Паразитные связи и наводки

Элементы, цепи, тракты, соединительные провода и линии связи любых электронных систем и схем постоянно находятся под воздействием собственных (внутренних) и сторонних (внешних) электромагнитных полей различного происхождения, индуцирующих или наводящих в них значительные напряжения. Такое воздействие называют электромагнитным влиянием или просто влиянием на элементы цепи. Коль скоро такое влияние образуется непредусмотренными связями, в подобных случаях говорят о паразитных (вредных) связях и наводках, которые также могут привести к образованию каналов утечки информации.

Основными видами паразитных связей в схемах электронных устройств являются емкостные, индуктивные, электромагнитные, электромеханические связи и связи через источники питания и заземления радиоэлектронных средств.

В интересах предметного изложения материала рассмотрим паразитные связи и наводки на примере широко распространенных усилительных систем различного назначения.

Паразитные емкостные связи

Паразитные емкостные связи обусловлены электрической емкостью между элементами, деталями и проводниками усилителей, несущих потенциал сигнала. Так как сопротивление емкости, создающей паразитную емкостную связь, падает с ростом частоты (Хс = 1/wC), проходящая через него энергия с повышением частоты увеличивается. Поэтому паразитная емкостная связь может привести к самовозбуждению усилителя на частотах, превышающих его высшую рабочую частоту.

Чем больше усиление сигнала между цепями и каскадами, имеющими емкостную связь, тем меньше емкости требуется для его самовозбуждения. При усилении в 105 раз (100 дБ) для самовозбуждения усилителя звуковых частот иногда достаточно емкости между входной и выходной цепями порядка 0,01 пф (рис. 48).

Паразитные индуктивные связи

Паразитные индуктивные связи обусловлены наличием взаимоиндукции между проводниками и деталями усилителей, главным образом, между его трансформаторами. Паразитная индуктивная обратная связь между трансформаторами усилителя - например, между входным и выходным трансформаторами - может вызвать режим самовозбуждения в области рабочих частот и гармониках.

Для усилителей с малым входным напряжением (микрофонные, магнитофонные и др.) очень опасна индуктивная связь входного трансформатора с источниками переменных магнитных полей (трансформаторы питания). При расположении такого источника в нескольких десятках сантиметров от входного трансформатора наводимая на вторичной обмотке трансформатора средних размеров ЭДС наводки может достигать нескольких милливольт, что в сотни раз превосходит допустимое значение. Значительно слабее паразитная индуктивная связь проявляется при торроидальной конструкции входного трансформатора. Паразитная индуктивная связь ослабляется при уменьшении размеров трансформаторов.

Паразитные электромагнитные связи

Паразитные электромагнитные связи приводят к самовозбуждению отдельных каскадов звуковых и широкополосных усилителей на частотах порядка десятков и сотен мегагерц. Эти связи обычно возникали между выводными проводниками усилительных элементов, образующими колебательную систему с распределенными параметрами и резонансной частотой определенного порядка.

Паразитные электромеханические связи

Паразитные электромеханические связи проявляются в устройствах, корпус которых имеет жесткую механическую связь с включенным на выход усилителя громкоговорителем; в усилителях, расположенных вблизи от громкоговорителя, а также в усилителях, подвергающихся вибрации (сотрясению). Механические колебания диффузора близкорасположенного громкоговорителя через корпус последнего и шасси усилителя, а также через воздух передаются усилительным элементам. Вследствие микрофонного эффекта эти колебания вызывают в цепях усилителя появление переменной составляющей тока, создающего паразитную обратную связь.

Транзисторы почти не обладают микрофонным эффектом, поэтому паразитная электромеханическая связь проявляется в основном в ламповых усилителях.

Обратная связь в усилителях звуковых частот

Обратная связь представляет собой передачу сигналов из последующих цепей в предыдущие, т.е. в направлении, обратном нормальному - например, из выходной цепи усилительного элемента или усилителя в его входную цепь (рис. 49); здесь и далее К - коэффициент усиления усилителя без обратной связи, равный отношению его выходного напряжения к входному, и? - коэффициент передачи напряжения цепи обратной связи, равный отношению ее входного напряжения Vсв к выходному напряжению Vвых усилителя, являющемуся входным напряжением цепи обратной связи.

