КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Специальная система на миллиметровых волнах 2 страница
Табли'ца 4.8 Результаты испытания фильтров [27]
•Данные IITRI, где 2g и Z—30-омные погрузки, фильтр был подвергнут действию 5-кн.човольтиых импульсов, а затем приложенное напряжение постепенно увеличивали до 51) кВ. рии оконечной нагрузки. Поэтому другим требованием для изолирующего трансформатора должно быть равенство шунтирующего импеданса между каждым из проводов первичной обмотки и землей. Интересны нелинейные эффекты в таком трансформаторе. Дуговые разряды между первичной и вторичной обмотками, возможно, и не являются катастрофическими для трансформатора, однако могут создать «временные пути» для подвода большой энергии к более чувствительным элементам. Дуговой разряд между одним зажимом первичной обмотки и землей вызывает изменение вида сигнала и преобразует примерно половину (или все) напряжения обыкновенной наводки. Если происходит длительный униполярный переходный процесс, то возможно насыщение сердечника бифилярного дросселя. Из-за высоких рабочих напряжений мощные трансформаторы являются относительно стойкими к прямому повреждению, особенно если они защищены быстродействующим защитным разрядником; однако и уровни облучения для них значительно больше. Мощные трансформаторы сконструированы так, чтобы предотвратить появление обыкновенной и дифференциальной наводок за счет изменения отношения числа витков обоих обмоток. Кроме того, считали, что очень полезно использовать электростатический экран между обмотками. Однако испытания показали, что ни уменьшение отношения числа витков, ни использование электростатического экрана недостаточны для защиты от ЭМИ. Было найдено, что в любом случае межобмоточные емкости обусловливают относительно высокую связь.между первичной и вторичной цепями в диапазоне частот от 1 до 10 МГц. 144 Как бифилярный дроссель, так и изолирующий трансформатор могут быть подвергнуты действию очень высоких импульсных напряжений наводки обычного вида. Следовательно, в таком случае необходимо экспериментальное подтверждение, что эти приборы не будут повреждены из-за возникновения дугового разряда при больших переходных процессах. Катушки и трансформаторы могут быть повреждены при действии слишком большого постоянного или импульсного напряжения. В табл. 4.8 суммированы некоторые результаты испытаний. Пороги повреждения для переходных процессов, обусловленных ЭМИ, сравнимы со значениями переходных воздействий при испытаниях, проводимых С целью защиты от грозовых разрядов 127]. 4.4. ЗАЩИТНЫЕ РАЗРЯДНИКИ Введение При любом использовании защитных приборов нужно ответить на некоторые вопросы. 1. Будет ли данный прибор отрицательно влиять на нормальную работу схемы? 2. Какова чувствительность защищаемой схемы? 3. Насколько эффективно прибор будет ограничивать ожидаемые переходные процессы по сравнению с уровнем чувствительности защищаемой схемы? 4. Как велики потери энергии, мощности или тока ЭМИ в защитном приборе? В табл. 4.9 приведены 127, 28] два основных вида защитных разряд-пиков— «мягкие» и «жесткие» ограничители. В табл. 4.10 собраны соответствующие определения и измеряемые свойства 127, 28]. Таблица 4.9 Защитные разрядники при действии ЭМИ (27, 28) Основные функции защитного разрядника—детектировать импульс, развязать и отразить и (или) отвести энергию для предотвращения повреждения в защищаемом оборудовании A. «Мягкие» ограничители: Взристоры—нелинейные сопротивления, зависящие от напряжения I^=KVa, где ее—мера того, насколько характеристика варистора приближается к идеальной. Хорошие защитные приборы обычно имеют очень малую частотную избирательность Б. «Жесткие» оргагшчители — приборы с пробоем: Высокое сопротивление-» низкое сопротивление-* ~* высокое сопротивление Газоразрядный промежуток (область тлеющего разряда, область дугового разряда) Угольные заградители Зеиеровские диоды Выпрямительные диоды B. Другие функции Применение: мощные системы, передатчики, каналы передачи данных - Параметры * [2?, 28] Таблица 4.10 Продолжение табл. 4.10
Статическое напряжение пробоя VeD Напряжение гашения V£ Максимальный остаточный ток 1М Номинальный оста-
точный ток /
