

Además de esta medida, puede ser necesario introducir protector contra sobretensiones en la entrada de alimentación del dispositivo para suprimir interferencias a corto plazo. La frecuencia de resonancia del filtro puede estar en el rango de 0,1,5 a 300 MHz; Los filtros de banda ancha proporcionan supresión de interferencias en todo el rango especificado.

La Figura 4.2 muestra un ejemplo de un circuito de filtro de red. Este filtro tiene unas dimensiones de 30 X30x20 mm y se monta directamente en el bloque de entrada de red al dispositivo. Los filtros deben utilizar condensadores e inductores de alta frecuencia, ya sean sin núcleo o con núcleos de alta frecuencia.

En algunos casos, es necesario introducir una pantalla electrostática (una tubería de agua normal conectada a una carcasa del panel de alimentación conectada a tierra) para colocar los cables de alimentación primaria en su interior. Como se señala en, un transmisor de onda corta de una flota de taxis, ubicado en el lado opuesto de la calle, es capaz de transmitir señales con una amplitud de varios cientos de voltios a través de un trozo de cable con una determinada orientación relativa. El mismo cable, colocado en una pantalla electrostática, estará protegido de forma fiable contra este tipo de interferencias.

Arroz. 4.2. Ejemplo de un circuito de filtro de red.

Veamos métodos para suprimir la interferencia de la red directamente en la fuente de alimentación del dispositivo. Si es primario y devanado secundario transformador de potencia ubicado en la misma bobina (Fig. 4.3, a), luego debido al acoplamiento capacitivo entre los devanados ruido impulsivo puede pasar del circuito primario al secundario. Se recomiendan cuatro métodos para suprimir dichas interferencias (en orden de eficacia creciente).

1. Los devanados primario y secundario de un transformador de potencia están fabricados en diferentes bobinas (Fig. 4.3, b). La capacitancia de rendimiento C disminuye, pero la eficiencia disminuye, ya que no todo el flujo magnético del área del devanado primario ingresa al área del devanado secundario debido a la dispersión a través del espacio circundante.
2. Los devanados primario y secundario están hechos en la misma bobina, pero están separados por una pantalla de lámina de cobre con un espesor de al menos 0,2 mm. La pantalla no debe ser un bucle en cortocircuito. Está conectado a la masa de la carrocería del dispositivo (Fig. 4.3, c)
3. El devanado primario está completamente encerrado en una pantalla que no es una espira en cortocircuito. La pantalla está conectada a tierra (Fig. 4.3, GRAMO).
4. Los devanados primario y secundario están encerrados en pantallas individuales, entre las cuales se coloca una pantalla separadora. Todo el transformador está encerrado en una carcasa metálica (Fig. 4.3,<Э). Экраны и корпус заземляются. Этот тип трансформатора в силу предельной защищенности от прохождения помех получил название «ультраизолятор».

Con todos los métodos enumerados para suprimir interferencias, el cableado de los cables de red dentro del dispositivo debe realizarse utilizando un cable blindado, conectando la pantalla a la tierra del chasis. Reino Unido no válido
cableado en un haz de red y otros cables (tableros de alimentación, señal, etc.), incluso en el caso de blindaje de ambos.

Se recomienda instalar un condensador con una capacidad de aproximadamente 0,1 μF en paralelo con el devanado primario del transformador de potencia muy cerca de los terminales del devanado y una resistencia limitadora de corriente con una resistencia de aproximadamente 100 ohmios en serie con él. Esto permite que la energía almacenada en el núcleo del transformador de potencia entre en "cortocircuito" en el momento en que se abre el interruptor principal.

Arroz. 4.3. Opciones para proteger un transformador de potencia de la transmisión de ruido impulsivo desde la red al circuito secundario (y viceversa):
a—sin protección; b - separación de los devanados primario y secundario; V- colocar la pantalla entre los devanados; GRAMO- blindaje completo del devanado primario; d - Apantallamiento completo de todos los elementos del transformador.

Arroz. 4.4. Diagrama de alimentación simplificado. (A) y diagramas (b, c), Explicando el funcionamiento de un rectificador de onda completa.

La fuente de alimentación es la mayor fuente de ruido impulsivo en la red, cuanto mayor es la capacitancia del condensador C

Tenga en cuenta que con un aumento en la capacitancia C del filtro (Fig. 4.4, a) de la fuente de alimentación de nuestro dispositivo, aumenta la probabilidad de fallas de los dispositivos vecinos, ya que el consumo de energía de la red por parte de nuestro dispositivo asume cada vez más naturaleza de los shocks. De hecho, el voltaje en la salida del rectificador también aumenta durante los intervalos de tiempo en los que se toma energía de la red (Fig. 4.4, b). Estos intervalos en la Fig. 4,4 están sombreados.

A medida que aumenta la capacitancia del capacitor C, los períodos de su carga se vuelven cada vez más cortos (Fig. 4.4, c) y la corriente extraída en un pulso de la red aumenta. Así, un dispositivo aparentemente “inofensivo” puede crear interferencias en la red que “no son inferiores” a las interferencias de una máquina de soldar.

