Специальная система на миллиметровых волнах 4 страница

Выбросы напряжения, наблюдавшиеся в искР^0ВЫХ разрядниках, велики по сравнению с выбросами, измеренными на некоторых дру­гих защитных приборах. Утечка энергии может превысить 1 мДж, поэтому одни только эти приборы не обеспечивают достаточную за­щиту для полупроводниковых схем.

В табл. 4.18 приведены другие защитные приборы, которые подвер­гались действию импульсов с амплитудой 10 кВ и временем нарастания 50 не и не были повреждены. Статические напряжения пробоя для не­которых из этих приборов весьма малы, например, 3_t9 В для зенеров-ского диода.

4.5. ЗАЩИТНЫЕ РАЗРЯДНИКИ И ГИБРИДНЫЕ ФИЛЬТРЫ

Защитные разрядники часто используют вместе с фильтрами. В разд. 4.3 подчеркивалось, что фильтры редко используют самостоя­тельно для защиты от ЭМИ, поскольку большинство приобретаемых фильтров не предназначено для использования пР^0Т™ помех, превы­шающих несколько тысяч вольт, кроме специальных фильтров. Дру-162

	К	Sd-	в	I	&яшшмм	сЗсО
X ы		I	СО 1^ 1Л1Л
2 х	N		а	-ОФЮсоюмсм-явисо**
Р	в	осчьсоч-юютч-счмет	-г со -л-
fie		wn-uM«ioiainininieia
5 Е С |
	«(0
	-^ о о
К * - So	я5 т
§ В	оо
	ST о>
с	,2 в	со— со
	^s-ч.
	h. О О
		кшй
н	§'<	SO С?э t"-— СО О СО —	ОСО
3 =	coco cooi -фсо uSos	-f со
X £ Л га г* и с -а	*"
§*«	2S 2§ gg gg	SS
'- Ч	о со о со осо ессо	COCO
п	>•	— - — — —' ^—	w-ч
сь,-		СО— СЧ — СО — — —	СО —
	1 *	—«CN
	_„ <м_ -J<— ——	CN —
Испытан бнполя	"■ у	V V V V	V
	„„ __ СО— СО —	■* —
О» в	V V - V " V	- v
		а*		— сч — —	—
	<	Ч		о о о о	о
а X о н		О С	та	V V V	V
	— 1Л сч со	— '
Ж с в X	S	§	я в га	о о о о W	о V
	CJ
в	п	i		1^ со ч- сп	о
и		о	R
о с	с к S.	с
га X	С"		г~ о о о	о
га	f<		о сч со «з	t-~
с о
i X и н				i-~ о со г^	со
о, с	ч		«1 S	5 fe S S	1Л
	о	■а	—	^9 Ш *Я Э	CD
н			S	Ь. •* СО ОЗ	СО
и	га *		г	сч (о со -а>	1Л
сх	X К					__м^__—
V	CJ>£p О о			и га г	О СО СО СЧ
к	* о.			м СО 1Я "S	ч*
га а. X,		§		Ч. ю Ю W	in
	X	ел см «э ■*	о
	га			X	К. ■* •* сч	со
	£			я	_ ю ю lo	1Л
	а	—
	X Я) о. «	1 - 1 -	«
	к о	- й
	«&
		_ о, о ю	о
		га			С-Э О "? f~	LO

й R - |~

о at

		fa	блица 4.18
Приборы, прошедшие импульсные испытания при
амплитуде импульсов 11	кВ и длительности	50 "не [22]
Прибор	Изготовитель	Тин	^VSB, в
Низковольтный защит-	Dale	LVP-6/6.2B	С,2
ный прибор
То же	»	LVP-6/7.5B	7,5
»	»	LVP-6/9.1B	9,1
» Магнитный защитный	я	LVP-6/13B
»	LA9A1A/300B
разрядник
То же	»	LA9A1A/400B
» 1	У>	LA9A1A/500B
	»	LA9A1A/750B
i Диодный ключ пере-	»	LA9A1A/1000B	I 000
ЕСС	GT-40
менного тока
Искровой промежуток То же	EG & G	GP-57-6/7209	6 000
»	GP-44L/120-256	12 500
» Лавинный диод	»	ТР-64-4,9/104-02	4 900
General	1N5017	7,5
	Semiconductor
То же	»	1N5020
	General Semiconductor	1N5042
»	»	1N5051
»	»	IN5344B	8,2
»	»	1N5369B	5,1
»	Unitrode	UZ88I0
Зенсровскнй диод	Motorola	1N1518	3,9.10
Лавышый диод	»	1N1523
То же	»	IN1802
»	»	1N1788
» Диодный ключ пере-	» RCA	1N1785 1N5411	30 29
менного тока
Биполярный диод	International Rectifier	KY2DPF
Газовый защитный раз-	relecomminications	ТП-ЗООВ	300—500
рядник
То же	TH	ТП-ЗООС	500—900
»	»	ТП-300Л	150—300
П р и м с ч а и н е. См. " и страницы этого раздела по i	акже разд. 4.7 по ск.кровым промежутка>	яростной защите, разд. 4.7	по фильтрам

