Специальная система на миллиметровых волнах 3 страница

«■=lg(VVy₂), <⁴-⁵⁵)

если /.Л,. = 10.

Тирит — керамика на основе карбида кремния. — Прим. пер.

Таблица 4.11 Результаты испытаний защитных приборов [27]

		Пиконое на-				Пиковое на-
	к	пряжение			к	пряжение
	a©	импульса	с; s.		3§	импульса
	5^C	Vpf	кВ			S^B	Vpp кВ	g
Прибор	5§		'	4J X £ < и,	Прибор		'	= *<
	при 0,5	при 5	при 0,5	при 5	3 ft ACS
	II	кВ/не	кВ/нс	Ш		ai	кВ/нс	кВ/нс
Electrons		1,5	1.7	>1000	GZ20210A		0,3	1,0
EL 2600SL-					60-KS-200C		1.5	4,0
					704-15К36	2 000	0,38	0,5	>1000
EL243S		2,2	2,5	>1000|	TPD450		0,7	1,0
Type 2140		7,0	7,0	>1000	International
Signal itc					Rectifier
CG-75L		2,5	2,7	>1000	KY1DPF	25 000	0,62	1,8
CG-145		2,0	2,5	>1000	KY6DPF	3 000	2,7	3,8
CG-350L		3,0	3,8	>1000	KZ1DPF	35 000	0,5	1.7
CG-800L		4,0	7,0	>1000	KZ6DPF	6 800	1,9	3,0
UBD-550		2,0	4,0	>1000	Unitrode
Siemens					1N5610		0,4	0,8
S1-C350		2,2	2,6	>1000	1N5611		0,44	1,7	>1000
Joslyn					1N5612		0,5	1,6
P/N 1250-02		2,7	5,4	>1000	Ш5613		0,7	1,7
P/N 1750-09		0,7	2,0	>1000	General Ele-
P/N 2001-06		1,8	3,2	>1000	ctric
P/N 2001-09		2,7	з,о	>1000	VP130A10		1,1	1,5	>1000
P/N 2001-94		3,2	6,4	> 1000	Carborundum
P/N 2301-07		3,4	6,3 '	>1000	234BNR4-A		5,2	7,2
P/N 2301-08		2,5	4,8	>1000	234BNR4-B		3,5	5.0
P/N 2301-41		2,0	6,0	>1000	55IBNR2-A		1,8	3,0
Cook Elect-					551BNR2-B		0,7	2,0
ric					National
Type 492 car-		0,8	2,0		Lead
bon block					71D10000		1,9	3,0
Sandia (Ben-					American
dix Connec-					Electronics
tor)					MTC-3175	—	0,06	0,09
Dielectric		1,7	1,9	>1000	Dale Elect-
suppressor					ronics
General Se-					LA8A4C		5,0	9,6	>1000
miconductor					LA9A1A-1		4,0	6,0	>1000
1CT-5	36 000	0,4	1,1	>1000	SPA-100		2,7	7,0	>1000
1N5645A	2 500	0,43	' 1,5	>1000
1N5658A		0,48	',8	> 800
1N5665A		0,6	1,5	> 800

Кроме того, поскольку пользователь заинтересован в ограничении по­ступающих сигналов (подавлении возможных переходных Напря­жений), превышающих номинальное пиковое напряжение линии, сле­дует ввести и другую характеристику. Определим эффективный коэф­фициент ограничения как отношение подавленного пикового напря­жения при заданном токе к максимальному стационарному пиковому напряжению схемы в наихудшем случае: Этот коэффициент (предпола-

гается, что он больше или равен 1,2) зависит от пикового тока и fttna используемых металл-оксидных варисторов (рис. 4.24). Если, на­пример, выбрано а == 25 и отношение токов 10 000: 1 (т.е. 10 А к 1 мА), то коэффициент ограничения равен 1,45. Металл-оксидный варистор можно включать параллельно чувствительной нагрузке либо непосред­ственно, или через вторичный трансформатор (рис. 4.43).

А1еталл-оксидные, и, в частности, цинк-оксидные варисторы ис­пользуют во многих случаях как защитные приборы. Однако при выбо­ре вариатора надо проявлять осторожность, поскольку эффективность приборов существенно различается из-за разницы следующих свойств: 1) диапазона рассеиваемой энергии; 2) диапазона пропускаемого тока; 3) диапазона перенапряжений; 4) быстродействия; 5) запаса по про­пусканию тока; 6) температурного диапазона; 7) удобства монтажа.