4.2. Reglas de puesta a tierra que brindan protección contra interferencias del suelo.

En los dispositivos fabricados en forma de bloques estructuralmente completos, existen al menos dos tipos de buses de tierra: caja y circuito. Según los requisitos de seguridad, el bus de la vivienda debe conectarse al bus de puesta a tierra instalado en la habitación. El bus del circuito (en relación con el cual se miden los niveles de voltaje de la señal) no debe conectarse al bus del chasis dentro de la unidad; se debe proporcionar un terminal separado aislado del chasis;

Arroz. 4.5. Conexión a tierra inadecuada y correcta de dispositivos digitales. Se muestra el bus de tierra que suele estar presente en interiores.

En la figura. La Figura 4.5 muestra opciones para la conexión a tierra correcta y incorrecta de un grupo de dispositivos que están interconectados por líneas de información. (estas líneas no se muestran). Los buses de tierra del circuito están conectados mediante cables individuales en el punto A, y los buses de caja están conectados en el punto B, lo más cerca posible del punto A. Es posible que el punto A no esté conectado al bus de tierra en las instalaciones, pero esto crea inconvenientes, por ejemplo , cuando se trabaja con un osciloscopio, que La tierra de la sonda está conectada al cuerpo.

Si la conexión a tierra es incorrecta (ver Fig. 4.5), los voltajes de pulso generados por las corrientes de compensación a lo largo del bus de tierra en realidad se aplicarán a las entradas de los elementos principales receptores, lo que puede causar su funcionamiento incorrecto. Cabe señalar que la elección de la mejor opción de conexión a tierra depende de condiciones "locales" específicas y, a menudo, se realiza después de una serie de experimentos cuidadosos. Sin embargo, la regla general (ver Figura 4.5) siempre permanece vigente.

4.3. Supresión de interferencias en circuitos secundarios de alimentación.

Debido a la inductancia finita de los buses de alimentación y tierra, las corrientes pulsadas provocan voltajes pulsados ​​de polaridad positiva y negativa que se aplican entre las clavijas de alimentación y tierra de los microcircuitos. Si los buses de alimentación y tierra están hechos de conductores delgados impresos u otros conductores, y los condensadores de desacoplamiento de alta frecuencia están completamente ausentes o su número es insuficiente, entonces, cuando se conmutan varios microcircuitos TTL simultáneamente en el extremo "lejano" de la placa de circuito impreso. , la amplitud del ruido del pulso de la fuente de alimentación (sobretensiones que actúan entre el pin de alimentación y la tierra del microcircuito) puede ser de 2 V o más. Por lo tanto, al diseñar una placa de circuito impreso, se deben seguir las siguientes recomendaciones.

1. Los buses de potencia y tierra deben tener una inductancia mínima. Para ello, se fabrican en forma de estructuras de celosía que cubren toda el área de la placa de circuito impreso. Es inaceptable conectar microcircuitos TTL a un bus que es una “rama”, ya que a medida que se acerca a su final se acumula la inductancia de los circuitos de alimentación. Los buses de potencia y tierra deben, si es posible, cubrir toda el área libre de la placa de circuito impreso. Se debe prestar especial atención al diseño de matrices de almacenamiento de memoria dinámica en chips K565RU5, RU7, etc. La matriz debe ser un cuadrado para que las líneas de dirección y control tengan una longitud mínima. Cada microcircuito debe ubicarse en una celda individual de una estructura reticular formada por buses de potencia y de tierra (dos redes independientes). Los buses de alimentación y tierra de la matriz de almacenamiento no deben cargarse con corrientes "extrañas" que fluyan desde controladores de direcciones, amplificadores de señales de control, etc.
2. La conexión de los buses de alimentación y tierra externos a la placa a través de un conector debe realizarse a través de varios contactos espaciados uniformemente a lo largo del conector, de modo que se pueda ingresar a las estructuras reticulares del bus de alimentación y tierra desde varios puntos a la vez.
3. La supresión de las interferencias en el suministro de energía debe realizarse cerca del lugar donde ocurren. Por lo tanto, se debe ubicar un capacitor de alta frecuencia con una capacidad de al menos 0,02 μF cerca de los pines de alimentación de cada chip TTL. Esto también se aplica especialmente a los chips de memoria dinámica mencionados. Para filtrar el ruido de baja frecuencia, es necesario utilizar condensadores electrolíticos, por ejemplo, con una capacidad de 100 μF. Cuando se utilizan chips de memoria dinámica, los condensadores electrolíticos se instalan, por ejemplo, en las esquinas de la matriz de almacenamiento o en otro lugar. , pero cerca de estos chips.

En consecuencia, en lugar de condensadores de alta frecuencia, se utilizan buses de potencia especiales BUS-BAR, CAP-BUS, que se colocan debajo de las líneas de los microcircuitos o entre ellos, sin violar la tecnología automatizada habitual para instalar elementos en la placa con posterior soldadura por ola. . Estos buses son condensadores distribuidos con una capacitancia lineal de aproximadamente 0,02 μF/cm. Para la misma capacitancia total que los capacitores discretos, las barras colectoras brindan un rechazo de ruido significativamente mejor con densidades de empaquetamiento más altas.

