Cuantificarea nivelelor de interferenta

Semnalul de inteferen zgomot electromagnetic (zgomot- prezena lui deformeaz informaia transmis de la surs la receptor i o face mai puin clar)Nivelul (amplitudinea) zgomotului (de ordinul A, V, pW n domeniul transmisiei informaiei) poate atinge (n absena unor msuri tehnice) acelai ordin de mrime cu semnalul util i ca urmare semnalul util nu se mai poate distinge fa de zgomot.In orice punct al spaiului exist un zgomot electromagnetic natural sau zgomot galactic (radiaii cosmice, descrcari electrice ndeprtate)Funcionarea echipamentelor electromagnetice construite produce efectul propriu-zis de interferen sau zgomotul electromagnetic funcionalIntervalul semnal util-zgomot funcional se mai numete raport semnal-zgomot-Pentru semnalele analogice din tehnica msurrii se accept, de regul, un raport semnal- zgomot de 40 dB, (erori de msurare sub 1%), -Pentru radio i televiziune valori cuprinse ntre 30 si 60 dB-Pentru telefonie se consider acceptabil un raport de cca 10 dB.

MrimeaMarimea de referinNivelul n dB

Tensiunea electric ux[V] u0 = 1[V]u [dB]= 20 log ux/u0

Curentul electric ix[A] i0 = 1[A]i [dB]= 20 log ix/i0

Cmp electric Ex[V/m] E0 = 1[V/m]E [dB]= 20 log Ex/E0

Cmp magnetic Hx[A/m] H0 = 1[A/m]H[dB]= 20 log Hx/H0

Putere Px[pW] P0 = 1[pW]P[dB]= 10 log Px/P0

Amplitudinea semnalului de ieire ae; amplitudinea semnalului de intrare ai;Atenuarea: a[dB] =20 log ai/aea[Np]= ln ai/ae Trecerea de la nivelul exprimat in Np la cel exprimat n dB se face pe baza relaiei:

ln x[Np]= 20 log x [dB]

1 Np= 8,686 dB; 1 dB=0,115 Np

Interferene de mod diferenial

- curentul de interferen (ca valoare instantanee) intr printr-o born a receptorului i iese prin borna cealalt .Interferene de mod comun

- curentul de interferen (ca valoare instantanee) intr prin ambele borne ale receptorului i se nchide prin capaciti parazite .Cuplaj inductiv

Cuplajul inductiv, sau transformatoric, apare cnd o parte din fluxul magnetic produs de trecerea curentului ntr-un circuit strbate bucla format de cellalt circuit.

Circuitele se influeneaz reciproc, datorit dispunerii lor, fr a avea legtur galvanic.Es1, Es2 tensiunile electromotoare ale surselor

Zs1, Zs2 impedanele interne ale surselor

Zr1, Zr2 impedanele receptoarelor

Z1, Z2 impedanele de racord

Ecuaiile de funcionare ale celor dou circuite cuplate :

Curenii influenai sunt :

In cele dou circuite apar tensiuni electromotoare de interferen :

-j2M2I2, -j1M1I1Mijloace de neutralizare

Soluii generale:

- Conexiuni scurte, conexiuni dus ntors rsucite;- Conexiuni n cablu coaxial i pe circuitele de for;- Aezare geometric potrivit pentru transfer minimal

de flux magnetic.Neutralizarea cuplajului inductiv , n cazul untului coaxial, const n aceea c tensiunea de msurare (proporional cu curentul msurat) se extrage cu conductoare ntr-un volum lipsit de inducie magneticSe aplica principiul suprapunerii proceselor fizice liniare si anume peste curentul de densitate J=Jk, in aria de raza b, se suprapune curentul de densitate J=-Jk, in aria de raza a.Inductia magnetica, in punctul P, datorat curentului care trece prin conductorul de raza b: B1=0*J*r1/2Iar pentru cel de raza a: B2=0*J*r2/2

Ca urmare, dac excentricitatea e este 0, inducia magnetic rezultant are valoarea 0.

Suntul coaxial culege tensiunea : Um = Ri (R este rezistenta electrica a tubului de manganina.). Semnalul astfel captata este transmis unui aparat de masura prin cablu coaxial.

Decuplarea optoelectrica

Utilizat n tehnica msurrii i n cea a prelucrrii datelor (informatic) pentru neutralizarea cuplajelor galvanic, inductiv, capacitiv, de radiaie.

Optocuplorul

Linia optic

Optocuplorul:

Circuit integrat

Permite transmiterea unui semnal ntre dou circuite cuplate galvanic; rigiditatea dielectric ntre cele dou circuite 0,5-6kVSchema electricaD- diod fotoemisiv(emitor) de tipul Ga As (radiaii n domeniul infrarou la excitarea cu Id) FT- fototranzistor (receptor)

Izolaia - material plastic transparentCaracteristica de funcionare arat dependena ntre fotocurentul If i curentul de excitaie al diodei, avnd drept parametru tensiunea ntre colector i emitor UCEb) Caracteristica de funcionare

Banda de frecven a semnalului transferat este limitat de timpul de ieire din conducie a fototranzistorului. (100kHz)

Linia optica

Dac tensiunea ntre circuite este mare (10kV...1000kV) transmisia radiaiei luminoase este asigurat de o linie optic.

Cn=C/n

C viteza luminii in vid; n- indicele de refractieDin punct de vedere constructiv se realizeaz dou variante de linie optic:

a) fr gradient al indicelui de refracieb) cu gradient al indicelui de refracie

Un neajuns al liniei fr gradient al indicelui de refracie- limitarea n frecven

In figura se observa ca miezul liniei optice are in axa sa indicele de refractie n max cel mai mare, apoi indicele de refractie scade parabolic ajungand la valoarea n min, valoare care se mentine si in manta.Principiul transmisiei

Semnalul electric convertit n semnal luminos cu ajutorul unei diode luminiscente. Semnalul transmis prin intermediul liniei optice unui fototranzistor sau unei fotodiode, care realizeaz o conversie a luminii n semnal electric.

Cuplajul Galvanic

Cuplajul galvanic se produce atunci cnd exist o impedan comun ntre cel puin dou circuite electrice. Cuplajul galvanic poate s apar n dou situaii distincte: ntre circuitele funcionale (sau de alimentare), cum este cazul consumatorilor aflai n derivaie i alimentai de la aceeai reea. datorit legrii la pmntCuplajul galvanic ntre circuitele funcionale apare dac dou sau mai multe circuite au o impedan comun, cnd trecerea curentului prin impedana comun este de natur s distorsioneze curenii din toate circuitele cuplate galvanic.

Notaiile sunt :E1, E2 - tensiunile electromotoare ale surselorZs1, Zs2- impedanele interne ale surselorZr1, Zr2 - impedanele receptoarelor

n cazul funcionrii la o anumit frecven se poate aplica pentru determinarea curenilor calculul n complex, pe baza schemei simplificate din fig.1 (b), n care: Zs1 +Zr1 =Z1 i Zs2 +Zr2 =Z2.

n aceast situaie ecuaiile de funcionare ale circuitelor sunt:

Datorit cuplajului galvanic, receptoarele sunt excitate cu tensiunile Zr1. I1, respectiv Zr2 . I2.Curentul fiecrui circuit provoac pe impedana comun, Zc, o cdere de tensiune care reprezint, pentru cellalt circuit, o tensiune perturbatoare.n absena cuplajului galvanic aceste tensiuni ar fi: Zr1. I01, respectiv Zr2.I02.Msuri de neutralizare : Reducerea impedanei conductoarelor liniilor de alimentare prin reducerea lungimii lor, torsadare, circuite imprimate dublu sau multistrat, etc. Realizarea unor linii de alimentare separate pn la sursa de alimentare pentru fiecare unitate funcional. Folosirea unor surse de alimentare separate acolo unde unitile funcionale au nevoie de puteri sensibil diferite . Realizarea unor condensatoare de decuplare pe intrarea de alimentare, dimensionate astfel nct n timpul fenomenelor de comutaie rapide s fie capabile s furnizeze cureni de valoare mare la variaii mici de tensiune pentru o durat scurt.Cuplajul galvanic datorat legrii la pmnt reprezint cauza cea mai frecvent de apariie a interferenelor electromagnetice. Tensiunea electromotoare echivalent ntre dou prize de pmnt P1 i P2 situate la distana d are valori cuprinse ntre 0,1 V i 2,5V.

Diferenta de potenial se atribuie circulaiei curenilor vagabonzi din pamnt.Impedana de transfer (de cuplaj) a cablului coaxial are n vedere faptul c ntr-o serie de aplicaii conexiunea ntre un senzor (de exemplu un unt) i aparatul de msurat (de exemplu un osciloscop) se realizeaz prin intermediul unui cablu coaxial cu impedana caracteristic Zc de ordinul 50...75Cablul coaxial reprezint n astfel de cazuri soluia tehnic optim deoarece inductivitatea specific L0 (H/m) este sensibil mai mic dect cea a unei linii de transmisie a semnalului cu dou conductoare. Dac prin ecranul cablului coaxial de lungime l, scurtcircuitat la o extremitate, se trece un curent armonic I() se constat c la

extremitatea liber se obine o tensiune U(). n acest fel impedana de transfer sau de cuplaj a cablului coaxial este definit de relaia: Exist dou fenomene de interferen:

Producerea tensiunii de tipul U() la intrarea n aparatul de masurat

Interaciunea ntre circuitul de msurare prin care trece curentul im i cel care se nchide prin pmnt, prin care trece curentul ip

Neutralizare- prin izolarea AM. Curentul de interferen e limitat de capacitatea parazit Cp, cu reactana Zc=1/jCpCuplajul capacitiv Cuplajul capacitiv sau electric se datoreaz existenei capaciilor parazite; el apare ntre conductoare care se gsesc la poteniale diferite.Ca urmare a diferenei de potenial, se produce ntre conductoare un cmp electric care este modelat n schemele echivalente printr-o capacitate parazit. Linia 1 este supus tensiunii U1 fa de pmnt .

Linia 2 primete tensiunea U2, datorat capacitilor parazite C1, C2, ca i rezistenei de perditan R2

Tnsiunea de interferen (sau perturbatoare) a conductorului 2, datorat cuplajului capacitiv, la pulsaia

Rezistena corespunzatoare perditanei R2 este foarte mare:

Capacitatea C2 este foarte mic

Msuri de neutralizare

micorarea lui C1 (de exemplu prin ci paralele ct mai scurte ntre conductoarele aparinnd celor dou linii, mrirea distanei dintre conductoare,etc);

ecranarea conductorului 2; micorarea lui R2, prin utilizarea unor circuite cu rezisten mic de intrare.

Cuplaj prin radiatie

In cazul cuplajelor prin radiaie electromagnetic este necesar considerarea interdependenei dintre cele dou cmpuri, prin relaiile de legtur stabilite cu ajutorul ecuaiilor lui Maxwell:

n aceste situaii discutm de propagarea unei unde electromagnetice, n care intensitile de cmp electric i magnetic pot fi indicate individual, fr a mai fi ns independente una de alta. ntr-o schem echivalent cuplajul prin radiaie electromagnetic se poate reprezenta prin surse de tensiune i de curent distribuite, pentru care tensiunea i curentul surselor corespund funciilor de excitaie din membrul drept al ecuaiilor.

Modelarea acestui tip de cuplaj cu ajutorul inductivitilor i capacitilor corespunztoare unitii de lungime a liniei corespunde numai acelor funcii de excitaie la care timpul de cretere este mare n comparaie cu timpul de propagare ntre conductoare.Decuplare cu transformator

Transformator de separare pentru semnalul util Transformator de neutralizare Transformator de reea

Cuplajul galvanic are loc pe segmentul de circuit A-B.

Introducerea transformatorului de separare ntre surs i receptor elimin cuplajul galvanic. Exist ns un cuplaj capacitiv datorat capacitii parazite Cp ntre cele dou nfurri ale transformatorului. Pentru frecvene relativ reduse (sub 10 kHz) reactana capacitiv corespunzatoare este suficient de mare.

O soluie mai bun plasarea unui ecran ntre nfurrile transformatorului (curentul determinat de t.e.m. de interferen Ed se nchide prin capacitatea parazit Cp1) Transformatorul de neutralizare: doua nfurri bobinate pe miez de ferit.Sensul de bobinaj al nfurrilor determin pentru semnalul :contratact flux magnetic practic nul n miezul de ferit (pentru semnalul util nu ofer reactan semnificativ)n acelai tact (provenit fie dintr-o t.e.m. Ed, fie din cauza unui cuplaj inductiv)- bobinele funcioneaz ca reactane sumatoare.

Prin constructia sa, transformatorul de alimentare dintr-un aparat electronic ofera o separare galvanica intre infasurarile primara si cea secundara. Totusi capacitatea parazita intre cele doua infasurari faciliteaza interferenta asupra circuitelor electronice, cu semnale parazite care se trimit din reteau de alimentare.Conexiunile ofer urmtoarele efecte benefice:

Neutralizarea efectului t.e.m. Ed ( curentul se nchide pe traseul punctat fr a influena nfurrile transformatorului T2). Valoarea curentului- este limitat de reactana capacitiv a capacitii C1 = 500.1000pF.

Capacitate minim ntre nfurrile primar i secundar Cablu coaxial

1- conductor central (li multipl de cupru)2- conductor coaxial cilindric (li din Cu sub forma unui ciorap)3- izolaia (material sintetic : polietilen, polistirol, teflon)Peste 2- nveli izolantLa cablul coaxial cu un singur ecran att conductorul central ct i ecranul sunt conductoare active i fac parte din acelai circuit.

Cablul coaxial are campul magnetic exterior nul, ca urmare, o conexiune cu cablu coaxial nu determina un cuplaj inductiv pentru alte circuite.

Ca urmare a structurii coaxiale si a grosimii mici de izolatie, inductivitatea lineica este redusa.

Studiul influenei impedanei terminale asupra undei reflectatePentru tensiune:

Pentru curent: