Přednášky- prezentace

vlivňovaném) obvodu, tedy hodnotu R32 udržovat minimální. Rychlost časových změn všech napětí (signálů) v obvodu u /t omezit na minimální možnou hodnotu, postačující ke správné činnosti daného obvodu. Co největší kapacita C32 , která na vstupu ovlivňovaného obvodu omezuje velikost přeneseného rušivého napětí (např. těsným při-blížením či zkroucením vodiče 3 se vztažným vodičem 2. * Vzájemně elektricky odstínit oba ovlivňující se vodiče buď stíně-ním vodiče 3, nebo zavedením pomocného „stínicího“ spoje s nulovým potenciálem na desce plošného spoje mezi vodiče 1 a 3. * Kapacitní vazba vůči zemi
vyvolaná velkou kapacitou např. přívodů obvodu vůči společné zemi * Parazitní induktivní vazba  maximální vzájemná vzdálenost r obou obvodů;
minimální velikost proudové smyčky S rušeného obvodu (ob-vodu přijímače)  minimální délka souběžně probíhajících vodičů obou obvodů
minimální rychlost časových změn všech proudů (signálů) v obvodu  I /t . * Způsoby omezení induktivní vazby a) omezení induktivní vazby pomocí závitu K nakrátko; a) b) c) d)
b) kompenzace induktivní vazby zkroucením vodičů obvodu přijímače; c) minimalizace vazby kolmým natočením vazebních smyček; d) minimalizace vazby stíněním obvodu přijímače. * Omezení parazitních kapa-citních a induktivních vazeb mezi souběžnými kabely 
separátní vedení kabelů ve stíněných sekcích Parazitní vazba vyzařováním * [V/m ; kW , km] Účinná ochrana

elektromagnetické stínění
* ZPŮSOBY OMEZOVÁNÍ RUŠENÍ odrušovací tlumivky a jednoprvkové tlumivkové filtry,
odrušovací kondenzátory a kondenzátorové filtry,
pasivní odrušovací filtry LC,
přepěťové ochranné prvky (bleskojistky, plynem plněné výbojky, varistory, omezovací diody),
elektromagnetické, elektrické a magnetické stínění. Rušení na vedení: odrušovací tlumivky, kondenzátory, kmitočtové filtry LC a omezovače přepětí
Rušení vyzařováním: elektromagnetické stínění ODRUŠOVACÍ PROSTŘEDKY * Základním parametrem každého odrušovacího prvku, filtru, příp. stínicího krytu je
vložný útlum L U20 U2 L [dB] = U20 [dBμV] – U2 [dBμV] * Odrušovací tlumivky * Parazitní parametry odrušovací tlumivky Kmitočtová závislost velikosti impedance
reálné odrušovací tlumivky Náhradní schéma reálné
odrušovací tlumivky * Základní požadavky na odrušovací tlumivky: Velká indukčnost (řádově mH) při malých rozměrech, malém počtu závitů, nízké hmotnosti a nízké ceně. Napěťový úbytek napájecího napětí 50 Hz na tlumivce je základním omezujícím faktorem počtu závitů tlumivky, a tedy hodnoty její indukčnosti.
Vysoký vlastní rezonanční kmitočet, tj. minimální parazitní kapa-city tlumivky.
Mimo oblast síťových kmitočtů (100 ÷ 400 Hz) musí mít tlumivka co největší činné ztráty, tedy co nejmenší činitel jakosti (Q < 1). Ty-pická hodnota vložného útlumu „síťové“ tlumivky činí 15 ÷ 20 dB na kmitočtu řádu 100 kHz.
Tlumivka s feromagnetickým jádrem se nesmí přesycovat při pracov-ních proudech, pro něž je určena.