Рис. 4.42. Зависимость коэффициента. ограничения от а для различных от-^ ношений токов [29]

Рис. 4.43. Включение MOB ограничи­теля переходного напряжения в схе­му [29]

'Ifl 1,1 1,2 1,3 1£ № j Отношение напряжении

Фирма Matsushita Electric производит цинк-оксидные варисторы дискового типа, называемые нелинейными цинк-оксидными сопротив­лениями (ZNR), которые используют как подавители искры и огра­ничители напряжения или тока в электронных схемах. Например, марка ERZ-15D3K.102 относится к цинк-оксидному варистору (ERZ) с номинальной мощностью 1,5 Вт (15), дискового типа (D), с допуском ±Ю% (К) и номинальным напряжением 1000 В (первые две цифры, значащие — 10, которые следует умножить на 10 в степени, равной третьей цифре). Включение таких варисторов между коллектором и эмиттером позволяет во многих случаях защитить выходные транзи­сторы от выбросов напряжений, которые могут пройти через промежу­ток искрового разрядника.

Металл-оксидные варисторы изготавливают и как часть комбини­рованных четырех штырьковых соединительных устройств [30]. На рис 4.44 показана типичная характеристика такого германиевого при­бора, а на рис. 4.45 — изменение его статической характеристики или увеличение тока утечки в зависимости от пикового тока вероятного переходного процесса. Внутренний нагрев, вызванный возросшим током утечки, не должен превысить номинально допустимую мощность. Поэтому если приложенное статическое напряжение мало, возрастание тока утечки не создаст дополнительных трудностей.

I

Показатель с_тепе„и а металл-оксидной вмнм».»
быть больше, че* _{обычных} карбвд-кр1мниевы^Г^{0И ЯЧеИКИ МОжет}
при низких и пр₀,/_{еж очных} xoLx^aKo?"\^В1^Р"^СТ0Р0В' °^С°^бенН0
начинает прибл_11жат^_{ся к} характеристике,"£^2^™^ ^ВЗрИСТ°^ра
больших токах _0|)а становится аналогичной хяпя^л ^ДИ°^ ^При

вариаторов. Од_{Нако при} использовании л.ш_а"^Р^1^{ерИСТИКе} °^бычиых
сохраняются (но _{в меньшеи степенн)} ^^оксидных варисюров
ные для зенер_{ОВеких ди} например ZSL "^Р°^блемы- ^хаРактер-

.пими значениях,, _шу1,_Ти_Ру_Ющей емкости ^Ы' ^{связанные} с боль-

раТт4„⁴с⁴_т„г^ПИ^^ьт-а_=Ме ха-
го vcTDoftcT»- ^{UD —} варисторно-

"■тепссль^ 'п "^{ЗГ0ТОВЛеН}'^{ЮГ0 в} ВИД" розехкуГа^ОрП₂Т[30Т^{аПЛеН1,ОГО В}

Как металл-он_СИд_Ные варисторы, так и вапш-mn, *

ния, как правило, применяют в качестве _Защи5и1 ^^{РбНДа Крем}"
высоковольтных _схе£_{ах> обычно} напряГ™", ^ ^Иб0р0В,^в_пл^б°^лее

более. Это, в ч_{астности}, справедливо Для^Гп. " ^^ ¹⁰° ^{В И}
ния, которые в большинстве случаев няЙ ^В^^{Карбвда К}Р^ем"
раничителями н_{аг1ряжеН}ия, _пока при_Л^^_пп⁹⁽№^^внш«ог-
шает нескольку сотен вольт. С другоТ стовп 1? ' ^{Не превы}-

диода эффектив_11ое ограничение может проХ?£ ^{ДЛЯ зене}Р°^вс™™
5 В и выше. Б_0лее ^Р_ысокие напряженное!^{ПрИ НЭПряжении}
чаще, если испо_;[ЬЗОВать последовательно со™. ^реализУ^ются

диоды, но при это_{м ВО}з_НИкают трудности cShSS ^{Ше 3енеровские}
выводов. ^н-^д ' ^связа""ые с индуктивностью