Номинальный ток периодического разряда* /D. Шунтирующее сопротивление Rs Шуитнрующа! кость* Со Вольт-амперная характеристика В АХ Импульсное напряжение пробоя VpB Напряжение ограничения Vr- Пиковое напряжение импульса* VPp Максимальный импульсный ток 1мр Значение медленно меняющегося квазистатического напряжения, приложенного к разряднику, при котором разрядник начинает проводить. Не предстапляет особой важности, поскольку зависит от скорости изменения прикладываемого напряжения Постоянное напряжение, при котором возможно самогашение или гашение защитного прибора после зажигания (зависит от пропускной способности по току) Ток, который протекает от источника питания через предохранитель с разрядником в течение и после переходного процесса Переменный ток, который может выдержать защитное устройство до изменения VSB на ±10%. Этот ток небольшой, если вольт-амперная характеристика устройства имеет положительную производную по напряжению Эффективное значение тока частотой (50 Гц в пяти последовательных циклах, разделенных 5-минутными интервалами, причем каждый цикл состоит из двух одно-секундных волн с промежутком в 5 с. Ток в испытаниях-задается 100-амперными (в пике) ступенями до тех пор, пока вольт-амперные характеристики не изменятся на ±10%, что рассматривается как уровень отказа Сопротивление по постоянному току при определенном напряжении. Обычно очень высокое (1010 Ом, за исключением варисторов), но его очень трудно точно измерить. Как правило, используют измеритель сопротивлений НР4329А Межэлектродная емкость; обычно измеряют на частоте 1 кГц. Эта емкость может зависеть от постоянного напряжения смещения и быть ниже 1 пФ. Обычно измеряются импедансным мостом типа General Radio 1650 В. Варисторную емкость можно измерить емкостным мостом типа 1615 А. Зависимость между током и напряжением. Ее можно записать на характериографе типа Tektronix, модель 576, который позволяет наблюдать ток утечки и временные характеристики Пиковое напряжение, достигнутое при определенной скорости нарастания переходного процесса до того, как защитный прибор начинает проводить, как, например в кмпульсе, имеющем в максимуме 10 кВ, а скорость нарастания 5 кВ/нс (Vp = 10 кВ, Уг=5 кВ/нс) Напряжение на разряднике, остающееся после спада начального выброса во время действия импульса перенапряжения. Это напряжение зависит от тока и должно быть измерено для обоих полярностей Пиковое напряжение на защитном приборе при опре Ток, который в состоянии выдержать защитный разрядник. Он зависит от времени спада (10 не—15 мке) н предшествующего разряда в приборе
Пиковый ток, который защитное устройство может выдержать в течение нескольких импульсов без превышения критерия отказа. Эта величина важна, если необходимо учитывать переходные процессы, индуцированные молнией или внутренним ЭМИ Примечание: звездочкой отмечены сажные параметры. Установление характера поведения защитных разрядников в условиях действия ЭМИ и степени защиты, обеспечиваемой ими для определенных элементов и схем электроники, является сложной задачей. Одна из важных характеристик некоторых защитных разрядников перенапряжения — диапазон рабочих напряжений (рис. 4.37). Другая
Область перенапряжений, кВ, постоянный ток прибора 0,3005 0,01 0,1 1 ю 1001000 г„л nn,„v„„„ Пере~ Характеристика
.,.....».., i.................................... тип прибора напряжение ограничения
/с
чедкий. Гибридный
Рис. 4.38. Временная зависимость выходного напряжения основных защитных приборов (V0 — рабочее напряжение системы) [20, 27, 28] характеристика—зависимость выходного напряжения разрядника от времени (рис. 4.38). Очевидно, что ни искровые разрядники, ни электромеханические приборы (такие, как реле для отключения схемы при перегрузке по напряжению или току) непригодны для защиты чувствительных полупроводниковых приборов, поскольку для них недопустимы начальные выбросы, пропускаемые этими защитными приборами. Во многих случаях эффективно использование диодов, но они сами требуют защиты, если ожидаются большие перегрузки. Обычно смешанная комбинация защитных приборов (см. разд. 4.5) сглаживает фронт перенапряжения, ограничивая максимум напряжения значением, близким к рабочему напряжению системы, и рассеивая (или отводя) достаточную энергию, так что не возникает остаточных повреждений. Основная проблема заключается в том, что напряжение перегрузки, косвенно возникшее от действия поля ЭМИ, может повредить систему в течение нескольких наносекунд, что меньше времени срабатывания