Tvar a permeabilita magnetického obvodu jádra musí umožňovat do-sáhnout maximální indukčnosti při minimálním počtu závitů. * Druhy odrušovacích tlumivek Tlumivky pro potlačení symetrické složky rušení v napájecích obvodech, pro potlačení parazitních vazeb mezi signálovými a řídi-cími obvody, vysokofrekvenční blokovací tlumivky. Odrušovací tlumivka na otevřeném feritovém jádru Odrušovací tlumivka na uzavřeném feritovém jádru Odrušovací tlumivky pro vysoké kmitočty * Tlumivky pro potlačení nesymetrické složky rušení v napá-jecích obvodech, tzv. tlumivky s proudovou kompenzací. jednofázová trojfázová * Odrušovací kondenzátory
(kondenzátorové filtry) * Parazitní parametry odrušovacích kondenzátorů Vliv přívodů dvojpólového kondenzátoru 250 nF na hodnotu vložného útlumu Přívod o délce 5 mm představuje indukčnost cca 5 ÷ 10 nH blokovací
kondenzátor společný (zemnicí) vodič * Blokovací (oddělovací) kondenzátor
(bypassing capacitor, decoupling capacitor) * kmitočtové spektrum časový průběh Rušivé napětí (šum) na blokovacím kondenzátoru * Kmitočtový průběh vložného útlumu různých kondenzátorů Typy a montáž průchodkových kondenzátorů * Kapacita odrušovacích kondenzátorů Kondenzátory třídy Xse používají tam, kde jejich případný průraz nemůže ohrozit lidský život.
Kondenzátory třídy Y (tzv. bezpečnostní) se zapojují mezi fázový a ochranný vodič tam, kde je omezena pří- pustná hodnota svodového proudu. se volí v závislosti na kmitočtovém spektru rušení   čím nižší dolní kmitočet potlačovaného kmitočtového pásma, tím větší kapacita * Konstrukční typy odrušovacích kondenzátorů
a způsoby jejich použití dvojpólový trojpólový trojpólové čtyřpólový pětipólový * Potlačení protifázových rušivých proudů IP pomocí dvojpólového kondenzátoru CX a soufázových rušivých proudů IS pomocí dvojpólových kondenzátorů CY Potlačení soufázových rušivých proudů  pomocí trojpólových kondenzátorů * Potlačení protifázových rušivých proudů pomocí čtyřpólového kondenzátoru Potlačení protifázových rušivých proudů a soufázových rušivých proudů  pomocí jediného pětipólového odrušovacího kondenzátoru * Síťové (napájecí) odrušovací filtry Vlastnosti filtru (velikost vložného útlumu) závisí na jeho vlastních parametrech i na impedančních parametrech zdroje a přijímače rušení (impedance napájecí sítě ZS a napájecího vstupu zařízení ZZ). Neurčitost těchto impedancí působí znač-né obtíže při návrhu a provozu síťových odrušovacích filtrů. Odrušovací filtry LC * Impedance energetické napájecí sítě 1 - venkovní síť

3 - průmyslová síť
4 - kabelová zemní rozvodná síť [1] HABIGER, E. Elektromagnetische Verträglichkeit. Hüthig Buch Verlag, Heidelberg 1992 silně závisí na typu a provedení sítě a značně se mění v závis-losti na kmitočtu v širokém rozsahu od zlomků W až po stovky W. Je hlavním zdrojem neurčitosti při provozu filtrů. MIL-STD 462 2 - průběh dle normy CISPR * Další problémy návrhu síťových odrušovacích filtrů Na tlumivkách filtru (bez proudové kompenzace) nesmí vzniknout větší úbytek napájecího napětí 50 Hz než 1÷2 % jmenovité hodnoty  omezení celkové velikosti indukčnosti tlumivek shora.
Parazitní vlastnosti tlumivek a kondenzátorů omezují kmitočtové pás-mo a velikost útlumu filtru. Vlivem parazitní indukčnosti kondenzátorů a parazitní kapacity tlumivek se původní dolní propust mění na horní propust, a tím se rušení na vysokých kmitočtech zhorší.
Odrušovací filtr na napájecím vstupu zařízení nesmí zhoršit provoz zařízení ani napájecí sítě nebo ohrozit jejich správnou činnost.
