Борьба с помехами, самовозбуждениями и паразитными связями
в электронных схемах
и резонансами в них

После прочтения обсуждений в форумах которые ссылаются на статью "Компьютер как источник помех", решил немного расширить тему на способы подавления помех в усилительной радиоаппаратуре НЧ -:- ВЧ диапазонов. В том числе которые я применял в усилительных трактах с большим усилением и которые применяются в аппаратуре на вакуумных лампах. Нечто подобное может применяться и в полупроводниковых усилительных устройствах.

Нам хорошо известны LC цепи работающие в колебательных контурах избирательных систем и их способность выделить сигнал с резонансной частотой цепи из широкой полосы частот. Это положительное свойство LC цепей широко используется.

Но LC цепи имеют и отрицательные стороны.

Паразитные резонансы в индуктивности соединительных проводников (L_пр) и собственной емкости усилительных проборов (C_вх, C_вых) могут создавать побочные каналы усиления - в усилительных устройствах.

В широкополосных системах паразитные резонансы приводят к образованию выбросов на фронтах сигнала.

Даже самый короткий проводник имеет индуктивность.

Таблица 1

под "землей" понимается заземленная плоскость.

Каждая индуктивность имеет такое свойство как добротность.

Резистор как способ увеличения потерь в последовательном колебательном контуре

Задача снижения влияния индуктивности решается просто включением последовательно с индуктивностью (сигнальных проводов) небольшого сопротивления, которое снижает добротность индуктивности и этим убирает дополнительный канал проникновения помех.

Существует и другой способ снижения влияния индуктивности соединительных проводников.

Ферритовые кольца как способ увеличения потерь на высоких частотах

Ферритовые кольца - простой и недорогой способ увеличить высокочастотные потери в цепи, без внесения потерь на постоянном токе и низких частотах. Обычно ферритовое кольцо или трубка одеваются на вывод компонента или проводника. Они предназначены для подавления нежелательных сигналов с частотой выше нескольких мегагерц. При правильном использовании они могут осуществлять высокочастотную развязку, подавление паразитных сигналов и экранирование.

Здесь: 4а - внешний вид ферритового кольца (трубки) на проводнике, 4б - эквивалентная схема для высоких частот, 4в - обозначение в схемах ферритового кольца одетого на проводник.

Производители описанных ферритовых колец прилагают графики частотной зависимости их полного сопротивления.

|Z|= [R²+(2πfL)²]^1/2

где: R - эквивалентное сопротивление потерь, L- эквивалентная индуктивность кольца.

На рисунке 5 показаны двух типов ферритовых колец. Кольцо типа 1 является в основном резистивным, а кольцо типа 2 -индуктивным.

Ферритовые кольца эффективны для гашения высокочастотных колебаний , вызываемых переходными процессами на фронтах импульсов или паразитными резонансами внутри схемы. Они полезны так же для предотвращения протекания высокочастотных наводок по в цепях питания и других проводах.

Обычно импеданс ограничен величиной около 100 Ом, поэтому такие кольца наиболее эффективны в низкоомных цепях.

Таких как:

1. - источники питания,
2. - усилители мощности работающие в режиме класса С,
3. - резонансные схемы,
4. - переключательные схемы.

Если одно кольцо не обеспечивает достаточного ослабления, можно использовать несколько колец. Однако если они не приносят желаемого результата - ищите причину в Вашей схеме.

Типичные применения ферритовых колец

На рис. 6 показано применение ферритовых трубок в выходных каскадах ламповых усилителей мощности низкой частоты.

Часто в одном устройстве сочетаются ВЧ и НЧ узлы разной мощности в большом количестве, при этом сигналы генерируемые одними из них являются помехами для других и могут вызывать сбои в работе.

На рис. 7 показано применение ферритовых колец для предовращения попадания ВЧ сигнала с генератора ВЧ в нагрузку.

Хотя я бы поставил ферритовые кольца непосредственно на провод генератора ВЧ, защитив таким образом не только нагрузку, но и источник питания, который обычно тоже не любит ВЧ помех.

На рис. 8 показано применение резистивного кольца для устранения звона на длинных линиях (соединениях) быстродействующих логических элементов.

Установка ферритового кольца позволяет убрать ВЧ колебания на плоской части импульса, которые возникают после его фронта. Это способствуют повышению надежности работы системы.

На рис. 9 показан усилитель мощности класса С, выходной сигнал которого содержит в том числе и высокочастотные гармоники, которые вредны для всей системы. Одна из гармоник образуется вследствии нежелательного паразитного резонанса в цепи состоящей из конденсатора C и индуктивности L. В рассмотренном случае индуктивность кольца заставляет ток гармоники течь через резистор 50 Ом и рассеиваться на нем в виде тепла.

В заключение хочу присоединиться к выводам автора [1] и привести их полностью несколько уточнив некоторые вопросы. Его выводы подтверждаются физикой процессов и моей практикой и о них ч говорю во всех статьях сайта посвященных электронике, процессорам. Плохо, что не все это пока понимают.

Выводы:

• Электролитические конденсаторы - низкочастотные конденсаторы,
• Все конденсаторы обладают собственным резонансом на некоторой частоте и это ограничивает их частотный диапазон примененя именно частотой резонанса,
• Слюдяные и керамические конденсаторы хорощо работают на высоких частотах, но тоже имеют резонанс на некоторой частоте, которая выше остальных,
• Катушки индуктивности без магнитного сердечника создают поле шумов большей площади чем катушки с замкнутыми сердечниками,
• Катушки индуктивности с магнитным сердечником более чувствительны к магнитным наводкам, чем катушки без сердечников. В том числе возможны эффекты изменения  их частоты под действием сильных внешних магнитных полей.
• Для уменьшения емкостной связи между обмотками трансформатора применяется электростатическое экранирование.
• Резисторы всех типов обладают одинаковым уровнем тепловых шумов. Величина шумов резистора определяется его номиналом и в некоторой степени применяемыми материалами.
• В слаботочных (сигнальных) цепях переменные резисторы необходимо устанавливать таким образом чтобы по ним не протекал постоянный ток.
• Даже на низких частотах проводник обычно имеет индуктивность имеющую сопротивление превышающее активное.
• Индуктивное и активное сопротивление переменному току у плоского или прямоугольного проводника меньше, чем у проводника с круглым сечением.
• Для увеличения в цепи потерь по переменному току без внесения потерь по постоянному току можно использовать ферритовые кольца.
• Пр небольших потерях по постоянному току возможно применение последовательных резисторов небольшой величины (7,5 -:- 75 Ом) которые снижают добротность паразитных LC контуров и как и ферритовые кольца гасят ВЧ помеху.

А Сорокин, 2013

Литература:

1. г. Отт, Методы подавления шумов и помех в электронных системах

Ссылки на статьи по данной теме на сайте:

1. Компьютер как источник помех 
2. Виды помех в линиях передачи информации и способы борьбы с ними ,
3. Борьба с помехами передаваемыми по линиям передачи информации и резонансами в них
4. Борьба с помехами, самовозбуждениями и паразитными связями в электронных схемах и резонансами в них