книги / Основы проектирования РЭС в жестких условиях эксплуатации

Рис. 3.6. Пример гибридной схемы защиты

вых приборов относят к резисторам, сопротивление которых за­ висит от приложения напряжения. Вольт-амперная характеристика (ВАХ) варисторов имеет ярко выраженный характер (рис. 3.7).

Приближенная аппроксимация вольт-ашерной характеристики вари-> стора может быть представлена выражением

L - K U *

Рис. 3.7. Баристор: а) вольт-амперная характеристика;

б) Включение варистора Л'Д для защиты тран­ зистора от перенапряжений

Начало рабочего (туннельного) участка вольт-амперной хара^ ктеристики определяет напряженней V u , относимым к выбран­ ному значению тока. Рабочее напряжение в цепи с варистором,как правило, составляет 0,85 VJU .

Современные варисторы могут быть использованы от 0,3 до 50 000 В. Они обладают очень большим сопротивлением в непрово­ дящем состоянии (10^ М0м). Емкость варисторов может быть от единиц до нескольких тысяч пикофарад. Значение емкости зависит от материала, конструкции корпуса, выводов, а также от величи­ ны приложенного напряжения.

Время задержки', .характеризующее инерционность, составляет примерно 0,5 нс.

Немаловажным обстоятельством а пользу применения варисто­ ров для повышения устойчивости работы РЭС является их радиаци­

*При стандартной форме импульса 8/20 мкс. Классификационное (варисторное) напряжение ориентировоч­

но определяет начало туннельного участка вольт-амперяой харатеристики варистора.

Для защиты от импульсных перенапряжений применяют различ-

- 63 - ные схемы включения ограничительных диодов и стабилитронов.

На рис. 3.8.а показана схема, в которой стабилитрон вклю­ чен параллельно защищаемому устройству и щунтирует вход (выход), когда входное напряжение превышает напряжение стабилизации. Та­ кая схема по-разному реагирует на импульсы противоположной по­ лярности, то есть является несимметричной. Этот диод вносит на вход (выход) защищаемой схемы значительную емкость (до сотен пикофарад), меняющуюся от приложенного напряжения, что может вызвать нежелательные явления (расстройки) в высокочастотных устройствах.

Схема, изображенная на рис. 3.8.6, одинаково ограничивает импульсы противоположной полярности до уровня, соответствующего напряжению стабилизации на прямом участке вольт-амперной харак­ теристики (0,4.4.0,5 В). Вносимая емкость здесь равна удвоенной барьерной емкости. Эта схема симметрична.

Симметричной является также схема, приведенная на рис.3.8в, однако здесь напряжение ограничения соответсвует напряжению стабилизации на обратном участке вольт-амперной характеристики. Вносимая в защищаемое устройство емкость при этом равна поло­ вине барьерной емкости диода. Вносимую емкость можно уменьвить, если создать некоторое напряжение смещения на диодах (схема смещения показана на рис. 3.8в штрихом.

Схема, составленная из двух диодов (рис.3.8г), позволяет уменьшить опасное напряжение в больших пределах (от нескольких сотен до 0,5...0,6 В). Диод Д ^ включенный в линию последова­ тельно, должен обладать большим обратным пробойным напряжением. Диод Д£ подключен параллельно входу защищаемого устройства. Он должен иметь небольшое напряжение открывания в прямом направ­ лении. При нормальных условиях схема не должна влиять на вхо­ дной сигнал, для чего на диод Д^ подается напряжение смещения, выводящее рабочую точку на прямой (проводящий) участок вольтамперной характеристики. Когда в линии возникает большое нап­ ряжение положительной полярности, то диод Д| закрывается, в диод Дг, отпирается, то есть осуществляется двойная защита: резкое увеличение последовательного сопротивления линии и зако­ рачивание (пунктирование малым сопротивлением) входа (выхода) защищаемого устройства.

Ограничительные диоды представляют собой кремниевые полу-

Рис. 3.8. Виды ограничителей импульсов

проводниковые лавинные приборы, начало производства которых относится к I96B году, когда была разработана первая серия их для подавления перенапряжений, создаваемых грозовыми разрядами. В настоящее время промылленность выпускает много типов ограни­ чительных диодов, различающихся рабочим напряжением ограниче­ ния (от долей вольта до нескольких тысяч вольт), максимальным значением импульса тока (до 1000 А) и другими параметрами.

Ограничительные диоды имеют очень малое динамическое соп­ ротивление на рабочем участке характеристики, что обеспечивает хорошие защитные свойства.

Ограничительным диодам свойственна малая инерционность, меньшая,чем у варисторов, стабилитронов и газовых разрядников, что является решающим при выборе ограничивающего элемента для защиты радиоэлектронной аппаратуры от перенапряжений, вызывае­ мых электромагнитным; импульсом ящерного взрыва.