Arroz. 4.6. Opciones para conectar placas P1-PZ a la fuente de alimentación.

En la figura. 4.6 proporciona recomendaciones para conectar dispositivos fabricados en placas de circuito impreso P1-PZ a la salida de la fuente de alimentación. Un dispositivo de alta corriente fabricado en una placa PZ crea más ruido en los buses de alimentación y tierra, por lo que debería estar físicamente más cerca de la fuente de alimentación o, mejor aún, proporcionar energía mediante buses individuales.

4.4. Reglas para trabajar con líneas de comunicación acordadas.

En la figura. La Figura 4.7 muestra la forma de las señales transmitidas a lo largo del cable, dependiendo de la relación entre la resistencia de la resistencia de carga R y la impedancia característica del cable p. Las señales se transmiten sin distorsión en R=p. Se conoce la impedancia característica de un tipo particular de cable coaxial (por ejemplo, 50, 75, 100 ohmios). La impedancia característica de los cables planos y de los pares trenzados suele rondar los 110-130 ohmios; su valor exacto se puede obtener experimentalmente seleccionando una resistencia K; cuando está conectada, la distorsión es mínima (ver Fig. 4.7). Al realizar un experimento, no utilice cables de resistencia variable, ya que tienen una alta inductancia y pueden distorsionar la forma de la señal.

Línea de comunicación del tipo “colector abierto” (Fig. 4.8). Para transmitir cada señal principal con un tiempo de subida de aproximadamente 10 ns a distancias superiores a 30 cm, se utiliza un par trenzado separado o se asigna un par de núcleos en un cable plano. En estado pasivo, todos los transmisores están apagados. Cuando se activa cualquier transmisor o grupo de transmisores, el voltaje de línea cae desde más de 3 V a aproximadamente 0,4 V.

Con una longitud de línea de 15 my con una adaptación adecuada, la duración de los procesos transitorios en ella no supera los 75 ns. La línea implementa la función OR con respecto a señales representadas por niveles de bajo voltaje.

Arroz. 4.7. Transmisión de señales vía cable. O—generador de impulsos de voltaje

Línea de comunicación del tipo “emisor abierto” (Fig. 4.9"). Este ejemplo muestra una opción de línea usando un cable plano. Los cables de señal se alternan con los cables de tierra. Idealmente, cada cable de señal está delimitado por ambos lados por su propio cable de tierra, pero esto, por regla general, no es especialmente necesario. En la Fig. 4.9, cada cable de señal está adyacente a tierra "propia" y "extraña", lo que suele ser bastante aceptable. Un cable plano y un conjunto de pares trenzados son esencialmente casi lo mismo y, sin embargo, el segundo es preferible en condiciones de mayores niveles de interferencia externa. La línea emisora ​​abierta implementa la función OR con respecto a señales representadas por niveles de alto voltaje. Las características de sincronización corresponden aproximadamente a las de una línea de “colector abierto”.

Línea de comunicación del tipo “par diferencial” (Fig. 4.10). La línea se utiliza para la transmisión de señales unidireccionales y se caracteriza por una mayor inmunidad al ruido, ya que el receptor responde a la diferencia de señales y la interferencia inducida externamente afecta a ambos cables aproximadamente por igual. La longitud de la línea está prácticamente limitada por la resistencia óhmica de los cables y puede alcanzar varios cientos de metros.

Higo, 4.8. Línea de comunicación de colector abierto.

Arroz. 4.9. Línea de comunicación de emisor abierto.

Arroz. 4.10. Línea de comunicación de par diferencial

Todas las líneas consideradas deberían utilizar receptores con alta impedancia de entrada, baja capacitancia de entrada y preferiblemente con una característica de transferencia histerética para aumentar la inmunidad al ruido.

Implementación física de la carretera (Fig. 4. II), Cada dispositivo conectado al troncal contiene dos conectores. Un diagrama similar al que se muestra en la Fig. 4.11 se analizó anteriormente (ver Fig. 3.3), por lo que nos centraremos solo en las reglas que se deben seguir al diseñar bloques coincidentes (MB).

Transmisión de señales principales a través de conectores. Las mejores opciones para los conectores de cableado se muestran en la Fig. .4.12. En estos casos, el frente del pulso que viaja a lo largo de la línea principal casi “no siente” el conector, ya que la heterogeneidad introducida en la línea del cable es insignificante. En este caso, sin embargo, es necesario ocupar bajo tierra el 50% de los contactos utilizados.

Si por alguna razón no se puede cumplir esta condición, entonces, en detrimento de la inmunidad al ruido, es posible adoptar una segunda opción, más económica en cuanto al número de contactos para cablear los conectores, como se muestra en la Fig. 4.13. Esta opción se utiliza a menudo en la práctica. Las masas de par trenzado (o masas de cable plano) se ensamblan sobre tiras metálicas de sección lo más grande posible, por ejemplo 5 mm2.