большинства защитных приборов. Те, приборы, которые применяются, имеют следующие недостатки: 1) токовые перегрузки не гасятся, пока потенциал на защитном приборе низок; 2) емкость относительно высока; 3) требуется слишком много приборов, чтобы обеспечить необходимую степень защиты. «Жесткие» ограничители Электрические параметры приборов с газовым промежутком зависят от физических параметров электродов и газовой среды между ними. Параметры электродов определяются их формой и расстоянием между ними, тогда как параметры среды — составом окружающего газа, примесями, ионизацией и давлением. При заданном газовом составе Область тлеющего разряда Статическое напряжение Область дугового разряда
f -------- ч Область дугового разряда Статическое напряжение пробоя Область тлеющего разряда
Рис. 4.39. Вольт-амперная характеристика типичного разрядного промежутке [27, 28]
на пробивные напряжения влияет геометрия электродов. Для определенных конструкций можно изменить напряжение пробоя регулированием давления газа, как правило, в диапазоне от нескольких единиц до сотен атмосфер. Однако в газовых разрядниках, которые обычно применяют для защиты систем связи, систем регулирования и си-: ловых систем, чаще всего используют средние рабочие давления, порядка 1 атм.
На рис. 4.39 127, 281 показана вольт-амперная характеристика разрядников с прецизионным промежутком, которые обычно используют в линиях связи. При малых токах дуги в области дугового раз-. ряда и в так называемой области квазитлеющего разряда промежутки низкого давления имеют два различных механизма проводимости. Если после поджига ток через промежуток не достиг достаточного значения, прибор будет работать только в области тлеющего разряда. При больших токах рабочая точка перемещается в область дугового. разряда, где падение напряжения на промежутке мало. Точка, соответствующая переходу от тлеющего разряда к дуге, не одна и та же 148- при росте и уменьшении тока. При уменьшении тока после возникновения дуги рабочая точка разрядника может «колебаться» между областями дугового и тлеющего разрядов. Неважно, в каких отдельных точках квазитлеющий разряд переходит в дуговой, и наоборот. Эти точки сильно меняются как для одного и того же прибора, так и от прибора к прибору дря разрядников данного типа. Поэтому одно из условий применения искрового разрядника в схеме состоит в том, чтобы напряжение схемы не превысило статистическое напряжение пробоя промежутка. Другое условие применения искрового разрядника в схеме постоянного тока — способность подавлять остаточный ток. Ниже переходной области его тока ограничен включенным последовательно сопротив: лением. Рассмотрим, например, систему, в которой протекает постоянный ток, с высоким сопротивлением источника и напряжением на нем, меньшим напряжения тлеющего разряда. Разряд будет погашен после того, как импульс перегрузки инициирует образование дуги. Когда постоянное напряжение источника превышает напряжение тлеющего разряда, даже если ток промежутка ниже тока переходной области, разряд не сможет погаснуть и промежуток будет продолжать пропускать ток, пока.электроды не перегреются и не разрушатся. Если ток промежутка не ограничен значениями тока в переходной области, постоянное напряжение системы должно быть меньше напряжения дугового разряда, чтобы погасить промежуток после возникновения дуги. Если промежуток не погашен, он будет пропускать постоянный ток, пока электроды не перегреются и не разрушатся. В силовой цепи переменного тока не возникает проблем, связанных с этим типом гашения, так как напряжение источника в системе уменьшается до нуля в течение каждого полупериода. Поэтому напряжение на промежутке спадает до значения меньшего, чем напряжение тлеющего и дугового разрядов, и разряд гаснет. Однако для силовой цепи переменного тока возникает другая проблема остаточного тока. А именно, зажженный искровой промежуток в режиме переменного тока проводит лишь в течение той части полупериода, пока его напряжение и ток не достигнут значений, приводящих к гашению разряда. Из-за перегрева