Помехозащищенность цифрового вольтметра, страница 2

Электродвижущая сила , перешедшая во входной контур, действует в нем так же. Как и . Поэтому если в ЦВ применен какой-либо способ защиты от  то он в равной мере относится  и к . Это значит, что  может дополнительно подавляться и изменение показаний , которое она вызывает, определяется . В связи с этим вводят еще один коэффициент, который называют эффективным коэффициентом подавления синусоидальной помехи общего вида:

                                    ,                (5)

где  - амплитуда синусоидальной ЭДС помехи общего вида; - изменение показаний ЦВ, вызванное наличием этой помехи.

Представив отношение  в виде

                                                        

легко убедится, что

                                     .                 (6)

В иностранной литературе  обозначается NMR,  и   - CMR и  - ECMR в соответствии с названием Normal Mode Rejection, Common Mode Rejection, Effective Common Mode Rejection (коэффициент подавления помехи нормального вида, коэффициент подавления помехи общего вида, эффективный коэффициент подавления помехи общего вида).

При краткой характеристике защищенности ЦВ от помех общего вида дают значение  [или чаще на какой-либо одной частоте (обычно на частоте сети)] и значение , а при более полной характеристике – частотная зависимость  [или ]. В последнем случае значение  представляет собой начальную точку этих зависимостей при f=0:

                                            .

1.  Способы защиты от помех общего вида

Таких способов два:

·  Симметричный вход.

·  Сочетание симметрического входа с экранированием.

1.1 Симметричный вход. Симметричный вход называют также изолированным входом или плавающим входом (потенциал входного контура относительно корпуса изменяется, ”плавает”).

Не схеме (рис 5)  и  отображают распределение сопротивления изоляции, а  и  - распределенные емкости между корпусом ЦВ (точка f) и его входными зажимами (точки А и В).

 Электродвижущая сила полезного сигнала и помехи нормального не показаны, так как они сейчас не имеют значения. Помеха общего вида представлена ЭДС . Предполагается, что она может иметь любую частоту и при f=0 превращается в . Корпус источника напряжения ИН (точка D) может быть соединен с любой точкой его схемы, поэтому выходное сопротивление  разделено на две части:  и (выходное сопротивление принято чисто активным). Сопротивление проводов линии связи обозначены  и .

Благодаря тому, что вход ЦВ (сточкой F), во входной контур будет проникать лишь часть , причем наверняка малая часть, так как  велико, а  мала.

Наша задача состоит в том, чтобы определить частотную зависимость (f) для схемы рис 5.

Представим схему рис. 5 в более удобном для анализа виде. Нетрудно заметить, что она представляет собой мост (рис. 5,а). В принципе такой мост может оказаться  в равновесии, и это значило бы, что  не создала разности потенциалов между входными зажимами ЦВ (точки А, В). Но этот, так сказать, наилучший случай чрезвычайно мало вероятен, на него нельзя ориентироваться, и нам нужно, наоборот, представить себе наихудший случай – случай наибольшего разбаланса моста.

Обычно >, а <, потому что зажим B, как видно на рис. 5, соединен с общей точкой схемы ЦВ и эта «точка» имеет геометрические размеры, значительно превышающие размеры той части схемы, которая соединена с зажимом A. Следовательно, разбаланс моста рис. 6,а будет тем больше, чем меньше выход  и ; в пределе – при которой линии связи и при соединении ИН с крайней точкой =0; =; ==0.

В этом худшем случае точки A и D совмещаются и мост вырождается в более простую схему на рис. 6,б. Эту схему можно еще упростить, учитывая что >>, и отбросив  ветвь ,  (рис 6,в). Разность потенциалов между точками A и B, обусловленная - это и есть доля , проникшая во входной контур, т. е. . Из рис. 6,в следует, что с учетом малости  эта доля определяется выражением

                             ,

где .

Отсюда в соответствии с (2)

                          .      (7)

Для построения асимптотической ЛАЧХ выделим участки, где

                               ; .

На первом из них вместо (7) имеем

                                 ,             (8)

а на втором

                                                                (9).

Из рис. 7 следует, что на этом участке происходит спад с наклоном минус 20 дБ/дек.

Граница между участками определяется частотой полюса

                                             .                       (10)

На этой частоте различие между действительной и асимптотической ЛАЧХ максимально и составляет 3дБ.

Значения  нетрудно обеспечить на уровне 0,1-10 ГОм, а  на уровне 0,1-10 нФ. Для ориентированного расчета примем =1 ГОм и =1 нФ. Для получения сопоставимых оценок помехозащищенности принято задавать =1 кОм. При этих данных в соответствии с (8) и (10) имеем дБ; Гц. Асимптотическая ЛАЧХ показана на рис. 8. В соответствии  с (9) на частоте 50 Гц имеем дБ. Такое подавление помехи в большинстве случаев недостаточно.

1.2 Сочетание симметрического входа с экранированием. Корпус ЦВ играет роль внешнего экрана (рис. 7). Часть элементов схемы ЦВ помещена во внутренний экран , электрически изолированный ;  и  отображают распределенное сопротивление и емкость между  и .

Элементы схемы ЦВ, находящиеся внутри  не имеют гальванической связи с остальными элементами, находящимися за пределами  внутри . Обычно связь осуществляется через трансформаторы Tp или же через оптроны. Последние представляют собой миниатюрный элемент, у которого в одном корпусе объедены источник и приемник светового излучения.

Такое разделение ЦВ на две части облегчено тем, что при аналого-цифровом преобразовании кодовые сигналы могут подаваться в виде импуль­сов и всегда можно про­вести границу, отде­ляю­щую цепи с аналоговыми сигналами от цепей с кодовыми сигналами.