El cableado de estas tierras se realiza de manera uniforme a lo largo de la tira, ya que se sueldan los cables de señal correspondientes. Ambas tiras se combinan a través de un conector utilizando una serie de puentes de longitud mínima y sección transversal máxima, y ​​los puentes se ubican uniformemente a lo largo de las tiras. Cada puente de tierra debe corresponder a no más de cuatro líneas de señal, pero el número total de puentes no debe ser inferior a tres (uno en el centro y dos en los bordes).

Arroz. 4.13. Opción aceptable para transmitir señales a través del conector. Н-=5 mm2—sección transversal de la barra, 5^0,5 mm2—sección transversal del cable de tierra

Arroz. 4.14. Opciones para realizar sucursales desde la línea principal.

Haciendo ramas desde la línea principal. En la figura. La Figura 4.14 muestra opciones para la ejecución correcta y incorrecta de una rama desde la línea principal. Se traza el camino de una línea, el cable de tierra se muestra condicionalmente. La primera opción (¡un error típico de los diseñadores de circuitos novatos!) se caracteriza por dividir la energía de las olas en dos partes,

Arroz. 4.15. Opciones para conectar receptores a la carretera.
proveniente de la línea A. Una parte va a la carga de la línea B, la otra a la carga de la línea C. Después de la carga de la línea C, la onda "completa" comienza a propagarse a lo largo de la línea B, tratando de alcanzar la anterior onda partida con la mitad de la energía. El frente de señales tiene así una forma escalonada.

Si la rama se realiza correctamente, los segmentos de las líneas A, C y B están conectados en serie, por lo que la onda prácticamente no se divide y los frentes de señal no se distorsionan. Los emisores y receptores situados en la placa deben estar lo más cerca posible de su borde para reducir la falta de homogeneidad introducida en el punto de unión de las líneas B y C.

Para desacoplar los haces de receptores de la red troncal, puede utilizar transceptores monodireccionales o bidireccionales (ver Fig. 3.18, 3.19). Al bifurcar una línea en varias direcciones, se debe asignar un transmisor separado para cada una (Fig. 4.15, V).

Para la transmisión a través de una línea, es mejor utilizar pulsos trapezoidales en lugar de rectangulares. Las señales con frentes planos, como se señaló, se propagan a lo largo de la línea con menos distorsión. En principio, en ausencia de interferencia externa, para cualquier línea arbitrariamente larga e incluso no coincidente, es posible seleccionar una tasa de aumento de señal tan lenta que las señales transmitidas y recibidas difieran en una cantidad arbitrariamente pequeña.

Para recibir impulsos trapezoidales, el transmisor está diseñado como un amplificador diferencial con un circuito integrado de retroalimentación. En la entrada del receptor principal, también realizado en forma de amplificador diferencial, se instala un circuito integrador para filtrar las interferencias de alta frecuencia.

Cuando se transmiten señales dentro de una placa, cuando el número de receptores es grande, a menudo se utiliza la “coincidencia en serie”. Consiste en que una resistencia con una resistencia de 20-50 ohmios se conecta en serie con la salida del transmisor, en las inmediaciones de esta salida. Esto le permite suprimir los procesos oscilatorios en los frentes de señal. Esta técnica se utiliza a menudo al transmitir señales de control (KA5, SAZ, \UE) desde amplificadores a la memoria dinámica LSI.

4.5. Sobre las propiedades protectoras de los cables.

En la figura. 4.16a muestra el esquema más simple para transmitir señales a través de un cable coaxial, que en algunos casos puede considerarse bastante satisfactorio. Su principal desventaja es que en presencia de corrientes de ecualización de impulsos entre las masas del bastidor (la ecualización de potencial es la función principal del sistema de masa del bastidor), parte de estas corrientes 1 pueden fluir a lo largo de la trenza del cable y provocar una caída de tensión (principalmente debido a la inductancia de la trenza), que finalmente actúa sobre la carga K.

Además, en este sentido, el diagrama que se muestra en la Fig. 4.16, a, resulta preferible, y con un aumento en el número de puntos de contacto entre la trenza del cable y la masa de la carrocería, mejoran las posibilidades de drenaje de las cargas inducidas de la trenza. El uso de un cable con trenzado adicional (Fig. 4.16, c) permite proteger tanto contra interferencias capacitivas como contra corrientes de compensación, que en este caso fluyen a través de la trenza exterior y prácticamente no tienen efecto en el circuito de señal.

Conexión de un cable con trenzado adicional según el diagrama que se muestra en la Fig. 4.16, d, le permite mejorar las propiedades de frecuencia de la línea reduciendo su capacitancia lineal. En un caso ideal, el potencial de cualquier sección elemental del núcleo central coincide con el potencial del cilindro elemental de la trenza interior que rodea esta sección.

Líneas de este tipo se utilizan en redes informáticas locales para aumentar la velocidad de transferencia de información. La trenza exterior del cable es parte del circuito de señal y, por lo tanto, este circuito es equivalente en términos de inmunidad a interferencias externas al circuito que se muestra en la Fig. 4.16.6.

Arroz. 4.16. Opciones de cables

Ni el trenzado de cobre ni el de aluminio de un simple cable coaxial lo protegen de los campos magnéticos de baja frecuencia. Estos campos inducen una fem tanto en la sección de la trenza como en la sección correspondiente del núcleo central.