электродов (обусловленного большим импульсным или остаточными токами) или других факторов гашение может и не произойти, а произойдет повторное зажигание в течение следующих полупериодов. Остаточный ток, даже ограниченный по величине из-за большой длительности протекания способен вызвать повреждение электродов разрядника, приводящее к хаотичности пробоев. Более того, из-за осаждения распыленного материала электрода на внутренней изолирующей стенке прибора может уменьшиться сопротивление или возрасти емкость электрода. В цепи переменного тока, где разряд в промежутке защитного прибора зажигается нестационарным напряжением, деградация из-за протекания остаточного тока может через некоторое время изменить или нарушить защитное действие. Это один из более «тонких» моментов, встречающихся при обеспечении заданной стойкости к ЭМИ, который иллюстрирует необходимость периодических проверок и технического обслуживания устройств защиты от ЭМИ. Для предотвращения влияния остаточного тока иногда включают последовательно с защитным промежутком ограничивающие сопротивления. Однако такой метод, очевидно, ухудшает его переходные характеристики. Вместо этого можно включать последовательно нелинейные сопротивления, чтобы обеспечить гашение промежутка с лучшей характеристикой. При использовании защитных разрядников в силовых линиях часто применяют магнитные дугогасящие поля, чтобы способствовать гашению остаточного тока. Для определения деградации характеристики действующей системы необходимо знать поведение пассивного сопротивления прибора. Обычно это сопротивление шунтирует защищаемую схему, поэтому интересно измерить его характеристики. Также интересны низкочастотные статические параметры (см. табл. 4.10). Это статические пробивные напряжения, являющиеся синонимами напряжения зажигания и напряжения срабатывания, а также напряжение гашения, являющееся синонимом напряжения поддержания разряда; они относятся к точке, в которой происходит самотушение или самогашение разряда. Максимальный остаточный ток обычно определяется как пиковое значение 60-герцового непрерывного тока, при котором разряд защитного прибора гаснет в конце иолу-периода, в течение которого произошло зажигание. Номинальный остаточный ток—это пик 60-герцового остаточного тока, который может выдержать защитное устройство при заданном числе последовательных импульсов перенапряжения без изменения исходного статического пробивного напряжения более чем на 10%. Номинальный ток периодического разряда есть среднее квадратнческое значение тока частотой 60 Гц в пяти последовательных циклах, разделенных пятиминутными интервалами, причем каждый цикл состоит из двух односекундных волн с промежутком в 5 с. После такого испытания статическое напряжение пробоя не должно измениться более чем на 10%. Для газовых промежутков импеданс определяется шунтирующей емкостью. Однако после серии испытаний может происходить некоторое распыление электродов, что создает заметный шунтирующий импеданс. При измерении вольт-амперных характеристик обычно используют напряжения и токи, которые относительно медленно меняются во времени. Тем не менее эти характеристики полезны для идентификации некоторых особенностей характеристик пробоя. Характеристики импульсного пробоя газовых разрядников зависят от формы приложенного сигнала, а также от импедансов источника и нагрузки. Наиболее важный параметр, характеризующий форму сигнала, который обычно рассматривается,—скорость нарастания приложенного напряжения. Приведенные в гл. 2 максимальные значения скорости нарастания составляли порядка 10 кВ/нс, а для идеализированных линий электропередач скорости нарастания могут быть в 3— 10 раз больше. На рис. 4,40 представлены типичные лереходные характеристики газонаполненных защитных разрядников. Выброс возникает в резуль-150 тате двух явлений. Первое, более очевидно, связано с индуктивност Термины «импульсное напряжение пробоя», «динамическое напп
