10.3. Экранирование

где б = 1/2/шр а

(10.10)

- показатель уменьшения поля и тока, называемый эквивалентной глубиной проникновения (табл. 10 5). На глубине лг = б плотность тока и напряженность магнитного поля падает в е раз, т. е. до величины 1/2,72 = 0,37 от плотности и напряженности на поверхности.

Экранируюш.ее действие вихревых токов определяется двумя факторами: обратньш полем, создаваемым токами, протекающими в экране, и поверхностным эффектом в материале экрана. На высоких частотах, при относительно большой толщине материала экрана бэкр > действуют оба фактора и эффективность экрана можно определить по приближенному уравнению 112J

3 ебэ1<р/л -+

2.8m!:i6

(10 11)

На низких частотах, когда бэр < б, поверхностный эффект незначителен, действует почти только первый фактор и эффективность рассчитывают по уравнению [12]

(10.12)

В уравнениях (10 9) ... (10 12) приняты следующие обозначения: (1 = ЦдЦг - магнитная проницаемость; (1.1=1-256.10-8 Г.см- - магнитная постоянная; [if - относительная магнитная проницаемость; бдкр - толщина стенок экрана, см; б - ширина прямоугольного экрана или диаметр цилиндрического и сферического, сы; со = = 2nv - угловая частота; v - частота, Гц; о - проводимость, См-см; т - коэффициент формы экрана, для прямоугольного т ~ 1, для цилиндрического т = 2 и для сферического m = 3.

Пример. Определить эф(3)ективно-сть медного цилиндрического экрана (бэкр = 0,8 мм, D = 80 мм) на частоте 0,1 МГн.

По табл 10.5 находим ЭГП б = = 0,21 мм; так как бдр/б = = 0,8/0,21 = 3,8, то можно поль-

Рис. 10.14. Схема действия высокочастотного экрана: поле ИН (а), поле цилиндра (6), суммарное поле (в)

зеваться формулой (10.11) для случая бзкр > б. После получим;

подстановки

Э= е

0,5-f--

GO \ ,8-2-0,21 ) -

= 44,7-68,5 = ЗС63;

/3 = 8 Нп, Л = 69,7 дБ.

Пример, Определить, как изменится значение Э, если экран из предыдущего примера выполнить из стали с = 100 (табл 10.4).

примечание. Чтобы получить значения 6 для других значений параметров v, а и 1г (см. табл. 10.4) следует учитывать, что 6 обратно пропорциональна корню квадратному из всех этих величин.

По табл. 10 5 находим б = = 0,049 мм. Отношение бэкр/6 = = 0,8/0,049 = 16,3. Подставляя в (10.11), получаем

V 2,8.2.100-0,049/

= 1,2.10.3,4=4,МО,

В = 17,5 Нп, А = 152 дБ

Пример. Определить экранирующее действие вихревых токов на частотах 0,1 и 1 кГц, возникающих в цилиндрическом медном экране: бэир = 0,8 мм, D = 80 мм.

По табл 10.5: 6o,i = 6,7 мм; 6i = 2,1 мм. .Для обеих частот экр < б и нужно пользоваться формулой (10.12). После подстановки получим для частоты 0,1 кГц;

Э=

г2л,-100.57.10 l,256 l0- - 8.0,08 2-2 = 1,23;

В = 0,21 Нп, А = 1,8 дБ. Для частоты 1 кГц

2л,-1000-57- \ .10 .1.25б. 10-8-8.0,08

= 7,27;

В = 2,0 Нп, А = 17,4 дБ.

Пример. Найти, как изменится значение Э при замене медного экрана в предыдущем примере стальным с р.,. = 100.