гая причина состоит в том, что трудно обеспечить достаточную защиту с помощью только однокаскадггого фильтра,

При обсуждении работы защитных разрядников было показано, что они обладают недостатками, когда необходимо гарантировать за­щиту особенно чувствительных полупроводниковых приборов. Часто энергия, переданная через защитные разрядники в нагрузку, оказы­вается достаточной для повреждения таких элементов. Поэтому необ-164

ходимо принять меры для преодоления этих недостатков, характерных как для фильтра, так и для защитного разрядника, которые исполь­зуются самостоятельно.

Во многих случаях для этого применяют гибридные схемы. На рис. 4.50 показаны комбинация защитного разрядника и фильтра низ­ких частот. Разрядник ограничивает пиковое напряжение приложен­ного импульса, далее сигнал интегрируется до приемлемого значения фильтром низких частот, расположенным непосредственно за ним. Же­лательно но не обязательно включать последовательные стабилизи­рующие сопротивления. Если их нельзя использовать, то следует тща­тельно проанализировать схему такого типа в отношении возможного

ятотсш№ш_фильтр

/

	1		и
С—	(		1 —*.			Т
				2
	J	•-
о-
		Т-е* '/^'имп^сп

Рис. 4.51. Комбинация мощного и ма­ломощного разрядников: / — мощный молниезащитный разрядник (медленнодействующий); 2 — маломощный защитный разрядник (быстродействующий)

Рис, 4.50. Комбинация защитного раз­рядника и низкочастотного фильтра: / — последовательные сопротивления (же­лательно широкополосные); 2 — защитный разрядник; 3 — входной сигнал; 4 — еыход-ВОи сигнал

появления «звона» или паразитных колебаний. Они часто возникают и подобных устройствах, если используется газовый разрядник, кото­рый представляет собой источник напряжения с нулевым внутренним сопротивлением.

Другим способом преодоления недостатков защитных разрядников, когда требуется защита от одновременного действия ЭМИ и молнии, является применение устройства, изображенного на рис. 4.51. Таким устройством, например, может быть часто используемый мощный мол­ниезащитный разрядник, созданный на основе очень большой антенны. Однако время его срабатывания недостаточно мало, чтобы обеспечить ■вщиту для большей части полупроводниковой аппаратуры, которая Кабелем соединяется с разрядником.

В некоторых случаях эту проблему решают путем использования.пиши задержки между мощным инерционным и маломощным быстро-Ввйствующим разрядниками. Кабель, способный выдержать наивысшее ожидаемое пиковое напряжение, включают между двумя разрядниками. >.кктрическая длина кабеля должна быть такой, чтобы время распро­странения сигнала равнялось или превышало половину длительности импульса, который может пройти через мощный, но инерционный за­щитный разрядник. Введение кабеля такой длины позволяет мощному |м ч>яднику стать полностью проводящим до того, как придет «закора­чивающий» сигнал, отраженный от быстродействующего разрядника. Если такой кабель не включен, возможно, что быстродействующий р.-мрядник сработает первым и воспримет полный ток нагрузки вплоть

до повреждения. Системы, подобные показанной на рис. 4.51, удовлет­ворительно работают лишь при некоторых формах входных сигналов. Пороговые напряжения пробоя и напряжения ограничения как для мощных, так и для быстродействующих разрядников должны быть та­кими, чтобы оба прибора сработали, однако большая часть тока была бы передана через мощный разрядник.

О—	1	н
	it с	т
	2

Некоторые формы переходных сигналов не могут быть адекватно переданы устройством, показанным на рис. 4.51. Существует другой способ исключить длительное распределение тока между мощным и ма­ломощным защитными разрядниками при униполярных переходных процессах (рис. 4.52). Конденсатор, включенный между двумя разряд­никами, образует вместе с ними фильтр верхних частот. При действии

		R
— 1*		Х^ПГ	r-o
щ		гб h			2
ё^ч	.	Li_L		-о
/
1			I

Рис. 4.52. Комбинация мощного за- Рис. 4.53. Схема диодной защиты

щитиого разрядника и конденсатора вводов:

(применима ТОЛЬКО ДЛЯ униполярных / — газонаноЛ"⁰'"¹¹^ разрядник (зазор

импульсов): ' 0.08 мм); 2 — цысокочувствитсльная аппа-

/ — мощный защитный разрядник, пропус­кающий большой кулоновский заряд; 2 — маломощный защитный разрядник, пропус­кающий малый кулоновский заряд

униполярного импульса наводки, сопровождающего, например, разряд молний, конденсатор заряжается и ограничивает длительный мощный ток, который протекает через быстродействующий разрядник, защищая его от повреждений. Однако при действии ЭМИ наводка может быть не униполярной, а скорее имеет вид затухающей синусоиды. Поэтому для многих приложений, связанных с наводкой от ЭМИ, схема, изображен­ная на рис. 4.52, может оказаться неэффективной.

