Помехи и борьба с ними.

          Помеха – сторонний возмущающий сигнал, искажающий полезную информацию. Помехи преимущественно возникают в окружающей среде вследствие разных физических явлений. Если в точке наблюдения сигнала s(t) регистрируется его значение x(t) вместе с помехой v(t) в виде:

s(t) = x(t) + v(t), то помеху называют аддитивной.

         Существует и мультипликативный вид помехи s(t) = x(t) * v(t).

Помехи могут быть случайными и детерминированными.

Детерминированные помехи имеют постоянные или периодически повторяющиеся параметры в отличие от случайных. Детерминированные помехи характеризуются временными функциями и амплитудно- и фазочастотными спектрами.

Случайные помехи – шумы, связанные с тепловыми флуктуациями параметров элементов, с неустойчивыми  во времени и в пространстве физическими процессами. Для описания случайных помех используются корреляционные функции энергетические спектральные диаграммы.

Помехи вызывает два вида искажения сигнала. Во-первых, помеха может наложиться на сигнал, изменяя его форму. Во-вторых, помеха может вывести устройство за пределы его динамического диапазона и вызвать нелинейные искажения сигнала или даже привести устройство в зону нечувствительности к сигналу (режим насыщения)

Различают внутренние и внешние помехи.

Внутренние помехи возникают в результате непреднамеренной передачи части энергии сигнала из части устройства с большим уровнем сигнала в часть с меньшим уровнем  сигнала (паразитные обратные связи).

Внешние помехи могут возникать из-за наличия  в канале связи других сопутствующих сигналов. Особое место занимают промышленные помехи. Диапазон частот этих помех может быть весьма широк от 50Гц до нескольких мегагерц.

Помехи могут быть также естественными и искусственными.

Борьба с помехами начинается с выявления источника помехи и составления схемы замещения, моделирующей помеху. Далее разрабатываются меры борьбы.

Помеха появляется в сигнале вследствие связи устройства с сигналом и источников помех. Различают три вида связи:

- индуктивная связь,

- емкостная связь,

- гальваническая (кондуктивная) связь.

6. Помехи, вызванные индуктивными связями. Физика процессов, схемы замещения и методы борьбы.

Индуктивная связь возникает при наведении ЭДС в проводах устройства с сигналом вследствие явления электромагнитной индукции. Для этого должны быть:

- источник переменного магнитного поля (источник помехи) и

-замкнутый контур с проводником в устройстве с полезным сигналом.

 На рис. 7.6 прямоугольниками условно обозначены источник сигнала (слева) и приемник сигнала (справа), соединенные проводами. В замкнутом контуре, образованном проводами (в левой части рис.7.6) , образуется ЭДС e(t) помехи, которая зависит от скорости и амплитуды изменения магнитного потока Φ(t):

 e(t)=- dΦ(t)/dt= - s*dB(t)/dt.

 Здесь  s -площади контура,  B(t) – среднее значение магнитной индукции в контуре.

Есть четыре способа борьбы с электромагнитной помехой, которые применяют в зависимости от конкретных условий.

Первый способ – экранирование устройства от переменных магнитных полей путем помещения устройства в оболочку из ферромагнитного материала с высокой магнитной проницаемостью. Это приводит к уменьшению значения магнитной индукции в контуре. 

Второй способ – уменьшение площади контура s, в котором наводится ЭДС самоиндукции. Для этого проводники в устройстве размещают с малой дистанцией, как в правой части рис.7.6.

Рис.7.6. Уменьшение магнитного потока при сближении проводов.

 Третий способ – скручивание проводников (витая пара). В этом случае в отдельных петлях s₁, s₂…жгута создаются составляющие ЭДС разных знаков и их сумма на всей площади s приближается к нулю (рис.7.7).

 Рис.7.7. В свитых проводниках на разных участках возникают составляющие ЭДС противоположных направлений.

 Четвертый способ – использование коаксиального кабеля, который состоит из цилиндрической плетеной медной оболочки («экрана») и центрального  медного провода («жилы»), разделенных пластиковым изолятором. На рис.7.8 экран кабеля изображен пунктирной линией

Рис.7.8. Коаксиальный кабель в переменном магнитном поле.

 ЭДС в контуре, образованного оболочкой и жилой коаксиального кабеля определяется суммой составляющих e₁(t) и e₂(t). Последние создаются изменениями потоков через, соответственно, площадки s₁ и s₂. При этом относительно оболочки эти ЭДС имеют противоположные направления (отмечены знаками ٠и +). Поэтому в контуре сумма ЭДС равна нулю.