6.2 Розрахунок ефективності екранування плоских екранів з отворами

Якщо плоский екран має отвори, зазори і т. ін., то електромагнітні поля можуть проходити через них, суттєво зменшуючи ефективність екранування. Конструкція екрану повинна зводити зменшення ефективності до мінімуму. На рис. 6.2 показана прямокутний отвір у екрані (наприклад, для охолодження приладу). Якщо розміри щілини (м) ( ), а товщина екрану Т (м), то ефективність екранування сигналу з довжиною хвилі можна розрахувати з виразу:

(6.4)

Вираз (6.4) справедливий при .

Рисунок 6.2. – Екран з прямокутним отвором

На рис. 6.3 показаний отвір круглої форми, що зроблений у екрані для встановлення роз’ємних з’єднувачів, органів керування і вимірювання, а також для вентиляції. Якщо задатись діаметром отвору D (м) і товщиною екрану Т (м), то ефективність екранування сигналу з довжиною хвилі визначається з формули:

(6.5)

Рисунок 6.3 – Екран з круглим отвором

У виразах (6.4), (6.5) перший член описує вплив отвору, а другий – хвильовий ефект за межами екрану. Для загального випадку діаметр отвору, або його ширина не повинні перевищувати 0,05.

Екрануючий ефект кількох отворів, крім впливу самих отворів, залежить від відстані між ними та віддалі до джерела завад. Екрани які мають по кілька отворів називаються перфорованими.

На рис. 6.4, а та б показані екрани з матрицею прямокутних отворів, розмірами (м) ( ), відстань між якими S. Екрани такого типу виготовляються з металу з питомим опором _П і магнітною проникністю (мкГн/м). Джерело завади віддалено від екрану на відстань r (м) і генерує сигнали з частотою f (Гц) та довжиною хвилі (м).

Ефективність екранування перфорованими екранами знаходиться з виразу:

, (6.6)

Рисунок 6.4. – Екрани з матрицею прямокутних отворів

де ;

;

;

для магнітних полів

для електромагнітних полів

для електричних полів

(дБ);

(дБ),

(дБ)

Якщо джерело сигналу знаходиться на значній відстані від екрану ( ), то цей випадок описує доданок К1. По мірі наближення джерела сигналу до екрану, віддаль між джерелом і найближчим отвором починає відігравати усе більшу роль. Коли джерело завад, або схема, що їх сприймає розміщені поблизу екрану, то для кращої точності слід прийняти К1=0 дБ.

На рис. 6.5, а та б показані екрани з матрицею круглих отворів, що мають діаметр D (м). Ефективність екранування перфорованих екранів з круглими отворами розраховується так само як і для екранів з прямокутними отворами:

, (6.7)

де ;

;

;

для магнітних полів

для електромагнітних полів

для електричних полів

для рис. 6.5, а

для рис. 6.5, б

,

Коли джерело завад знаходиться поблизу екрану, слід прийняти .

Рисунок 6.5. – Екрани з матрицею круглих отворів

Для дротяних сіток (дротяних екранів) (рис. 6.6) слід використовувати вирази, наведені для екрану з матрицею прямокутних отворів, прийнявши, що (діаметр дроту) і . Коли ж отвори у екрані будуть шестигранними, то слід застосовувати вирази, наведені для екрану з матрицею круглих отворів, вибравши як D і S відповідно відстань між гранями і товщину стінок.

Гранична частота f_гр, при якій ефективність безкінечного плоского стального та мідного екранів по відношенню до падаючої на них електромагнітної хвилі від джерела завади залишається однією і тією ж, залежить від Т і знаходиться з формули:

(6.8)

Слід пам’ятати, що гранична частота екрану f_гр повинна бути вищою за найвищу частоту спектру завад.

Отже, у залежності від типу схеми, її чутливості до завад, температурних режимів та способу під’єднання кабелів чи провідників вибирається та чи інша конструкція стінок екрану, після чого здійснюється розрахунок стінки, яка містить отвір з найбільшим розміром.

Рисунок 6.6 – Дротяний екран

Якщо досягти необхідної ефективності екранування не вдається, то необхідно змінити конструкцію стінок екрану і ще раз провести розрахунок [18].

Контрольні запитання до теми “Проектування захисних екранів”

1. Як визначається ефективність екранування?

2. Як знаходиться характеристичний опір екрану?

3. Які властивості плоского суцільного екрану?

4. Пояснити процес екранування електромагнітних хвиль.

5. Пояснити зміну ефективності екранів з прямокутним чи круглим отворами по відношенню до суцільного екрану.

6. Пояснити роботу перфорованих екранів.

7. Пояснити роботу дротяного екрану.

8. Пояснити, для яких типів схем використовується екранування?

9. Пояснити послідовність проектування екранів.

10. Чи однаковим буде процес проектування екрану для аналогової та цифрової схем?

11. Яка складова поля завади сильніше впливає на електричні диполі?

12. Який з екранів краще екранує магнітні поля?

Л Е К Ц І Я № 11

Т Е М А 7: Розрахунок радіаторів для потужних напівпровідникових елементів

До потужних напівпровідникових елементів ЗВТ відносяться потужні: випростовувальні діоди, стабілітрони, тиристори, симистори, біполярні та польові транзистори.

Параметри напівпровідникових елементів у значній мірі залежать від температури р-n-переходів, корпусу елемента і навколишнього середовища.

Розглянемо зміни параметрів деяких напівпровідникових елементів при підвищенні температури [20, 21].

У працюючих напівпровідникових елементах розсіюється значна частина підведеної до них електричної потужності. Внаслідок цього температура внутрішніх областей і корпуса напівпровідникового елементу перевищує температуру навколишнього середовища. Температура р-n-переходу у внутрішніх областях напівпровідникових елементів вважається важливим показником, від якого залежить їх працездатність. Для напівпровідникових діодів, як правило, вказується максимальна температура корпуса t_к.макс. Для транзисторів задається максимальна температура області колекторного переходу t_п.макс., тому що там проходить виділення великої частини розсіюваної електричної потужності. Підвищення внутрішньої температури р-n-переходу призводить до поступового старіння транзистора, а також незворотних змін, у результаті чого транзистор може вийти з ладу. Незворотні зміни у напівпровідникових елементах наступають при температурах переходу вище 100 ^оС для елементів виготовлених на основі германію, і 200 ^оС для елементів, виготовлених на основі кремнію. Максимальна температура переходу t_п.макс вказується у відповідних довідниках на транзистори.

Для нормальної роботи напівпровідникових елементів необхідно, щоб температура переходу була завжди нижчою за максимальну. При підвищенні температури знижуються максимальні показники напівпровідникових елементів. Так, у випростовувальних діодів при підвищенні температури р-n - переходу сильно збільшується зворотній струм, який може досягнути такої величини, що діод втратить свої випростовувальні властивості. Із збільшенням температури у германієвих діодів зменшується величина пробивної напруги.

У кремнієвих стабілітронів при підвищенні температури переходу зменшується напруга стабілізації. У тиристорів з підвищенням температури зростають зворотні струми у виключеному режимі, збільшується час і зменшується струм вимкнення. При підвищенні температури деякі тиристори можуть самостійно вмикатися, що може спричинити збій роботи приладів, у яких вони використовуються.

При підвищенні температури у транзисторах знижуються максимальні показники (потужність, напруга, струм) і змінюються практично всі їхні параметри. Наприклад, для малопотужних транзисторів потужність розсіювання зменшується на 10 мВт підвищенні температури на кожні 5 ^оС.

Отже, для забезпечення високої надійності потужних напівпровідникових елементів потрібно приділяти серйозну увагу їх охолодженню.