Ekonomické a konstrukční otázky  cena filtru, rozměry a váha. Všechny tyto veličiny by měly být minimalizovány. 
výpočet síťového odrušovacího filtru má vždy spíše jen orientační charakter * Volba základní struktury síťového filtru
podle velikostí zátěžových impedancí ZS a ZZ * Základní struktury síťových odrušovacích filtrů LC Výchozí půlčlánek L typu dolní propust Sestavení základního článku T Sestavení základního článku  * Sestavení dvojitých článků T a P * Příklady zapojení komerčních odrušovacích síťových filtrů * Odrušovací filtr se zemní tlumivkou * Mechanická konstrukce a instalace odrušovacích filtrů do chráněného vstupu odrušovaného zařízení musí být takové, aby rušivé signály mohly vstupovat do zařízení jen průchodem přes filtr a nikoli různými parazitními cestami „kolem“ filtru. ŠPATNĚ SPRÁVNĚ kovová přístrojová stěna
vnitřní přídavný stínicí kryt
vnitřní prostor přístrojové skříně dle potřeby lze vložit další průchozí filtr EMC filtr * Speciální druhy odrušovacích filtrů Filtry NEMP (LEMP), filtry EMP (RFI / EMI Filters) pro ochranu zařízení proti působení rušivých impulzů velké intenzity. Filtr EMP má na vstupu zapojeny přepěťové ochranné prvky (bleskojistky, varistory, ochranné diody aj.). Příklad zapojení síťového odrušovacího filtru
s přepěťovými ochranami (filtr EMP) Filtry TEMPEST (Temporary Emanation and Spurious Trans-mission – přechodné úniky a nepravé přenosy). Velmi jakostní parametry: vysoký útlum 80÷100 dB v širokém kmitočtovém rozsahu od 10 kHz do několika GHz. V USA je jako TEMPEST označován celý národní program na ochranu počítačů a jejich periférií před nežádoucím odposlechem dat. * Příklad zapojení filtru TEMPEST
firmy Schaffner Datové filtry (Data - Line Filters) k omezení rušivých signálů na da-tových a signálových vedeních. Datové filtry pracují v přizpůsobe-ných systémech (ZS = ZZ) a pro-pouštěné užitečné signály bývají značně širokopásmové. Obvyklým požadavkem je proto velká str-most jejich útlumové charakteris-tiky mezi propustným a nepropust-ným pásmem. * * Přepěťové ochranné prvky prvky pro hrubou přepěťovou ochranu (hard limiters)
vzduchové jiskřiště, plynem plněné výbojky (bleskojistky)
prvky pro jemnou přepěťovou ochranu (fine limiters)
varistory, Zenerovy diody, supresorové diody * Hrubé přepěťové ochrany Vzduchové jiskřiště k ochraně proti napětím od 1 kV do několika jednotek MV. Je tvořeno dvěma elektrodami ve vzduchu, mezi nimiž při přepětí dochází k výboji. Základní nevýhodou je nízká reproduko-vatelnost procesu vzduchového výboje. Obvyklá konstrukce plynem plněných výbojek Plynem plněné výbojky (bleskojistky) s elektrodami v keramickém či skleněném pouzdru naplněném vzácným plynem (argon, neon) pod slabým tlakem. Vysoká přesnost a reprodukovatelnost výboje.
Statická V-A charakteristika bleskojistky Izolační odpor mezi elektrodami v „nezapáleném“ stavu je větší než 1010 , vlastní kapacita bleskojistky je menší než 10 pF. Přesáhne-li napětí hodnotu tzv. zápalného napětí UZ (desítky V až několik kV), dojde k „zapálení“ výbojky a její odpor prudce klesne až o deset řádů. * doutnavý výboj obloukový výboj Velikost zápalného napětí UZ bleskojistky závisí silně na strmosti časového nárůstu přicházejícího napěťového impulzu du/dt. Statické zapalovací napětí UZstat je definováno pro nárůst napětí pomalejší než 100 V/s a jeho typické hodnoty jsou cca 90 ÷ 1200 V. Dynamické zapalovací napětí bleskojistky je definováno pro nárůst napěťového impulzu du/dt = 1 kV/s. Jeho hodnota bývá v rozmezí 600 ÷ 700 V. Při velmi strmých impulzech (< 30 ns) plynová bleskojistka nezapálí. Průběh napětí na bleskojistce při působení rychlého přepěťového impulzu * * Jemné přepěťové ochrany Varistory (Variable Resistors), odpory VDR (Voltage Dependent Resistors) jsou nelineární napěťově závislé polovodičové rezistory se symetrickou A-V charakteristikou. Varistory se vyrábějí ze ZnO (MOV – Metal Oxide Varistor) nebo z SiC. K závisí na geometrii varistoru
pro SiC je  = 3 ÷ 7, pro ZnO  = 25 ÷ 40.
Rozsah provozních napětí varistoru (velikost ochranného napětí varistoru) činí jednotky V až jednotky kV.
Odpor varistoru je 1012 W (v rozsahu pracov-ních napětí) a 1 ÷ 10 W mimo tento rozsah. Varistorem může protékat proud až desítek A.
Reakční doba varistoru činí nízké desítky ns.
Kapacita varistoru je 0,4 ÷ 40 nF. I = K.U a * Zenerovy diody s hodnotami Zenerova, tj. ochranného napětí od cca 3 V do 200 V. Supresorové diody, TAZ diody (Transient Absorbing Zener), Transil (Thomson) nebo Transzorb (General Semiconductor) jsou speciální křemíkové lavinové diody s vyšší proudovou zatížitelností v závěrné oblasti a kratší reakční dobou. Jsou pouzdřeny jako pár diod zapojených antisériově proti sobě; vzniká bipolární součástka se symetrickou A-V charakteristikou podobnou charakteristice varistoru.
Rozsah ochranných napětí je obvykle 6 ÷ 440 V.
Vlastní kapacita až 15 000 pF.
Velmi krátká reakční doba jednotky až desítky ps. * Obvodové zapojení přepěťových ochran Nejčastěji jako kombinované ochrany tvořené kaskádním zapojením několika typů ochranných prvků do společného vedení. R
> 5  R
> 5   * Vlastní kapacita prvků přepěťových ochran
působí: pozitivně v nízkofrekvenčních odrušovacích systémech (např. v napájecích odrušovacích filtrech) jako součást filtračních kapacit filtru.  * negativně ve vysokofrekvenčních sdělovacích či datových systémech, kde velká hodnota kapacity těchto prvků způsobuje nepřijatelně vysoký útlum užitečných vysokofrekvenčních signálů. Zmenšení kapacity přepěťové ochranné diody pomocí rychlých (nízkokapacitních) spínacích diod * Vliv délky přívodů přepěťové ochrany Vlivem indukčnosti dlouhých přívodů a vlastní kapacity ochranného prvku vzniká ostrý (derivační) napěťový impulz, jehož velikost může být větší než je výsledná hodnota omezovaného napětí na přepěťovém prvku. Napětí na výstupu Zenerovy diody 3V3 s různou délkou drá-tových přívodů jako odezvy na vstupní na-pěťový skok o veli-kosti 10 V