Aunque estos CEM son del mismo signo, no se compensan entre sí en magnitud debido a las diferentes geometrías de los conductores correspondientes: el núcleo central y la trenza. La fem diferencial finalmente se aplica a la carga K. Trenza adicional (Fig. 4. 16, cd) Tampoco puede impedir la penetración de un campo magnético de baja frecuencia en su región interna.

La protección contra campos magnéticos de baja frecuencia la proporciona un cable que contiene un par trenzado de alambres encerrados en una trenza (Fig. 4.16, d). En este caso, los EMF inducidos por un campo magnético externo en los cables que forman el par trenzado se compensan completamente entre sí tanto en signo como en valor absoluto.

Esto es tanto más cierto cuanto menor es el paso de torsión del alambre en comparación con el área de acción del campo y cuanto más cuidadosamente (simétricamente) se realiza la torsión. La desventaja de una línea de este tipo es su “techo” de frecuencia relativamente baja (alrededor de 15 MHz) debido a las grandes pérdidas de energía de la señal útil en frecuencias más altas.

El diagrama que se muestra en la Fig. 4.16, mi, proporciona la mejor protección contra todo tipo de interferencias (interferencias capacitivas, corrientes de compensación, campos magnéticos de baja frecuencia, campos electromagnéticos de alta frecuencia).

Se recomienda conectar la trenza interior a la tierra de “radio” o “verdadera” (literalmente conectada a tierra) y la trenza exterior a la tierra del “sistema” (circuito o caja). En ausencia de una conexión a tierra "verdadera", puede utilizar el circuito de conexión que se muestra en la Fig. 4. 16, y.

La trenza exterior se conecta a la tierra del sistema en ambos extremos, mientras que la trenza interior se conecta sólo al lado de la fuente. En los casos en que no sea necesaria protección contra campos magnéticos de baja frecuencia y sea posible transmitir información sin utilizar señales parafásicas, uno de los cables de par trenzado puede servir como cable de señal y el segundo como pantalla. En estos casos, los diagramas que se muestran en la Fig. 4.16, c,f, Se pueden considerar como cables coaxiales con tres blindajes: el cable de tierra de par trenzado, las trenzas interior y exterior del cable.

4.6. Uso de optoacopladores para suprimir interferencias

Si los dispositivos del sistema están separados por una distancia considerable, por ejemplo 500 m, entonces es difícil contar con que sus tierras tengan siempre el mismo potencial. Como se señaló, las corrientes de compensación a través de los conductores de tierra crean ruido impulsivo en estos conductores debido a su inductancia. Este ruido finalmente se aplica a las entradas de los receptores y puede provocar falsos positivos.

El uso de líneas del tipo "par diferencial" (ver § 4.4) permite suprimir únicamente la interferencia de modo común y, por lo tanto, no siempre produce resultados positivos. En la figura. La Figura 4.17 muestra diagramas de aislamiento de optoacopladores entre dos dispositivos alejados entre sí.

Arroz. 4.17. Esquemas de aislamiento de optoacoplador entre dispositivos alejados entre sí:
a - con un receptor activo, b- con transmisor activo

El circuito con un "receptor activo" (Fig. 4.17, a) contiene un optoacoplador transmisor VI y un optoacoplador receptor V2. Cuando se aplican señales de pulso a la entrada X, el LED del optoacoplador VI emite luz periódicamente, como resultado, el transistor de salida de este optoacoplador se satura periódicamente y la resistencia entre los puntos a y b cae de varios cientos de kiloohmios a varias decenas de ohmios; .

Cuando se enciende el transistor de salida del optoacoplador transmisor, la corriente del polo positivo de la fuente U2 pasa a través del LED del optoacoplador. V2, línea (puntos a y b) y regresa al polo negativo de esta fuente. La fuente U2 se realiza aislada de la fuente U3.

Si el transistor de salida del optoacoplador transmisor está apagado, entonces no fluye corriente a través del circuito fuente U2. La señal X" en la salida del optoacoplador V2 es cercana a cero si su LED está encendido y cercana a +4 V si este LED está apagado. Por lo tanto, cuando X==0, los LED de los optoacopladores transmisores y receptores están encendidos. y, por tanto, X"==0. Cuando X==1 ambos LED están apagados y X"==1.

El aislamiento del optoacoplador puede aumentar significativamente la inmunidad al ruido del canal de comunicación y garantizar la transmisión de información a distancias del orden de cientos de metros. Los diodos conectados a los optoacopladores de transmisión y recepción sirven para protegerlos contra sobretensiones inversas. El circuito de resistencia conectado a la fuente U2 sirve para configurar la corriente en la línea y limitar la corriente a través del LED del optoacoplador receptor.

La corriente en la línea según la interfaz IRPS se puede seleccionar igual a 20 o 40 mA. Al elegir los valores de resistencia, es necesario tener en cuenta la resistencia óhmica de la línea de comunicación. Circuito con un “transmisor activo” (Fig. 4.17, b) Se diferencia del anterior en que la fuente de alimentación de la línea U2 se encuentra del lado del transmisor. Esto no ofrece ninguna ventaja: ambos circuitos son esencialmente iguales y se denominan "bucles de corriente".