Статическое _{Или низкочастотпое 1юведепи}„ _пп
защитных разря_А1Шков сначала оценивается _г 1» ^УПР°^{В0ДНИК0ВЫХ}
ных характеристик. Интересны номинальные ™°^ЩЫ° ^ВОЛЬТ-^ампФ-
напряжения; онц зависят от мощности, _pacL_MЛ -^{МЫе статически}е
ковыми приборами, которая обычно важн^о_пь "°^И "^ОЛупР^ов°ДНИ-
Как было сказав ранее, шунтирующая шкосл^» ^{ДЛЯ Варисто}Р^ов-
рующее напряжение при рабочих^напряжени^ с _xLf^3M°«^H°^{e Шунти}"
для всех защити^ полупроводниковых и"S,_n ™ °'™ ^Важны

ров. Так как Дин_амическое напряжение вар" иmt^{0КСИДНЫХ ва}Р^ист°-диодов обычно н_{е 11ада}ет ниже пробивног о ^Р₃д_ес ^Р " ^{различных} ™^п°^в

ПрТЕиз? п ^{В гюово}- ™^М wiS^T"^ ^{ПеРеДЭЧа} ^ анализе Переходного процесса часто и,-,™,,

ковое импульсное напряжение*. Он означает "?;^{ЗУЮТ терм,ш <<пи}" жение, которое о„_{азЬ1Вается на варисторе} ™^г *«ксимальное напря-

рости нарастания _и амплитуде испытательное ^Р" ^3адаН1£^{й СКО}"
это напряжение Измеряют с помощью С, ^им"У^льса- Обычно
педансы источник _и нагрузки равны 50 Ом а _и1 f° "^ ^ГД° ^им"
связанных с прн_б поддерживаются минХ^{КТРШН0СТИ вь}'водов,

««Ров пиковое 3Hai_H„'_e импульса таю^S^^bWMH- ^{Для ва}РИ-
156 нависи г от амплитуды испы-

тательного импульса, и если она увеличивается, то в конце концов в ва-. ристоре будет рассеяна мощность, достаточная для разрушения- По­этому пиковое напряжение импульса надо также выражать через кон­кретные значения приложенного напряжения или максимального тока. С другой стороны характеристика обычных р — п- переходов и зеН^еР°^в* ских диодов более близка к характеристике газонаполненных диодов. Как правило, после спада начальных переходных процессов на­блюдается отсечка на «мягких» ограничителях обоих видов: управляе­мых напряжением резисторах и приборах с р — л-переходом- Это важно, поскольку отсечка влияет и па переданную в нагрузку энергию.

Рис. 4.45. Ухудшение полт.т-амперннх характеристик германиевого варистор-иого устройства, рассмотренного на рис. 4.44, при подавлении импульсов тока различной амплитуды длитель­ностью 15 мке:

ю-' иГ ю-' ж⁵ ю-* ®* ТОК, к

/ — исходная характеристика; 2 — поела действия импульса тока амплитудой 39 А; Л —амплитудой 330 Л; 4 — амплитудой 3000 А

Важный параметр — номинальный импульсный ток, т. е. максималь­ный пиковый ток, который способен выдержать защитный прибоР ^ПР^И заданном числе импульсов. Типичным критерием повреждения может быть уменьшение шунтирующего сопротивления или 10%-пое изме­нение вольт-амперной характеристики (наблюдаемой, например, на низкочастотном характсриографе). Максимальный импульсный ток при заданном времени спада—это пиковый ток, который способен выдер­жать защитный прибор при аналогичной серии импульсов без нару­шения критерия повреждения.

Краткие выводы

Газовые защитные разрядники используют при больших пер^егРУ³" ках; однако их недостатками являются большое время срабатывания и часто слишком большой выброс, пропорциональный поминальному допустимому току. Полупроводниковые приборы менее устойчивы к на­водке, но имеют меньшее время срабатывания. Однако оно еще отно­сительно велико, чтобы передать энергию, достаточную для повреж­дения более чувствительных полупроводниковых приборов. Следо­вательно, могут потребоваться дополнительные гибридные методы защиты; они обсуждаются в следующем подразделе.