ELEKTROMAGNETICKÉ STÍNĚNÍ Teoretické řešení
neomezeně rozlehlá stínicí přepážka z dobře vodivého kovu
kolmý dopad rovinné elektromagnetické vlny (nejhorší případ) * Koeficient stínění nebo * Efektivnost (účinnost) stínění
(útlum stínění) – Shielding Effectiveness příp. [dB] charakteristická impedance
vodivého prostředí kovové přepážky charakteristická impedance volného prostředí před a za stínicí přepážkou konstanta šíření (vlnové číslo) rovinné elektromagnetické vlny ve vodivém prostředí stínicí přepážky * Útlum odrazem R
vzniká vlivem částečného odrazu energie vlny na impedančním rozhraní mezi vzduchem (dielektrikem) s impedancí Z0 a kovovou stěnou přepážky s impedancí ZM a rovněž na „výstupním“ rozhraní mezi kovovou stěnou ZM a dielektrikem (vzduchem) Z0 : Při Z0 >> ZM je  Útlum odrazem nezávisí na tloušťce t stínicí kovové stěny  účinné stínění lze vytvořit z tenké, ale vysoce vodivé (Z0 >> ZM ) přepážky. * Hloubka vniku elektromagnetického pole do kovového materiálu Absorpční útlum A
vzniká pohlcením části energie elektromagnetické vlny při jejím průchodu stínicí kovovou přepážkou o tloušťce t vlivem tepelných ztrát, tj. vlivem konečné vodivosti kovu stínicí přepážky : [dB]  Absorpční útlum roste s druhou odmocninou kmitočtu na dB stupnici. Vodivé feromagnetické materiály (m r >> 1) mají přitom větší absorpční útlum než stejně vodivé nemagnetické materiály. * Útlum vlivem mnohonásobných odrazů M
vzniká díky opakovaným odrazům na vstupu a výstupu stínicí kovové přepážky : Je-li stínění z dobře vodivého kovu (Z0 >> ZM) a jeho tloušťka t je podstatně větší než hloubka vniku (t >> d ), je M » 0 dB a vliv mnohonásobných odra-zů na celkové stínění lze zanedbat.  * Celková účinnost stínění
Útlum odrazem R je funkcí poměru  /m r , zatímco absorpční útlum A je funkcí součinu těchto veličin s .m r .
Útlum odrazem R tvoří dominantní složku stínicího účinku na níz-kých kmitočtech pro magnetické i nemagnetické kovové materiály.
Na vysokých kmitočtech roste absorpční útlum A a vysoce převy-šuje klesající útlum odrazem. Tento vzrůst na vysokých kmitočtech je přitom výraznější u magnetických kovových materiálů s m r >> 1.
Na nízkých kmitočtech, kdy hloubka vniku d >> t , příp. u velmi tenkých stínicích přepážek ( t > 1) materiály. vzdálená zóna r >> l / 2p Z0  f ( r ) = konst. blízká zóna r 2a) s jedním či více kruhovými otvory na kmitočtech „hluboko“ pod mezním kmitočtem, tj. f l na kmitočtech f 1 m3 ), případně není-li k dispozici otočný stůl. Při měření se anténa otáčí („obíhá“) kolem zkoušeného zařízení v dané měřicí vzdálenosti až do místa, kde je měřené rušivé napětí při dané polari-zaci antény maximální. je parametr, jímž se posuzuje vhodnost zkušebního stanoviště ve volném prostoru k měření elektromagnetického rušení. SA se vyjadřuje v [dB] a určuje se jednak měřením na daném stanovišti (SAm), jednak teoretickým výpočtem pro ideální případ (SAt). Dle ČSN CISPR 16-1 je zkušební stanoviště vyhovující, je-li
| SAm – SAt | ≤ 4 dB.