По табл. 10.5: 6o,i = 1,55 мм; 6i 0,49 мм. 6i 2> бэкр нужно поль:оваться формулой (10 12). На частоте 0,1 кГц

2л- 100-Ю-10- -1,256 10- 8-0,08

= 1,008;

на частоте 1 кГц:

2,8.2.100.0,49/

с=5,1.0,79=4,05;

б = 1,4 Нп, А = 12,2 дБ

Последние два примера подтверждают, что на частотах 0,1 1 кГц экранирование вихревыми токами действует слабо и магнитное поле можно ослабить только шунтированием его толстым ферромагнитным материалом с большим р. С повышением частоты увеличивается вытеснение магнитного поля из толщи ферромагнитного материала вследствие поверхностного эффекта, уменьшается действующая тол-шина экрана и эффективность экранирования шунтированием поля падает, а вытеснением поли растет

Таблица 10.5

ЭГП б для различных экранирующих материалов, мм

fimin = 63 p/6 [Нп].

(10.13)

Пример Какой толщины должен быть алюминиевый экран, чтобы получить Э > 100 дБ на частоте 1 МГц?

Расчет, fimin = 0,115.100 = = 11,5 Нп; из табл. 10.2 находим б = 0,088; бакр = Вт,пб = П,5Х X 0,088 = 1 мм.

Из табл. 10.4 и 10.5 следует, что на частотах свыше 1 МГц экран из любого металла толщиной 0,5 ... ...1,5 мм действует весьма эф(3)ек-тивно. При выборе толщины и материала экрана в первую очередь следует учитывать не электрические свойства металла, а его механическую прочность, вес, жесткость, стойкость против коррозии, удобство стыковки отдельных деталей и осуществления между ними переходных контактов с малым сопротивлением, удобство пайки, сварки и пр.

Из данных табл. 10.5 видно также, что для частот выше 10 МГц хорошим экраном является медная пленка толщиной около 0,1 мм. Поэтому на этих частотах в конструкции экранов допустимо применение фольгированного гетинакса или другого изоляционного материала с нанесенным на него медным покрытием. Можно также использовать электропроводящие краски и пленки [10]-.

Значения эффективной глубины проникновения для-стали с относи-

Одновременное экранирование электрического и магнитного полей

Конструкции таких экранов одинаковы, но действуют они по-разному. Токи, протекающие по экрану под влиянием магнитного поля, значительно превосходят токи, наблюдаемые при экранировании электрического поля. Причиной этого является то, что токи, возбуждаемые в экране магнитным полем, протекают в короткозамкнутом поверхностном слое тела самого экрана, сопротивление которого невелико, в то время как в цепь тока, протекающего при экранировании электрического поля, всегда включено больш е сопротивление паразитной емкости между экранируемым телом и экраном .

Эффективность электрического экрана почти целиком определяется наличием короткого замыкания между экраном и корпусом прибо-ра. При экранировании магнитного поля присоединение экрана к кор-[iycy не изменяет величины возбуж-

В диапазоне звуковых частот 0,1 ... ...1,0 кГц экранирование магнитного поля является труднейшей задачей и к нему прибегают крайне редко. Предпочитают пользоваться средствами подавления индуктивных ПС, отказываются от использования трансформаторов, что довольно просто достигается в аппаратуре на транзисторах и ИС. Только в редких случаях применяют многослойные экраны из различных материалов, см. 14,5, 8 и 12].

На частотах выше 10 кГц всегда можно по табл. 10 4 и 10.5 подобрать материал и его толщину так, чтобы выполнялось неравенство бдцр > б. Это позволяет пользоваться формулой (10.11), из которой следует, что ориентировочная эффективность экрана будет Э ив = ер, откуда

тельной магнитной проницаемостью Or = 50 (табл. 10.5) показывают, что и на ВЧ эффективность стального экрана больше, чем немагнитного Однако экраны из стали могут вносить значительные потери в экранируемые цепи вследствие большого значения р и явления гистерезиса. Поэтому их применяют только в случаях, когда с вносимыми потерями можно не считаться.

При правильно выбранных размерах и материале магнитного экрана рассчитанное значение .9 почти всегда оказывается больше необходимого. При этом действительная эффективность зависит исключительно от конструкции и качества выполнения экрана. Коэффициент индуктивной ГТС (10-3) пропорционален Мпар- Очевидно, что подобно подавлению емкостной ПС, после экранирования магнитного поля остаточная индуктивная ПС пропорциональна Мпр- Учитывая, что все другие величины, входящие в (10.3), при экранировании не изменяются, получаем

Э = М ар/Л1; р. (10.14)