Другой способ гибридной защиты, который часто используют для подавления эффектов несимметричного зажигания разряда газовых промежутков, защищающих балансные входные схемы, показан на рис. 4.53. Если разряд зажегся только в одном из газовых промежут­ков, то напряжение обыкновенной наводки поступает на^ дифферен­циальные входы. Оно прикладывается к цепи, образованной сопротив­лением и диодом, которая сглаживает основные пики искажений. Од­нако некоторый разностный сигнал все же может проходить в аппара­туру, и его нельзя уменьшить с помощью приборов, предназначенных для подавления обыкновенной наводки, таких, как дроссели или транс­форматоры. Поэтому, если в балансных схемах не используют еще одну комбинацию из защитного разрядника и диода, то необходимо приме­нять тщательно сбалансированные газонаполненные разрядники, что­бы обеспечить одинаковые характеристики зажигания и тем самым 166

предотвратить трансформацию обыкновенной наводки в дифферен­циальную.

Для передатчиков и приемников, работающих на СВЧ и более вы­соких частотах (рис. 4.54), можно «зашунтировать» на входе большую часть низкочастотных составляющих наводки, созданной молнией или ЭМИ. Однако при действии ЭМИ, если не применен стойкий полупро­водниковый разрядник, может быть передана энергия, достаточная Для того, чтобы повредить высокочастотные блоки. Можно также ис­пользовать защитные приборы однонаправленного действия для аппа­ратуры, работающей в области СВЧ и более высоких частот. Циркуля-торы и изоляторы способны обеспечить в умеренной полосе частот ос­лабление сигнала, распространяющегося в одном направлении, при-

Рнс 4.54. Использование четвертьволнового шлей­фа и защитного разряд­ника для защиты от ЭМИ и молнии СВЧ- и УКВ-апнаратуры:

/ — защитный разрядник; S — СВЧ(УКВ)-приемник-пс-редатчик

мерно на 20—30 дБ при потерях ~1 дБ для сигнала, распространяю­щегося в другом направлении. На рис. 4.55 поясняется использование i^восстанавливающегося прибора. Такой прибор пригоден только для тех передатчиков или в тех случаях, когда энергия передается в направ­лении, противоположном распространению энергии ЭМИ. Для ограни­чения спектра приложенного сигнала в рабочей области циркулятора или изолятора желательно использовать полосовые фильтры.

На рис. 4.56 (а— д) изображено шесть простых принципиальных схем для защиты электронной аппаратуры от нестационарного пере­напряжения, которое возникает между входом и выходом системы (где энергия ЭМИ поглощена соединительным кабелем или присоединен­ный к нему подсистемой) (см. также табл. 4.19). Заметим, что схемы скоростной защиты (б, в, г, е) предназначены для обеспечения защи­ты от избыточных токов или перенапряжений (см. табл. 4.20). Если бы ЭМИ инициировал дугу, то эти схемы, вероятно, действовали бы доста­точное время, чтобы обеспечить защиту от интенсивного повреждения. Работа схем а ид зависит от способности защитного разрядника, в ко­тором используется зенеровский диод, подавлять переходные про­цессы, созданные ЭМИ.

Испытания реле, в частности катушек реле, показали, что сопротив­ление изменяется мало. Были испытаны реле следующих типов (изме­нения сопротивления даны в процентах): 1) Babcock RP 11576-2, якорь -f 0,6%; 2) С. P. Clare A5245-1, якорь, +1,7%; 3) Hathaway G3862, магнитный вибратор, +2,5%; 4) Potter Brumfield FLB4002, магнитный фиксатор, —1%; 5) Struthers Dunn FC-6-365, якорь, нет изменений,

Таблица 4.19

Рис. 4.55. Использование прибора однонаправленного действия для защиты пере­датчиков малой и промежуточной мощностей:

I — защитный разрядник; 2 — узкополосный мощный фильтр; 3 — изолятор; 4—СВЧ(УКВ)*-передатяик

Устройства скоростной защиты по постоянному току (фирма MCG Electronics), прошедшие испытания при действии импульса 11 кВ/50 не [22]

Тип	VSB, ^B	Тип	VSB, ^B
LVC-lPA-6,8 LVC-lPA- 10 LVC-lPA-15 LVC-lPA-20	6,8 10,0 15,0 20,0	LVC-1PA-50 LVC-1PA-100 LVC-lPA-150 I.VC-1PA-200	50,0 100,0 150,0 200,0

Таблица 4.20

о о UM 0, 1-Ю О н

о о

Ф1°-

115В,пере-менное

Подавитель 28 В переходного процесса

Переменное напряжение

■Нагрузка

«*Т—.

