Вход, имеющий большое входное сопротивление, выделяет информацию из напряжения, приложенного к его входу.
Токовый вход.
Вход, имеющий малое входное сопротивление, выделяет информацию из тока I, протекающего через его входное сопротивление Rinp. Падение напряжения на входном сопротивлении токового входа Umax = Imax Rinp определяет запас по напряжению токового входа.
Вход заряда.
Вход имеет малое входное сопротивление. Он выделяет информационную составляющую из заряда Q, пропускаемого через его входное сопротивление Rinp .
Сущность входа заряда поясним с использованием эквивалентной схемы источника заряда Q в виде последовательно соединенных емкости и источника переменного напряжения U, - при этом эквивалентный заряд будет равен Q = C * U. Как и у токового входа, входное сопротивление Rinpвхода заряда должно быть достаточно низким, в этом сходство входов тока и заряда. Отличие же носит принципиальный характер: вход заряда схемотехнически обеспечивает частотную независимость (в широкой полосе частот) выделенной физической величины заряда, а при использовании токового входа в качестве входа заряда такая частотная независимость обеспечиваться не может, поскольку ток в сигнальной цепи при подсоединении вышеописанной эквивалентной схемы источника заряда будет равен Iinp = U /( Zc + Rinp), и следовательно, частотно-зависим от реактивного сопротивления емкости источника заряда Zc.
В табл. 4.2 приведены примеры типов входов реальных устройств
4.4 Принципиальная совместимость входов устройств и источников сигнала.
Знаком «+» в карте совместимости типов входов с типами источников сигнала (рис. 4.12) отмечены принципиально совместимые пары тип входа – тип источника, знаком «+/-» – отмечены плохосовместимые пары, а знаком «-» – принципиально несовместимые пары.
Тип источника сигнала
По характеру внутреннего сопротивления
По наличию заземления
По числу фаз
По наличию экранирующей поверхности
По полярности источника сигнала
U
I
Q
Нет
Есть
1
2
Есть
Нет
1-пол.
2-пол.
Тип входа
По входному сопротивлению
U-вход по напряжению
+
-
-
+
+
+
+
+
+
+
+
I-токовый вход
-
+
+/-
+
+
+
+
+
+
+
+
Q-вход заряда
-
+/-
+
+
+
+
+
+
-
-
+
По полярности входного сигнала
1-полярный
+
+
-
+
+
+
+
+
+
+
-
2-полярный
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
По количеству фаз и степени симметрии входа
Однофазный
+
+
+
+
+
+
+/-2
+
+
+
+
Псевдодифференциальный
+
-
-
+
+
+
-
+
+
+
+
Дифферен-циальный
+
+1
+1
+
+
+
+
+
+
+
+
Рис 4.12. Карта совместимости типов входов с типами источников сигнала.
(1 – случай встречается редко; 2 – можно считать совместимым, но только в случае, если однофазный вход имеет индивидуальную гальваноразвязку и это вход-выход напряжения, а не тока, или заряда)
5. Обзор способов повышения помехозащищенности измерительных цепей.
В этом разделе кратко перечислены способы и принципы обеспечения помехозащищенности.
5.1 Гальваническая развязка.
Под этим термином подразумевают семейство технических способов обеспечения изоляции между частями системы, которая обеспечивает непроводимость гальванического барьера для земельных и питающих сквозных токов и проводимость для информационного сигнала – фактически это устройство отделения информационного сигнала от среды, по которой он пришел.
В большинстве измерительных приборах гальванически развязывают именно вход прибора (хотя бы потому, что измерительных приборов, работающих на вход гораздо больше приборов, работающих на выход). Следует учитывать, что практически возможна и гальваноразвязка выхода прибора (например, генератора). Практически нет разницы при соединении двух приборов, - вне зависимости от того, с какой стороны он гальваноразвязан.
5.2 Согласование кабеля.
В электрически длинной линии отсутствуют отражения от ее концов, если эквивалентное сопротивление нагрузок на ее концах равно волновому сопротивлению длинной линии. Практически, если используется радиочастотный кабель для подсоединения источника сигнала с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом, то в любом случае полезно его согласовывать, если это технически возможно. Даже если сигнал от источника сигнала низкочастотный (для него кабель не является электрически длинной линией), все равно согласование имеет смысл, поскольку согласованная линия гораздо более помехоустойчива при воздействии внешних помех, в отличие от несогласованной. Достаточно эффективно обеспечить равенство волнового сопротивления и нагрузки хотя бы на одном конце линии. В частности, добавление последовательного резистора (увеличивающего выходное сопротивление источника напряжения точно до величины, равной волновому сопротивлению длинной линии) на передающем конце источника напряжения согласовывает линию на передающем конце. Этот принцип называют последовательным согласованием. Нагружать же линию на приемном конце дополнительной низкоомной нагрузкой иногда бывает неприемлемо из-за возникновения большого тока нагрузки источника сигнала; в то же время, если такая нагрузка допустима, то согласование кабеля еще и на приемном конце даст очень большую помехоустойчивость (практически определяемую качеством кабеля и качеством согласования).
5.3 Заземление.
Главная цель заземления состоит к привязке потенциала точки заземления устройства (как правило это определенная точка корпуса прибора) к потенциалу земли. Этой мерой, с одной стороны, достигается выполнение требования безопасности эксплуатации данного прибора, а с другой стороны – обеспечивается выравнивание потенциалов точек заземления приборов в системе, что обеспечивает помехоустойчивость работы оборудования.
Итак, главная цель заземления состоит в привязке потенциала точки заземления устройства, а не для того, чтобы ответвлять ток какой-нибудь цепи. Тем более, если ток сигнальной цепи ответвляется в землю.
Сформируем и поясним на примерах основные правила заземления, которые достаточно сильно связаны между собой, поскольку непосредственно вытекают из базовых законов электротехники.
Правило 1
Низкочастотный ток заземления гальваносвязанной части системы должен быть равен нулю. Ток сигнальных цепей не должен иметь контура распространения «через землю».
Рис. 5.1. Иллюстрация к Правилу 1 заземления (гальваносвязанная часть системы).
На рис. 5.1. показана гальваносвязная часть системы, заземленная в точке «В» контура сигнального заземления. Пусть гальванически отвязанные части системы заземлены в точках «А» и «С», при этом потенциалы точек А, В и С отличаются.
Суть этого правила заключается в том, что если гальваноразвязка действительно имеется, то у земельного тока Ig нет контура для распространения и поэтому он равен нулю, следовательно, токи сигнальных цепей (например, токи общих проводов) не имеют контура распространения через землю. В этом случае сигналы гальваносвязанной части системы не зависят от разности потенциалов разнесенных точек заземления А, В и С, а следовательно, помехозащищены от земельных токов сторонних электроприборов.
Если Ig не равен нулю, то это значит, что не полностью отдается отчет, где простираются границы гальваносвязанной части системы (что более вероятно), либо хотя бы одна гальваноразвязка системы подтекает, т. е. сломалась (это менее вероятно).
Слова о низкочастотном токе говорят о том, что на высокой частоте импульсные гальваноразвязки из-за проходных емкостей подтекают, а следовательно – высокочастотный ток Ig вряд ли будет равен нулю.
Правило 2.
Если должны заземляться две точки общего провода сигнальной цепи, то провода к цепи заземления необходимо подсоединить в одной точке.
Это правило относится к проблеме обеспечения взаимной независимости сигнальных цепей внутри гальваносвязанной части системы в случае, когда необходимо заземлять нулевой провод сигнальной цепи в двух или более точках.
Необходимо понимать, что такой вариант заземления потенциально проблематичен, поскольку мы в любом случае образуем ответвление тока сигнальной цепи, протекающего по каждой паре заземляющих проводов, что само по себе плохо, но если это просто необходимо, то сделать это можно оптимально, соблюдая Правило 2.
Очевидно, что две сигнальных цепи независимы, если ток одной сигнально цепи не создает дополнительного падения напряжения на участке другой сигнальной цепи.
а) б)
Рис 5.2. Иллюстрация к Правилу 2 заземления
а) одна точка заземления
б) не одна точка заземления
На рис 5.2. показан участок общего провода сигнальной цепи, имеющий комплексное сопротивление Z1 (импеданс общего провода локальной сигнальной цепи). В случае, когда все провода заземления гальваносвязанной системы сходятся в одну точку, токи I3, I4 не могут вызвать прямое воздействие на падение напряжения на импедансе Z1 – потому, что они там явно не текут. В то же время, на рис. 5.2, где заземление произведено не в одной точке, падение напряжения на образованном дополнительном импедансе Z2 земельного проводника сместит соотношения токов I1 и I2, что явно изменит падение напряжения на Z1, а значит, - явно привнесут помеху в рассматриваемую сигнальную цепь.
Рис. 5.4 соответствует недопустимому случаю удаленного заземления в разных точках гальваносвязной сигнальной цепи, при котором по общему проводу Z1 течет разностный земельный ток.
Примечание 1
Типичный случай: два прибора осциллограф и генератор, имеющие коаксиальные выход и вход, с экраном (общим проводом), соединенным с корпусами приборов. Правило Техники безопасности требует индивидуального заземления корпуса каждого прибора, а Правило 2 объясняет, как это нужно сделать правильно.
Примечание 2
Данные рассуждения относятся для простого случая, когда токи I3 и I4 не ответвляются в рассматриваемый общий провод Z1 по дополнительным цепям, не показанным на рис. 5.3. Но даже если это так, то соблюдая принцип заземления в одной точке, можно значительно уменьшить взаимные влияния сигналов.
Правило 3
Гальваническую связь сигнальных цепей следует стремиться производить только в одной точке. При этом именно эта точка будет оптимальна для заземления всей гальваносвязанной системы с помощью единственного заземляющего проводника.
Рис.5.3. Иллюстрация к Правилу 3 заземления (правильное соединение гальваносвязанных цепей, к тому же, с заземлением).
Можно сказать то же самое, но другими словами: если связать две независимых цепи более чем в одной точке, то появятся сегменты цепи (в виде петель), одновременно принадлежащие двум или более цепям – значит, напряжение, упавшее на сопротивлении этих общих участков цепи, создаст перекрестную помеху в соответствующих сигнальных цепях.
Правило 4
Если две локальные системы имеют разные (удаленные) точки заземления, то они должны иметь между собой гальваническую развязку сигнальных цепей.
2019-05-24
230
Обсуждений (0)