В табл. 4.11 приведены некоторые характеристики малых защит­ных разрядников для аппаратуры связи. В табл. 4.12 даны значения переданной энергии, которые сравнивают с минимальной энергией, требуемой для повреждения типичных полупроводниковых приборов. Наибольшие значения переданной энергии для всех защитных разряд­ников достаточны, чтобы повредить более чувствительные приборы. В табл. 4.13 дан список фирм, производящих защитные разрядники.

Таблица 4.12

Свойства малых низковольтных защитных разрядников при действии импульса со скоростью нарастания напряжения 5 кВ/нс

Поставщики защитных приборов

Таблица 4.13

Технические характеристики высокоэнергетического Таблица 4.14 защитного прибора, выполненного как одно целое с токоограничивающим сопротивлением [311

Приборы	Диапазон пиковых значений импульсов напряжения, кВ	Диапазон переданной энергии, Дж
Газовые разрядники Варисторы Полупроводниковые защит­ные приборы	1,1—6,0 0,5—4,0 0,1—3,0	5-10-'—7-Ю-^3 5- Ю-?—310-е 2.10-«— 1,8-Ю-з

Проспекты, выпускаемые фирмами-изготовителями, содержат не только сведения о разрядниках как защитных приборах, но также об их работе, применении в условиях воздействия ЭМИ и методах уве­личения стойкости. В табл 4.14 приведены параметры типичного вы­сокоэнергетического защитного устройства 131J (рис. 4.46, 4.47). Им­пульсный пробой, так же как время срабатывания, зависит от ско­рости нарастания напряжения. Используя данные, приведенные в

Рис. 4.46. Разрез разрядного промежутка типа Joslyn P/N 1903 [31]: У — вывод; 2 — изолятор; 3 — электроды; 4— корпус (металлический)

Рис. 4.47. Временная зависимость напряжения на двухэлектродном мощном за­щитном приборе (P/N 71039-07) [31]

Скорость нарастания	Диапазон пробивного напряжения, В	Среднее пробивное напря­жение, В
100 В/мке 1 кВ/мкс 10 кВ/мкс 100 кВ/мкс 1.3 кВ/ис	507 — 516 560 — 570 720 — 750 110 — 1190 1250—2550 5200 при 1,9 кВ/нс	1157 2458 4600

American Electronics Laboratories, Inc.

P. О. Box 552

Lansdale, Pennsylvania 19446

Carborundum Company

Electronics Plant

P. P. Box 339

Niagara Falls, New York 14302

Cook Electric Сотргпу

6201 West Oakton

Chicago, Illinois

Dale Electronics, Inc.

East Highwav 50

Yankton, South Dakota 57078

Electrons Company

65 Passaic Avenue

Fairfield, New Jersey 07006

General Electric

Semiconductor Products Department

Electronics Park

Syracuse, New York 13201

General Semiconductor Industries, Inc.

230 West Fifth Street

Tempe, Arizona 85281

International Rectifier

233 Kansas Street

El Segundo, California 90245

Номинальные значения напряжения системы

Напряжение искрового перекрытия при частоте 60 Гц

Напряжение пробоя па постоянном токе

Импульсное напряжение искрового по­крытия

Пиковый ток перегрузки

Максимальный непрерывный ток, А

Максимальное напряжение разряда

Срок службы

Диапазон рабочих температур

Давление

Joslyn Electronic Systems Santa Barbara Research Park P. O. Box 817 Goleta, California 93017 Motorola Communications Division Schaumburg, Illinois

National Lead Industries, Inc. P. P. Box 420 Hickoff's Mills Road Hightstown, New Jersey 08520 RCA Electronic Components Harrison, New Jersey

Siemens Corporation

186 Wood Avenue South

Iselin, New Jersey 08830

Signalite

Neptune, New Jersey 07753

Telecommunications Industries, Inc. Copiague, New York

Unitrode Corporation 580 Pleasant Street Watertown, Massachusetts 02172

120/208 В эффективных—60 Гц

195 В эффективных ±15%

250В±15%

1200 В при 10 000 В/мкс

65 кА (10x20 мке)

900 А за полупериод

1000 В (сигнал 10x20 мке с мак­симальным током 5 кА)

2000 срабатываний при токе 10 кА

От—40 до+ 50° С

От давления на уровне моря до давления на высоте 3,66 км

Таблица 4.15

1 1,5 2 2,5 3 4 5 7 9

50 trf, не

Рис. 4.48. Зависимость перенапряжения от времени за­держки защитного прибора с разрядным промежутком [32]

табл. 4.15, конструктор может определить, удастся ли с помощью раз­рядников решить поставленную проблему защиты. Если он решит ис­пользовать искровые разрядники, то такие параметры, как статическое напряжение пробоя (т. е. 400 В), время нарастания (4 не), скорость нарастания напряжения (5 кВ/нс), сопротивление изоляции (10 мОм), срок службы (1000 токовых импульсов по 500 А без повреждения) и критерий гашения, необходимо определить до выбора конкретного типа прибора. Часто требуется использовать комбинированный под­ход, как обсуждалось в разд. 4.3, чтобы ограничить передачу энергии от более мощных приборов, которые приведены в табл. 4.16 и изображе­ны на рис. 4.46. В табл. 4.15 проведено сравнение защитных характе­ристик зенеровских диодов, искровых промежутков и варисторов.

С целью оценки эффективности приборов с искровым промежутком для защиты от ЭМИ проведены испытания таких приборов в лабора­ториях Гарри Даймонда [31— 351, причем особое внимание |уделяли

Рис. 4.49. Импульс тока при испытаниях искровых промежутков:

/р — амплитуда импульса; tp — время прихода сигнала; Ы — время задержки: fr—время нарастания

Сравнительные данные обычных защитных приборов! предназначенных для использования в условиях действия ЭМИ [31]

Прибор	Способность отводить большие избыточные токи (>500 А)	Быстродей­ствие ш>и ре»ком нарастании переходного напряжения	III	Максимальное сопротивление прибора	Эффектив­ность защиты схемы при низких напряжениях «50 В)
Газовый разряд­ник Зеиеровский диод Варистор	! 3		1 3		3 1

Прибор	Эффектив­ность защиты схемы при высоких напряжениях (>4 00 В)	Эффектив­ность ограничения сигналов в системах постоянного тока	в || i° ТО й; Эо Q. о		Линейность (отсутствие влияния перекрестной модуляции на напряжение защиты)	о ^я я ? £ Э ь то 5 pas ob.9.
Газовый разряд­ник Зеиеровский ДИОД Варистор		3 2 1	I	3 1	2 3	3 2

Примечание: _ 1 = наиболее нригоддьн'!; *3 = наименее пригодный.

их свойствам применительно к современной военной аппаратуре связи. При испытаниях исследовали многие характеристики приборов: минимальное напряжение и ток поддержания разряда (МИГ и МТП), статические вольт-амперные характеристики, статическое напряже­ние пробоя по постоянному току (Vsb), пиковое напряжение (Vpn) (рис. 4.48), времена задержки и формирования разряда (t_d и t_p) (рис. 4.49). При необходимости инженер-конструктор должен учесть другие электрические параметры, такие, как способность регулировать энергию или ток, надежность, емкость и сопротивление утечки.

Были проведены импульсные испытания работающих передат­чиков, защищенных искровыми разрядниками (правые колонки в табл. 4.17). После воздействия ЭМИ выходные колебания передатчика в течение первых 300 не после приложения импульса принимали хао­тический характер с затухающей амплитудой. В течение следующих 200 не их амплитуда увеличивалась до нормального значения и они становились более стабильными. Еще через 300 не выходные колеба-

6 Зак. 807 161

Таблица 4.16

Искровые промежутки, прошедшие импульсные испытания при амплитуде импульсов 11 кВ и длительности 50 не [22]

			Статическое напря-
Промежуток	Изготовитель	Тип	жение пробоя, В
Миниатюрный искровой	Joslyn	2001-06
промежуток То же	»	2001-07
s	>	2001-08
»	»	2001-09
>	»	2001-31
»	Signalite	CG-800L
»	»	CG-407L
»	»	CG-350L
>	»	CG-230L
»	»	CG-90L
Искропой промежуток	»	UBD-550
То же	»	UGT-4,0
»	»	UGT-8,0
»	Seimens	B2-B470
»	»	B2-H25
>	»»	B1-C90/20 KA6	90 6500—9500
%	»	B1-A350
»	»	B1-A230
»	»	B1-F90
»	»	B2-B800
»	»	B1-C145
»	»	B2-1110

ния полностью восстанавливались. Среднее время полного восстанов­ления составило примерно 0,8 мкс.

Дата добавления: 2015-05-07