Подавитель переходного процесса

"1

-°Ф1

i+ Поста- Ф/о

vU

115В, перемен- Нор­ ное мально рашк^: нутый

янное
напря­
жение /«-в, I___ ~"_J

П

перемен- Размыка-
ное те/ь

схемы

-ОН

■ч

№-

Рис. 4.56. Схема защиты от нестационарных перенапряжений [36]:

а — подавление переходного процесса с помощью устройства постоянного тока; б — защитное устройство постоянного тока (регулируемое): I — устройство скоростной защиты на постоян­ном токе; е — защитное устройство постоянного тока н автоматический прерыватель; / — источник питания; 2 — устройстзо скоростной защиты (постоянного тока); s — защитное уст­ройство переменного тока в первичной цепи, ЛгС.-цепочка предотвращает разрывы dV/dt при включении: / — устройство скоростной защиты (переменного тока); д — защитное уст­ройство (переменного тока) во вторичной цепи; е — исмеритель перенапряжения переменного тока и прерыватель; / — устройство, скоростной защиты (переменного тока)

Минимальная энергия, вызывающая наблюдаемые остаточные повреждения [20]

Объект испытания	Минкмальная энергия, Дж	Неисправность	Примечания
Реле Микроам­перметр Пары топ­лива Реле Пироаапал Запал Генератор­ная лампа	ью-^1 ЗЛО-» зло-^3 2-Ю-з 6 10-* 2.10-» 1 10-*	Сваривание контактов «Заедание» измерите­льной системы Выгорание Сваривание контактов Зажигание » Нарушение генерации	Sigma 1-A реле (11F) Микроамперметр фирмы Simpson, модель 1212С Промежуток (0-175 мм), заполненный смесью пропана с воздухом Слаботочное реле фирмы Potter Brumfield 539 Мостиковый запал Электрозапал № 8 УКВ-генераторная лампа 6AF4

Никакого объяснения не было предложено для изменения сопро­тивления. У реле Hathaway 63862 при действии 480-вольтового прямо­угольного импульса наблюдалась неустойчивая дуга между контакта­ми, а при действии 700-вольтового импульса — устойчивая дуга [37].

4.6. БЕСПРОВОДНЫЕ ОГРАНИЧИТЕЛИ Оптические ограничители

На практике в некоторых случаях можно сделать эффективную раз­вязку и (или) отвести энергию ЭМИ с помощью оптических каналов связи. Это тем более возможно там, где допускается использование оп­тических волокон (нитей), которые могут быть чувствительны к дозам уизлучения ~ 10⁷ рад (Si). Как сделать такую развязку, было показа­но Метцем из Иллннойского университета [38]. В основном она состоит из устройства накачки светоизлучающего диода (СИД), помещенного на стыке с электрическими цепями, СИД, пучка оптических волокон,

детектора im фотодиоде и усилителя или другой выходной схемы, На­пример, триггера Шмидта или дешифратора (рис. 4.57) 138—43].

Сигнал от — Входной схемы

Фотодиод

-*-Ф

Сагнйл, -^-пос­тупаю­щий на выходную схему (например, дешифратор]

Очевидно, что импульсы переходных напряжений и тока, которые можно передать по проводам и другим проводникам, не могут пройти через оптические волокна (неметаллическая среда). Однако, поскольку наводка воспринимается СИД, может возникнуть некоторый шумовой

световод

Рис. 4.57. Структурная схема системы с волоконной оптикой: / — устройство накачки СИД; 2 — СИД; 3 — усилитель; 4 — триггер Шмидта

сигнал. Так как оптические волокна имеют ограниченную полосу про­пускания (рис. 4.58), эти шумы передаются лишь частично. Частота светового сигнала и частота полей ЭМИ ядерного взрыва настолько далеки друг от друга, что по существу указанные сигналы не взаимо­действуют.

Рис. 4.58. Схема прохождения света через световод: / — сердцевина; 2 — покрытие

Введение оптических волокон в экранированную" камеру дает до­полнительные преимущества. В стенку камеры заваривают волновод

3. Лавинный фотодиод, подобный диоду TIXL-56 фирмы Texas In­struments с коэффициентом усиления фототока, равным 200 при обрат-пом напряжении смещения 170 В, и произведением коэффициента усиления на полосу частот, равным 80 Гц (рис. 4.60).

4. Резисторы, конденсаторы, транзисторы и операционные усили­тели (1С) (см. рис. 4.59 и 4.60).

Вхбд •—Ц_г

Эмиттерный Амштельные повторитес ь зпиттерные пмтштела

Дата добавления: 2015-05-07