Las recomendaciones dadas en este capítulo pueden parecer demasiado duras para un diseñador de circuitos novato. La lucha contra las interferencias le parece una "lucha con un molino de viento", y la falta de experiencia en el diseño de dispositivos de mayor complejidad crea la ilusión de que es posible crear un dispositivo que funcione sin seguir ninguna de las recomendaciones dadas.

De hecho, a veces esto es posible. Incluso hay casos de producción en serie de este tipo de dispositivos. Sin embargo, en reseñas informales de su trabajo se pueden escuchar muchas expresiones no técnicas interesantes, como efecto visita y algunos otros, más sencillos y comprensibles.

Para evitar interferencias con dispositivos eléctricos y de radio, es necesario equiparlos con un filtro para suprimir las interferencias de la red de suministro, ubicado en el interior del equipo, que permite combatir las interferencias desde su origen.

Si no puede encontrar un filtro ya preparado, puede hacerlo usted mismo. El circuito del filtro de supresión de ruido se muestra en la siguiente figura:

Filtro de dos etapas. La primera etapa se realiza sobre la base de un transformador longitudinal (estrangulador de dos devanados) T1, la segunda son los estranguladores de alta frecuencia L1 y L2. Los devanados del transformador T1 están conectados en serie con los cables lineales de la red de suministro. Por esta razón, los campos de baja frecuencia de 50 Hz en cada devanado están en direcciones opuestas y se cancelan entre sí. Cuando la interferencia afecta los cables de alimentación, los devanados del transformador se conectan en serie y su resistencia inductiva XL aumenta al aumentar la frecuencia de interferencia: XL = ωL = 2πfL, f es la frecuencia de interferencia, L es la inductancia de los devanados del transformador conectados en serie.

La resistencia de los condensadores C1, C2, por el contrario, disminuye al aumentar la frecuencia (Хс =1/ωС =1/2πfC), por lo tanto, las interferencias y los saltos repentinos se "cortocircuitan" en la entrada y salida del filtro. La misma función la realizan los condensadores SZ y C4.

Los inductores LI, L2 proporcionan otra serie de resistencias adicionales para interferencias de alta frecuencia, asegurando su mayor atenuación. Las resistencias R2, R3 reducen el factor de calidad de L1, L2 para eliminar los fenómenos de resonancia.

La resistencia R1 garantiza una descarga rápida de los condensadores C1-C4 cuando el cable de alimentación está desconectado de la fuente de alimentación y es necesaria para un manejo seguro del dispositivo.

Las piezas del filtro de red están ubicadas en la placa de circuito impreso que se muestra en la siguiente figura:

La placa de circuito impreso está diseñada para la instalación de un transformador longitudinal industrial desde unidades de computadora personal. Usted mismo puede fabricar un transformador haciéndolo sobre un anillo de ferrita con una permeabilidad de 1000NN...3000NN y un diámetro de 20...30 mm. Los bordes del anillo se tratan con papel de lija de grano fino y luego se envuelve el anillo con cinta fluoroplástica. Ambos devanados están enrollados en la misma dirección con alambre PEV-2 de 0,7 mm de diámetro y tienen 10...20 vueltas cada uno. Los devanados se colocan estrictamente simétricamente en cada mitad del anillo, el espacio entre los terminales debe ser de al menos 3...4 mm. También se producen industrialmente los chokes L2 y L3, enrollados sobre núcleos de ferrita con un diámetro de 3 mm y una longitud de 15 mm. Cada estrangulador contiene tres capas de cable PEV-2 con un diámetro de 0,6 mm y una longitud de bobinado de 10 mm. Para evitar que las bobinas se deslicen, el estrangulador se impregna con cola epoxi. Los parámetros de los productos de bobinado se seleccionaron en función de la condición de una potencia de filtrado máxima de hasta 500 W. A mayor potencia, se debe aumentar el tamaño de los núcleos del filtro y el diámetro de los cables. También tendrá que cambiar las dimensiones de la placa de circuito impreso, pero siempre debe esforzarse por lograr una colocación compacta de los elementos filtrantes.

Especialidad 221600

San Petersburgo

1. FINALIDAD DEL TRABAJO

El propósito de este trabajo es estudiar el principio de funcionamiento y determinar la efectividad de un supresor de interferencias pulsado de amplio espectro.

2. BREVE INFORMACIÓN DE LA TEORÍA

Los principales métodos para proteger los dispositivos receptores de radio de interferencias pulsadas de amplio espectro son:

a) no receptor: el uso de antenas altamente direccionales, moviendo la antena fuera del área de interferencia de impulso y suprimiendo la interferencia en el lugar de su aparición;

b) circuito: varios métodos para procesar una mezcla de señal útil: ruido pulsado para debilitar el efecto de interferencia.

Uno de los métodos de circuito eficaces para combatir el ruido impulsivo es el uso de un circuito de banda ancha, limitador de amplitud y banda estrecha (circuito SHOW). Este circuito se utiliza a menudo en comunicaciones por radio.

En este artículo, estudiamos el esquema SHOW para dos casos:

a) la señal útil son los impulsos de vídeo;

b) la señal útil es una señal de radio continua con modulación de amplitud.

Los diagramas estructurales para estos casos se presentan en la Fig. 1a y 1b respectivamente. En el primer caso, el circuito SHOW está ubicado después del detector de amplitud de la presión arterial, en el segundo, en la ruta de radiofrecuencia antes de la presión arterial.

El diagrama MOSTRAR que se muestra en la Fig. 1a incluye un amplificador de vídeo de banda ancha conectado en serie, un limitador de amplitud y un amplificador de vídeo de banda estrecha. En la entrada del circuito: se recibe una mezcla de señal e interferencia del detector (Fig. 2a), y la duración de la señal es mucho mayor que la duración de la interferencia (tc>>tп), y la amplitud de la la interferencia es significativamente mayor que la amplitud de la señal (Uп>>Uc). Un amplificador de banda ancha está diseñado para amplificar la mezcla de entrada a un nivel que garantice el funcionamiento normal del limitador. El ancho de banda de la ruta de amplificación al limitador se selecciona de manera que se evite un aumento significativo en la duración del pulso de interferencia (Fig. 2b). El umbral límite es ligeramente superior al nivel de la señal útil, por lo que después de limitar la señal y los niveles de interferencia se vuelven casi iguales (Fig. 2c). Un amplificador (o filtro) de vídeo de banda estrecha actúa como un integrador, cuya constante de tiempo es coherente con la duración de la señal y es mucho mayor que la duración de la interferencia. Debido al hecho de que tc>>tп, la señal en la salida del filtro tiene tiempo de crecer hasta su valor de amplitud, pero la interferencia no (Fig. 2d). Por lo tanto, la relación señal-ruido en la salida del circuito SHOW aumenta considerablemente.

Estimemos la ganancia en la relación señal/ruido cuando utilizamos el esquema SHOW. En la entrada del circuito hay una señal con amplitud Uc y duración tc e interferencia con una envolvente rectangular (Uп, tп). El papel del integrador lo desempeña un circuito RC de primer orden con una respuesta transitoria de la forma

h(t)=1- exp.(- tnorte/ tRC) (1)

donde tRC = RC es la constante de tiempo del filtro.

Se sabe por la teoría que la duración del aumento de la señal a un nivel de 0,9 Uc para dicho circuito está determinada por la relación

t norte=2.3 t RC (2)

El nivel de interferencia en la salida del limitador de amplitud Up = Ulim, donde Ulim es el umbral límite, y el nivel de la señal útil y la interferencia en la salida del circuito, respectivamente

ucafuera=0,9 Reino Unido (3)

Ud.abadejo= Ud.ogrok (4)

donde K es la ganancia del circuito. Relación tensión señal/ruido a la salida del circuito SHOW

hafuera=(uc/ Ud.norte)fuera=0,9*Ud.Con/(Ud.ogro) (5)

El beneficio de utilizar el esquema está determinado por la relación

(6)

o, teniendo en cuenta (5),

q1 =0.9* Ud.norte/(Ud.ogro(1/)) (7)

Porque tnorte<< tRC YtCon=2,3 tRC, Eso

q1 =(0.9* Ud.norte/ Ud.ogro)*(tCon/2,3 tnorte) » 0.4( Ud.norte/ Ud.ogro)*(tCon/ tnorte) (8)

Cuando el circuito SHOW está apagado (el limitador está desactivado), el nivel de ruido en la salida

Ud.abadejo= Ud.nortek (9)

En este caso, la relación señal/ruido en la salida

hafuera=(uc/ Ud.norte)fuera=0,9*Ud.Con/(Ud.norte) (10)

y la ganancia obtenida debido al filtro de salida de “banda estrecha”, acoplado en toda la banda con la señal útil, es igual a

q2=[ hafuera/ haporte]MOSTRAR=0.9/ (11)

La ganancia relativa obtenida al utilizar el esquema SHOW se define como la relación

norte= q1/ q2 (12)

Después de sustituir (7) y (11) en (12) y tener en cuenta las relaciones

norte<< tRC YtCon=2,3 tRC, , tenemos

norte= q1/ q2 = Ud.norte/ Ud.ogro (13)

En el circuito SHOW (Fig. 16), el amplificador de banda ancha son las etapas resonantes de un amplificador de frecuencia intermedia (IFA) con un ancho de banda mucho más amplio que el ancho espectral de la señal útil. El amplificador está ubicado hasta el limitador. La cascada IF después del limitador se utiliza como integrador y el ancho de banda de esta cascada se adapta al ancho espectral de la señal útil. Para evitar el deterioro de la inmunidad al ruido del receptor debido a la expansión del ancho de banda de las etapas del amplificador al limitador, el circuito SHOW se ubica lo más cerca posible de la entrada del receptor.