нарастания инициирующего переходного процесса, и обычно взаимозаменяемы. 3 случае переходного процесса, обусловленного ЭМИ, указанное напряжение, как правило, измеряется в 50-омной схеме испытаний, допускающей применение очень быстройарастаю-щих переходных сигналов. Длина выводов в этой схеме минимальна; однако на практике влияние эффективной длины выводов может в действительности приводить к увеличению импульсного напряжения пробоя. После действия первоначальной перегрузки и зажигания дуги Кроме защитных свойств импульсных разрядников с газовым пп межутком интересны уровни, при которых газовый промежуток \°" жет быть поврежден переходными процессами, созданными ЭМИ °" другими переходными процессами, связанными с системой. КакпИЛИ чалось выше, переходные процессы, вызванные ЭМИ, часто oimCb,BJMe" ся разностью дзух затухающих экспонент или экспоненциально ч Ю^* хающих синусоид, а ток, протекающий через прибор, зависит не толТк" от амплитуды приложенного сигнала, но также от импедансов ис ника и нагрузки. Однако собственный срок службы газовых ппп°Ч" 1S1
импульсов. Другой класс щ приборы, такие, как ^\их ограничителей * включает униполярные тили и приборы с обыАеровские диоды, управляемые лавинные вен-диодов с ростом напря^Ь)мр—«-переходом. Для простых кремниевых начинается обычно пр^ция на р _, «-переходе «жесткое» ограничение напряжения нормаль^Напряжении ~ 1 В. Если диапазон изменения иногда применяют низ^ работающей схемы превышает это значение, то исходило принапряже^мные цепи смещения, чтобы ограничение про-Однако можно избежЛХ( превышающих рабочие напряжения схемы. менения зенеровских и использования цепей смещения путем прикую точку пробоя, ко-^ч. лавинных диодов. Они имеют четко выражен-соединении, если схеи^рую надо использовать при последовательном Все эти три метода4 работает с биполярным напряжением. Применение зенероь если индуктивность вы^Их диодов является прекрасным методом, включения исключительное сведена к минимуму, так как их время только для низкочастотно мало. Однако эти диоды можно использовать щей емкости, которая м^ схем из_3а больших значений шунтирую- емкость перехода пор^ Одственна этому типу р —я-лерехода. Обычно работоспособность схюЛца 5000 иФ достаточна, чтобы нарушить Емкость перехода такж^J, имеющей рабочие частоты свыше 1 МГц. влиять на другие схемы, Зависит от температуры и может существенно тирующей емкости. ЧтЛ^я которых важны изменения величины шун- последовательно с зене.бы сделать ее минимальной, обычно вводят с р — я-переходом, обл^ Овскими диодами быстродействующие диоды нительные выбросы, энер Дающим малой емкостью. Это создает допол- того, чтобы повредить б^ ця которых может оказаться достаточной для боры. Тем не менее часто Дее чувствительные полупроводниковые при- 152 Чцут на полезный компромисс. «Мягкие» органичители Другой класс защитных полупроводниковых приборов — сопротивления, которые зависят от напряжения (варисторы). Такие резисторы часто изготавливают из карбида кремния. Их вольт-амперная характеристика описывается следующим соотношением: / - KV", (4.53)
где / —гмгновенный"ток; V — мгновенное напряжение; К — постоянная прибора; а — показатель нелинейности. Обычно значение «для карбида^кремния не превышает примерно 6, поэтому характеристика приборагдовольно «мягкая», т. е. она сглаживает изменения выходного напряжения,*связаиные*с изменением входного тока.
100
20 30 50 90100 Мгновенный ток, А Рис. 4.41. Вольт-амперные характеристики типичных ограничителей напряжения [29]: / -резистор (а-1); 2 — 6х2,54-см, тиритовып варисгор (а<5); 3 — 2.5-1 Х2.34-см селеповыЯ на рис-гор (а=8); 4 — MOB (сс>25); 5 — мощный кремниевый зенеровский диод для ограничения переходных процессов (сь^35) Новый элемент— металл-оксидный варистор, для которого имеются экспериментальные результаты. Германиевые металл-оксидные варисторы [29] прессуют из керамического порошка; они различаются размерами, формой, составом зерен и их структурой, что приводит к различию вольт-амперных характеристик. Последние похожи на характеристики лавинных диодов (рис. 4.41 и табл. 4.11, где для сравнения приведены характеристики зенеровских и других варисторов). Коэффициент а определяет степень приближения характеристики такого защитного прибора к идеальной (т. е. горизонтальной линии па графике V (/)). Он равен тангенсу угла наклона вольт-амперной характеристики, построенной в двойном логарифмическом масштабе: а = [lg (IJh)/ lg (l/2%)], (4-54) или
Дата добавления: 2015-05-07; Просмотров: 381; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |