Високоскоростна защита срещу радиосмущения
Като причина за неизправността на радиооборудването в 80,90% от случаите са импулсни скокове на напрежение в мрежата. И тъй като е невъзможно да се премахне причината за появата на такива емисии, е необходимо да се вземат мерки за индивидуалната защита на всяко радиотехническо устройство. Целта на този раздел е не само да запознае читателите с теорията и основните методи за извършване на активна високоскоростна защита срещу импулсен шум с високо напрежение (пренапрежение), но и да научи как можете сами да направите такова устройство за различни приложения, използвайки модерна елементна база.
Видове смущения и принцип на защита
Светкавицата е най-мощният и опасен източник на пренапрежение със следните параметри:
- амплитуда на токовия импулс 2. 200 kA;
- скорост на нарастване отпред 2.200 kA/μs.
И въпреки факта, че обикновено токът на разряд на мълния не надвишава 80 kA, той все още е много. Следователно, когато полагат мрежи извън сградите (самите сгради имат мълниезащита), те трябва да използват защитни устройства (в съответствие с изискванията на нормативните документи, например [L9]), но тяхната ефективност до голяма степен зависи от това колко близо са възлите за защита от източника на смущения са разположени, например местоположение на мълния. Разрядите от мълнии съдържат милиони волта и е невъзможно да се предвиди предварително къде това напрежение ще влезе в проводниците, тъй като обикновено линиите са дълги и броят им непрекъснато се увеличава. Просто е невъзможно да се монтират защитни елементи (или гръмоотводи) навсякъде. Това води до ежегодно увеличаване на загубите от пренапрежение, причиняващи повреда на оборудването или неизправност.
Не по-малко опасни могат да бъдат смущаващите смущения, които се появяват по време на късо съединение, отворени вериги или рязка промяна в съпротивлението на товара, причинена от други причини (превключване). Например, когато напрежението е приложено към входа на трансформатор от 800 kW, в проводниците се появява превключващ импулс с продължителност около 0,5 μs и амплитуда до 4 kV, който след това се разпространява към потребителите. Тази група включва също смущения от електрифицирани превозни средства. Шумът от превключването възниква, когато е включен товар, като флуоресцентна лампа или климатик.
По правило обикновеното електрическо оборудване вече е проектирано за ефект на краткотрайно кратко пренапрежение (с продължителност до 10 ^ -5. 10 ^ -9 s) и поради своята инерция (токът няма време да се увеличи), може да им устои. В случай на по-дълго пренапрежение се задействат токови прекъсвачи или предпазители.
Човек сам може да се превърне в източник на високо напрежение (няколко киловолта), влизащо във входа на устройството поради статични заряди, натрупани върху тялото от електрифициращи дрехи. Мисля, че всеки е срещал такива разряди в живота (под формата на леки убождания), когато ръката докосне проводима повърхност.
За да се повреди връзката база-емитер на биполярен транзистор, обикновено е достатъчно малко напрежение (10 V), а за полеви ефект повече от 20 V. Като цяло, натрупаният заряд в човек, при най-неблагоприятните условия, може достигат стойности над 10,15 kV. Ако не предприемете специални защитни мерки, повечето микроелектронни продукти се провалят, когато са изложени на краткотраен импулс с високо напрежение. Минималната енергия, която е достатъчна, за да причини повреди на полупроводниковите клетки, е 10 ^ -2. 10 ^ -7 J. Енергията на статичния заряд, натрупан върху човешкото тяло (по-точно върху електрифициращи дрехи, а тялото е просто проводник), може да се изчисли по формулата:
където С е капацитетът на човек, обикновено той е около 150 pF;
U - напрежение, натрупано върху кондензатора.
По време на гръмотевична буря импулсът на напрежението (тока) има формата, показана на фиг. 1.1 (при същите параметри импулсите се използват за тестване на защитни елементи и описване на техните характеристики).