Полупроводниковые ограничители (как варисторы, так и ог­ раничительные диоды) имеют существенные преимущества по срав­ нению с газовыми разрядниками. К этим преицуществам относятся: малое время срабатывания; отсутствие электрических помех при ограничении напряжения; большая механическая прочность (ус­ тойчивость к ударным и вибрационным нагрузкам); широкий диа­ пазон ограничения напряжений (от единиц до сотен вольт).

Обобщенные характеристики и сопоставление свойств различ­

°С

Одна из распространенных схем, применяемых в устройствах защиты, показана на рис. 3.9а. Эта схема представляет собой мост, в плечи которого включены малоемкостные импульсные дио­ ды (VO-f... VD4). В одцу из диагоналей моста включен ограни­ чительный диод УОз, а другой диагональю мост подключен к

разуют потенциометр, на который подается постоянное напряже-

чтобы получить наименьшую барьерную емкость диодов в закрытом состоянии.

Мост подключен к защищаемому устройству и может влиять на его электрические характеристики, особенно если устройство ра­ ботает в области высоких частот. Крайне нежелательно емкостное пунктирование, а оно возможно, так как диоды, особенно ограни­ чительные, в непроводящем состоянии обладают значительной ем­ костью.

Определим эквивалентную емкость моста. Кост выполняет свою функцию в том случае, если он симметричен, то есть пара­

Эквивалентная емкостная схема показана на рис. 3.96. Результи­ рующая емкость моста относительно точек включения в линию Cag легко подсчитывается для двух крайних случаев, когда барьерная емкость ограничительного диода Cg равна нулю (рис.З.Эв) и бес­ конечности (pic. 3.9г).

Если Сб ж' , то Слб~Сд.

Полученный результат позволяет сделать вывод: ёмкость моста С ^ , вносимая в защищаемое устройство, равна емкости импульсно­

го диода и не зависит от емкости ограничительного диода С5. Это обстоятельство является основным достоинством мостовой схемы.

Приведенную схему можно упростить, если защищаемое устрой­ ство работает на частотах ниже 8-10 МГц и оно малочувстви­ тельно к вносимой емкости. В этом случае можно убрать схему смещения.

Гашение электромагнитного импульса возможно подачей на зход противоимдульса (импульса противоположной полярности). Противоимпульс может бвть создан специальным генератором, на­ ходящемся в едущем режиме и запускаемым передним фронтом ЪШ

(рис. 3.10а). Противоимпульс может быть образован инвертором.

изменяющим полярность входного ЭМИ (рис.3*106). В этом случае перед сумматором должна быть предусмотрена схема задержки.

Рис. ЗЛО . Структурные схемы гашения ЭМИ: а) с генератором противошшульса; б) с инвертором

Фильтры из индуктивных и емкостных элементов также при­ меняют как средство защиты от воздействия ЭМИ на чувствитель­ ные радиоприемные устройства. Применение их особенно необходи­

кратковременная помеха создает значительные, недопустимые ис­ кажения в принимаемую информацию» Как правило, к этой категории относятся системы, работающие с цифровыми каналами информации. Индуктивно-емкостные заграждающие фильтры должны быть установ­ лены и на тех приемных устройствах, которые будут находиться вдали от вероятных районов источника Э Ш и очагов поражения ядерных взрывов, так как зона поражения помехами охватывает территории,значительно превышающие площади, в пределах которых проявляется разрушающий эффект ЭМИ.

Чаще всего для защиты от ЭМИ применяют фильтры высокой

частоты (ФВЧ), частоту среза которого необходимо брать как мод­ но ближе к нижней границе рабочего диапазона защищаемого ус­ тройства. Чем в ш е частота среза фильтра высокой частоты, тем лучше защищенность от ЭМИ. Частота среза выбирается, исходя из минимального затухания в полосе рабочих частот защищаемого ус­ тройства х максимального затухания в диапазоне наибольшей эне­

му сопротивлению линии, в которую включают фильтр, или входно­ му сопротивлению защищаемого от ЭМИ устройства.

Кабели, подвергаясь воздействию полей ЭМИ, приобретают на своих элементах наведенные напряжения и тонн, которые могут вызвать дефекты: пробои изоляции между проводами; деформацию изолирующих материалов, что приводит к изменению электрических характеристик (особенно в высокочастотных кабелях); короткое замыкание.

Наводки, создаваемые З Ш в кабелях, способны распростра­ няться вдоль кабеля в обе стороны на большие расстояния и тем* самым воздействовать на подключенные к кабелю устройства.

Основным способом защиты кабелей от воздействия Э Ш язляется экранирование. Каилучшим эффектом обладают сплошные цилин­ дрические заземленные экраны. Для повынеша электромагнитной защищенности кабельных линий проводную пару скручивают, поме­ щают в сплошной заземленный экран и подключают к согласованной нагрузке через дифференциальный трансформатор. Большое влияние на ЭШ (защищенность кабелей) оказывают швы при сращивания экранов и спайке жил проводов, а также конструкция разъемов. В разъемах должны быть обеспечена надежные контакты и хорошая экранировка.

Следует иметь в виду* что проволочная оплетка кабелей до­ вольно хорошо экранирует на низких частотах, однако с увели­