3. DESCRIPCIÓN DE LA INSTALACIÓN DEL LABORATORIO

El diagrama de bloques de la configuración del laboratorio para estudiar el supresor de interferencias se muestra en la Fig. 3. La instalación del laboratorio incluye:

1. Generador de señales estándar (SSG);

2. Osciloscopio;

3. Maqueta de laboratorio de un supresor de interferencias.

El diagrama de bloques de la instalación se muestra en la Fig. 4. El circuito contiene un simulador de mezcla de señales e interferencias y un circuito SHOW. Una oscilación de amplitud modulada (AMO) del GSS se envía a la entrada de un simulador de una mezcla de señal y ruido de pulso. AMK tiene los siguientes parámetros:

a) amplitud Um = 100 mV;

b) frecuencia portadora fo == 100 KHz;

c) frecuencia de modulación fm = 1 KHz. El simulador produce las siguientes señales:

Sam - AMK útil;

Si - señal útil de pulso;

Sp - ruido impulsivo rectangular;

Spп: interferencia de pulsos de radio con forma de envoltura rectangular.

SYNC: pulso de sincronización del osciloscopio. En el panel frontal del modelo de laboratorio, es posible activar señales e interferencias simuladas usando los interruptores de palanca "Señal activada" y "Ruido activado", respectivamente. La señal de pulso útil se mezcla con ruido de pulso en el sumador å1, y la señal útil continua con AM y ruido de pulso de radio se mezclan en el sumador å2. Se suministra una mezcla de señal útil e interferencia a dos circuitos SHOW diseñados para funcionar tanto en videofrecuencia como en radiofrecuencia. El cambio de esquemas se realiza mediante el interruptor "Sam-Si" ubicado en el panel frontal del diseño. El primer circuito contiene un amplificador de vídeo de banda ancha (WVA), un limitador que utiliza diodos VD1, VD2 y un filtro de banda estrecha (UF1), implementado mediante un circuito RC. El segundo circuito contiene un amplificador de banda ancha, un limitador, un filtro de banda estrecha (UV2) y un detector AMC. UV2 es un circuito oscilatorio L1 Sk1 Sk2, cuyo ancho de banda coincide con

el ancho del espectro AMK. El limitador se activa mediante el interruptor de palanca "ON PP". El cambio de puntos de control a tres posiciones (1, 2, 3) permite mediante un osciloscopio observar las señales en la entrada del circuito SHOW, en la entrada del limitador y en la salida del circuito.

4. PROCEDIMIENTO PARA LA REALIZACIÓN DEL TRABAJO

3.1. Familiarícese con el principio de funcionamiento del supresor de interferencias y la composición del equipo utilizado.

3.2. Estudio de un supresor de interferencias en presencia de una señal útil pulsada.

3.2.1. Preparándose para el trabajo:

Configure una señal con los siguientes parámetros en la salida GSS:

a) amplitud - 100 mV;

b) frecuencia - 100 KHz;

c) profundidad de modulación - 30%.

Encienda el diseño, coloque el interruptor "Sam-Si" en la posición Si, los interruptores "Ruido activado", "Señal activada" en la posición activado, el interruptor del punto de control en la posición 1.

3.2.2. Medidas:

Con un osciloscopio, mida los parámetros de la señal y el ruido en la entrada del circuito (amplitud de la señal Uc y ruido Uп; duración de la señal tс y ruido tп);

Calcule la relación señal/ruido a partir del voltaje en la entrada del circuito;

Observe la señal en los puntos de control del circuito con el supresor de ruido encendido y apagado, apagando el limitador con el interruptor de palanca “On PP”;

Mida la relación señal-ruido en la salida del circuito con el supresor de ruido encendido y apagado;

Con base en los resultados de la medición, determine la ganancia relativa y compárela con la calculada;

Dibujar oscilogramas en los puntos de control del circuito con el supresor encendido y apagado.

3.3 Investigación de un supresor de interferencias al recibir una señal continua de AM.

3.3.1. Preparándose para el trabajo:

Coloque los interruptores en las siguientes posiciones:

a) "Sam-Si" -Sam

b) "Señal encendida" - encendida;

c) "Interferencia activada" - desactivada;

d) puntos de control - 3;

Al cambiar la frecuencia del generador dentro de 100 kHz, se logra la señal máxima en la salida del detector. La observación se realiza en la pantalla del osciloscopio.

3.3.2 Medidas:

Observe la señal en los puntos de control del circuito con el supresor de ruido encendido y apagado, apagando el limitador con el interruptor de palanca “On PP”,

Mida la relación señal-ruido en la entrada del circuito (punto de prueba 1);

Mida la relación señal-ruido en la salida del circuito (punto de prueba 3) con el supresor encendido y apagado;

Nota, los niveles de señal útil e interferencia en la entrada y salida del circuito se miden por separado (la señal y la interferencia se activan mediante los interruptores de palanca de "señal activada" y "ruido activada");

Según los resultados de la medición, determine la ganancia en la relación señal-interferencia cuando se utiliza el circuito SHOW y la ganancia relativa.

diagrama de bloques del supresor de ruido en estudio;

oscilogramas de señales en puntos de control del circuito;

cálculo de la ganancia esperada en la relación señal/interferencia al recibir señales de vídeo;

Datos experimentales sobre la eficacia de un supresor de interferencias para señales de vídeo y radio.

LITERATURA

Protección contra interferencias de radio. , etc.; Ed. M.: Sov. radio, 1976