Hodnota ± 4 dB se skládá
z nepřesnosti měření cca ± 3 dB (nepřesnost přístrojového vyba-vení a nepřesnost určení anténních činitelů, příp. zisků antén) a
z hodnoty ± 1 dB vlivem nepravidelnosti vlastního stanoviště. * Útlum stanoviště SA (Site Attenuation) Měření : Napájecí koaxiální ka-bely v místech 1 a 2 se odpojí od obou an-tén a spojí se přímo. Měřič rušení MR udá-vá hodnotu UV . Napájecí kabely se připojí k anténám. Na-lezne se taková výš-ka MA, v níž je údaj UP měřiče rušení MR maximální.  1 2 UV UP * Teoretický výpočet : kde GVA a GMA jsou zisky vysílací a měřicí antény. Při použití laděných symetrických půlvlnných dipólů s délkou ramen nastavovanou do rezonan-ce pro každý měřicí kmitočet jsou jejich zisky GVA = GMA = 2,15 dB.  nebo též kde AFVA a AFMA značí anténní činitele (anténní faktory) vysílací a měřicí antény na zkušebním pracovišti. * Korekční činitel R [dB] vyjadřuje vliv odražené elektromagnetické vlny od zemní roviny stanoviště na zjišťovanou hodnotu útlumu SAt . Jeho hodnota je dána velikostí měřicí vzdálenosti stanoviště D a celko-vou dráhou DR odražené vlny: Pro různou výšku měřicí antény MA během měření v intervalu 1 ÷ 4 m (příp. 2 ÷ 6 m) může korekční činitel R nabývat následujících hodnot: D = 3 m®R = 3,74 ÷ 4,84 dB ….střední hodnota R = 4,3 dB
D = 10 m®R = 5,46 ÷ 5,86 dB ….střední hodnota R = 5,7 dB
D = 30 m®R = 5,81 ÷ 5,98 dB ….střední hodnota R = 5,9 dB Ve výpočtu se používá střední hodnota korekčního činitele R pro danou měřicí vzdálenost D. * Příklad změřených hodnot SAm (  ) a vypočteného teoretického
průběhu SAt ( ___ ) útlumu měřicího pracoviště na volném prostranství pro tři obvyklé měřicí vzdálenosti D a výšku vysílací antény 2 m * Měření v elektromagnetických stíněných prostorech Dva základní problémy provozu stíněných komor:
vlastní rezonance komory,
vnitřní odrazy v komoře. zajistí, aby měření nebylo ovlivněno (zkresleno) vnějšími rušivými sig-nály, tedy aby měřicí anténa přijímala jen rušivé signály pocházející od zkoušeného zařízení. Stíněná komora je vytvořena jako uzavřený prostor nejčastěji z desek ocelových plechů, který zajišťuje dostatečnou elektro-magnetickou těsnost, a to včetně dveří, větracích a přívodních otvorů apod. Elektromagneticky stíněné pracoviště pro zajištění své kompletní funkce musí být vybaveno řadou nezbytných prvků (dveře, okna, větrací průchody apod.), které však výrazně snižují výslednou účinnost stínění.
Kvalitní stíněná komora musí zajišťovat útlum pro vnější signály na úrovni 100 ÷ 120 dB. Tuto hodnotu lze zajistit v kmitočtovém rozsahu cca pěti dekád, tedy např. od 10 kHz do 1 GHz nebo od 100 kHz do 10 GHz . * Vlastní rezonance stíněné komory Např. ve stíněné hale s rozměry 7 x 6,7 x 17 m nastává první, tj. nejnižší rezonance na kmitočtu 23,2 MHz s tzv. příčně elektrickým videm TE101 (m = 1, n = 0, p = 1). Od tohoto nejnižšího rezonančního kmitočtu až do kmitočtu cca 81,5 MHz pro vid TE226 rezonuje tato hala s dalšími 80 vidy, tj. na dalších 80 rezonančních kmitočtech. Elektromagneticky stíněná komora tvoří „uzavřený“ dutý kovový kvádr a představuje tzv. dutinový rezonátor známý z klasické mikrovlnné techniky. Dutina (komora) se chová jako rezonanční obvod s vysokou hodnotou vlastního činitele jakosti a může obecně rezonovat na nekonečně mnoha diskrétních kmitočtech * Kolísání intenzity pole v daném místě komory je v důsledku vlast-ních rezonancí komory tak velké, že by znemožnilo objektivní vy-hodnocení jakéhokoli měření. Rezonance lze potlačit snížením činitele jakosti Q stíněné komory. Do místa maxim elektrického po-le těchto vidů v komoře umístíme desku či kvádr z absorpčního ztrátového materiálu. Tím se vý-razně zvýší ztráty komory pro da-ný vid na daném rezonančním kmitočtu, takže příslušná rezo-nance prakti