Обратная связь может вызываться:

1. Физическими свойствами и конструкцией усилительных элементов; такую обратную связь называют внутренней обратной связью.

2. Паразитными индуктивными, емкостными и другими связями между входными и выходными цепями, создающими пути для обратной передачи сигналов; такую обратную связь называют паразитной обратной связью.

Паразитные обратные связи не всегда поддаются расчету и могут существенно изменять свойства усилителей. Если напряжение обратной связи Vсв совпадает по фазе с входным напряжением Vвх и имеет с ним одинаковое направление, обратную связь называют положительной. Для положительной обратной связи коэффициент усиления усилителя можно

Эти уравнения показывают, что положительная обратная связь при вк < 1 увеличивает коэффициент усиления усилителя.

Из выражения (*) видно, что при положительной обратной связи и вК == 1 Ксв становится бесконечно большим. В этом случае даже при отсутствии сигнала на входе усилителя ничтожно малые составляющие напряжения его собственных шумов усилятся до полной амплитуды выходного напряжения. Такое явление называют самовозбуждением усилителя. При положительной обратной связи и значении вК > 1 усилитель обычно самовозбуждается и переходит в режим паразитной генерации.

Самовозбуждение может возникнуть и в усилителе с отрицательной обратной связью из-за того, что на частотах, где усилитель вместе с цепью обратной связи вносит сдвиг фазы в 180 градусов, отрицательная обратная связь превращается в положительную, и если на этих частотах значение вК равно единице или больше нее, то усилитель самовозбуждается. Самовозбуждение усилителей обычно происходит на очень низких или очень высоких частотах, выходящих за пределы рабочей полосы частот (вплоть до частоты KB диапазона). В этом случае акустические сигналы, поступающие на усилитель, модулируют частоту самовозбуждения и излучаются в эфир усилителем как обычным радиопередатчиком.

В системах с обратной связью, используемых в качестве усилителей, термином "устойчивость" определяют наличие или отсутствие собственных установившихся колебаний. В то время как система, не имеющая цепей обратной связи, всегда устойчива, введение обратной связи может оказаться причиной возникновения колебаний в системе.

Амплитудные и фазовые характеристики усилителя и цепи обратной связи являются функциями частоты, и по этой причине обратная связь может быть положительной при одних частотах и отрицательной при других. Следовательно, система, имеющая отрицательную обратную связь в среднечастотном диапазоне, может оказаться системой с положительной обратной связью при частотах, удаленных от этого диапазона. Итак, при определенных условиях в системе могут возникать колебания, и в этих случаях говорят, что система неустойчива.

Паразитные обратные связи через источники питания

Паразитные обратные связи через источники питания в многокаскадном усилителе возникают вследствие того, что источник питания имеет внутреннее сопротивление

.Так, например, ток сигнала I вых усилителя, изображенного на рис. 50, проходя через источник питания, создает на внутреннем сопротивлении Zн последнего падение напряжения V, равное I вых Zn. Это напряжение, вместе с постоянной составляющей напряжения источника питания, подается на предыдущие каскады, а затем через элементы межкаскадной связи попадает на входы усилительных элементов, создавая в усилителе паразитную обратную связь. В зависимости от фазы по отношению к сигналу это напряжение может увеличивать напряжение сигнала и при достаточной глубине - привести к его самовозбуждению

.Опасный сигнал может попасть в цепи электрического питания, создавая канал утечки информации. В линию электропитания высокая частота передается за счет паразитных емкостей трансформаторов блоков питания (рис. 51).

Утечка информации по цепям заземления

Заземление - это устройство, состоящее из заземлителей и проводников, соединяющих заземлители с электронными и электрическими установками, приборами, машинами. Заземлителем называют проводник или группу проводников, выполненных из проводящего материала и находящихся в непосредственном соприкосновении с грунтом. Заземлители могут быть любой формы - в виде трубы, стержня, полосы, листа, проволоки и т.п. В основном они выполняют защитную функцию и предназначаются для соединения с землей приборов защиты.

Отношение потенциала заземлителя к стекающему с него току называется сопротивлением заземления. Величина сопротивления заземления зависит от удельного сопротивления грунта и площади соприкосновения заземлителей с землей (рис. 52)

.

Поиск по сайту: