Электромагнитное экранирование РЭА низкочастотного диапазона, страница 2

2. Электростатические экраны

Электростатические экраны применяются для защиты РЭА от статических и низкочастотных (до частот, порядка 10⁴ Гц) электромагнитных полей с преобладанием одной из компонент поля. На больших частотах поля помехи экраны работают как электромагнитные.

На рисунке 3 показан процесс образования паразитной наводки за счет паразитной связи двух элементов А и Б через электростатическое поле.

При включении постоянной или медленно меняющейся по величине Э.Д.С. элемент А приобретает потенциал jл относительно корпуса. За счет действия паразитной связи на элементе Б появляется наведенный потенциал jбн, отличный от потенциала корпуса прибора, при  этом через сопротивление Zпротекает ток I_н  паразитной наводки до тех пор, пока потенциал элемента Б не станет равным потенциалу корпуса прибора. При значительной величине Z или при переменной э.д.с. этот процесс длится в течении всего времени работы прибора. Если элемент Б поместить в экран, выполненный из хорошо проводящего материала и имеющий надежное соединение с корпусом прибора, то силовые линии электрического поля замыкаются на экран. Потенциал экрана и потенциал элемента Б остаются неизменными.

Описанный процесс дает качественную картину работы экрана и не позволяет дать оценки количественной. Для получения  количественной оценки целесообразно рассмотреть возникновение паразитной электрической наводки за счет влияния паразитной емкости. Такой процесс показан на рисунке 4. Если напряжение в некоторой точке А равно величине Е_н относительно корпуса, то в точке Б, связанной с точкой А паразитной емкостью С_пар, возникает наведенное напряжение Ù_н, величина которого определяется соотношением емкостного сопротивления X_пар =1/jwC_пар и полного сопротивления Ź_в между точкой Б и корпусом. ВеличинаÙ_н может быть определена по формуле

                                               (4)

из которого следует, что наведенное напряжение в точке В будет тем больше, чем меньше емкостное сопротивление X_пар и чем больше сопротивлениеŹ_в. Комбинация из этих двух сопротивлений представляет собой обычный делитель напряжения.

Рис.4. действие электростатического экрана.

Если  поместить  между точками А и В экранирующий металлический лист Э (рис.4б), то емкость С_пар разделится на две последовательно соединенные емкости С1 и С2, к которым присоединена параллельно небольшая остаточная емкость С’_пар. Для определения напряжения наводки Ù_н можно, пренебрегая емкостью С’_пар, считать, что напряжение в точке Б определяется напряжением на экране U_э, который заменяет в этом случае точку А из рис.4а.

Тогда получим

                                       (5)

Для простоты анализа будем считать, что точка Б связана с корпусом емкостью С_в.

Напряжение на экране, исходя из тех же соображений и учета емкости С3 между экраном и корпусом, будет равно

и окончательно напряжение в точке Б после установки экрана делается равным

                       (6) 

Это напряжение после установки экрана может оказаться как выше, так и ниже, чем до его установки. Действительно, сравнивая приведенные выражения для  Ù_н до и после установки экрана, можно получить разные результаты.

1.  Если экран установлен так, что его емкость относительно точки А велика, а относительно корпуса мала, т.е. С1 значительно больше С3, то напряжение на экране будет примерно равно напряжению в точке А. В результате, так как емкость С2 всегда больше емкости С_пар, напряжение Ù_н после установки экрана будет выше, чем до установки, и экран оказывается не полезным, а вредным.

2.  Если экран установлен так, что его емкость С3 относительно корпуса прибора велика, то напряжение  Ùн при наличии экрана будет меньше, чем без нег. Таким образом, с увеличением С3 экранирование становится более эффективным. Беспредельное увеличение С3 равносильно короткому замыканию между экраном и корпусом (рис.4в). Если при этом не учитывать остаточной паразитной емкости Спар, между точками А и В, то напряжение Ù_н оказывается равным нулю, и показанный на рис.4в экран даст идеальный экранирующий эффект. В действительности напряжение  Ù_н не будет равно нулю, но его величина, определяемая из соотношения