ماده ای که امواج مغناطیسی را منتقل نمی کند. اصول محافظ میدان مغناطیسی

محافظت از میدان های مغناطیسی به دو روش انجام می شود:

محافظت با استفاده از مواد فرومغناطیسی

محافظت با استفاده از جریان های گردابی

روش اول معمولاً هنگام محافظت از MFهای ثابت و میدان های فرکانس پایین استفاده می شود. روش دوم کارایی قابل توجهی را در محافظت از MPهای فرکانس بالا ارائه می دهد. با توجه به اثر سطح، چگالی جریان گردابی و ولتاژ AC میدان مغناطیسیهمانطور که به عمق فلز می روید، طبق یک قانون نمایی کاهش می یابد:

اندازه گیری کاهش میدان و جریان که به آن عمق نفوذ معادل می گویند.

هرچه عمق نفوذ کمتر باشد، جریان بیشتر در لایه‌های سطحی صفحه نمایش جریان دارد، MF معکوس ایجاد شده توسط آن بیشتر می‌شود که میدان خارجی منبع تداخل را از فضای اشغال شده توسط صفحه جابجا می‌کند. اگر صفحه نمایش از مواد غیر مغناطیسی ساخته شده باشد، اثر محافظ فقط به رسانایی ماده و فرکانس میدان محافظ بستگی دارد. اگر صفحه نمایش از مواد فرومغناطیسی ساخته شده باشد، در آن صورت، با مساوی بودن سایر چیزها، یک e بزرگ در آن توسط میدان خارجی القا می شود. d.s. به دلیل غلظت بیشتر خطوط میدان مغناطیسی. با همان رسانایی خاص ماده، جریان های گردابی افزایش می یابد که منجر به عمق نفوذ کمتر و اثر محافظ بهتری می شود.

هنگام انتخاب ضخامت و جنس صفحه، نباید از خواص الکتریکی مواد استفاده کرد، بلکه باید با ملاحظات مقاومت مکانیکی، وزن، سختی، مقاومت در برابر خوردگی، سهولت اتصال قطعات جداگانه و ایجاد تماس های انتقالی بین آنها هدایت شود. با مقاومت کم، سهولت لحیم کاری، جوشکاری و غیره.

از داده‌های جدول مشخص است که برای فرکانس‌های بالای 10 مگاهرتز، فیلم‌های مس و به‌ویژه نقره با ضخامت حدود 0.1 میلی‌متر اثر محافظ قابل‌توجهی دارند. بنابراین، در فرکانس های بالاتر از 10 مگاهرتز، استفاده از صفحه نمایش های ساخته شده از فویل getinax یا فایبرگلاس کاملاً قابل قبول است. در فرکانس‌های بالا، فولاد اثر محافظ بیشتری نسبت به فلزات غیر مغناطیسی ایجاد می‌کند. با این حال، شایان توجه است که چنین صفحه‌هایی به دلیل مقاومت بالا و پدیده هیسترزیس می‌توانند تلفات قابل توجهی را به مدارهای محافظ وارد کنند. بنابراین، چنین صفحه‌هایی فقط در مواردی قابل استفاده هستند که تلفات درج نادیده گرفته شود. همچنین، برای بازده محافظ بیشتر، صفحه نمایش باید مقاومت مغناطیسی کمتری نسبت به هوا داشته باشد، سپس خطوط میدان مغناطیسی تمایل دارند از امتداد دیواره های صفحه عبور کرده و کمتر به فضای خارج از صفحه نمایش نفوذ کنند. چنین صفحه ای به همان اندازه برای محافظت در برابر تأثیر میدان مغناطیسی و برای محافظت از فضای خارجی در برابر تأثیر میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط منبعی در داخل صفحه مناسب است.

گریدهای زیادی از فولاد و پرمالیاژ با مقادیر نفوذپذیری مغناطیسی متفاوت وجود دارد، بنابراین عمق نفوذ باید برای هر ماده محاسبه شود. محاسبه با استفاده از معادله تقریبی انجام می شود:

1) محافظت در برابر میدان مغناطیسی خارجی

خطوط میدان مغناطیسی میدان مغناطیسی خارجی (خطوط القایی میدان مغناطیسی تداخل) عمدتاً از ضخامت دیواره های صفحه عبور خواهند کرد که در مقایسه با مقاومت فضای داخل صفحه، مقاومت مغناطیسی کمی دارد. در نتیجه میدان مغناطیسی خارجی تداخل روی حالت عملکرد مدار الکتریکی تاثیری نخواهد داشت.

2) محافظت از میدان مغناطیسی خود

اگر وظیفه محافظت از مدارهای الکتریکی خارجی در برابر اثرات میدان مغناطیسی ایجاد شده توسط جریان سیم پیچ باشد، از چنین محافظی استفاده می شود. اندوکتانس L، یعنی زمانی که لازم است تداخل ایجاد شده توسط اندوکتانس L را عملاً بومی سازی کنیم، این مشکل با استفاده از صفحه مغناطیسی حل می شود، همانطور که به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است. در اینجا، تقریباً تمام خطوط میدان سیم پیچ سلف از طریق ضخامت دیواره های صفحه نمایش بسته می شود، بدون اینکه از آنها فراتر رود، زیرا مقاومت مغناطیسی صفحه نمایش بسیار کمتر از مقاومت فضای اطراف است.

3) صفحه نمایش دوتایی

در یک صفحه مغناطیسی دوگانه، می توان تصور کرد که بخشی از خطوط مغناطیسی نیرویی که از ضخامت دیواره های یک صفحه امتداد می یابد، از طریق ضخامت دیواره های صفحه دوم بسته می شود. به همین ترتیب، می توان عمل یک صفحه مغناطیسی مضاعف را در هنگام بومی سازی تداخل مغناطیسی ایجاد شده توسط یک عنصر مدار الکتریکی واقع در اولین صفحه (داخلی) تصور کرد: بخش عمده ای از خطوط میدان مغناطیسی (خطوط پراکندگی مغناطیسی) بسته می شود. از طریق دیوارهای صفحه بیرونی البته در صفحات دوتایی ضخامت دیوار و فاصله بین آنها باید منطقی انتخاب شود.

ضریب محافظ کلی در مواردی به بیشترین مقدار خود می رسد که ضخامت دیوارها و شکاف بین صفحات به نسبت فاصله از مرکز صفحه افزایش می یابد و مقدار شکاف میانگین هندسی ضخامت دیواره است. صفحه نمایش های مجاور در این مورد، ضریب محافظ برابر است با:

L = 20lg (H/Ne)

تولید صفحه نمایش دوتایی مطابق با این توصیه عملاً به دلایل فنی دشوار است. انتخاب فاصله بین پوسته‌های مجاور شکاف هوای صفحه‌ها که بیشتر از ضخامت صفحه اول باشد، تقریباً برابر با فاصله بین پشته صفحه اول و لبه مدار محافظ است، بسیار مصلحت‌تر است. عنصر (به عنوان مثال، یک سیم پیچ سلف). انتخاب یک یا دیگر ضخامت دیواره های سپر مغناطیسی را نمی توان بدون ابهام انجام داد. ضخامت منطقی دیوار تعیین می شود. مواد صفحه نمایش، فرکانس تداخل و ضریب محافظ مشخص شده. در نظر گرفتن موارد زیر مفید است.

1. با افزایش فرکانس تداخل (فرکانس میدان مغناطیسی متناوب تداخل)، نفوذپذیری مغناطیسی مواد کاهش می یابد و باعث کاهش خواص محافظ این مواد می شود، زیرا با کاهش نفوذپذیری مغناطیسی، مقاومت در برابر شار مغناطیسی کاهش می یابد. ارائه شده توسط صفحه نمایش افزایش می یابد. به عنوان یک قاعده، کاهش نفوذپذیری مغناطیسی با افزایش فرکانس برای آن دسته از مواد مغناطیسی که بالاترین نفوذپذیری مغناطیسی اولیه را دارند، شدیدترین است. به عنوان مثال، ورق فولادی الکتریکی با نفوذپذیری مغناطیسی اولیه کم با افزایش فرکانس مقدار jx کمی تغییر می کند و پرمالیاژی که مقادیر اولیه نفوذپذیری مغناطیسی بالایی دارد، به افزایش فرکانس میدان مغناطیسی بسیار حساس است. ; نفوذپذیری مغناطیسی آن با فرکانس به شدت کاهش می یابد.

2. در مواد مغناطیسی که در معرض تداخل میدان مغناطیسی با فرکانس بالا قرار دارند، اثر سطح به طور قابل توجهی آشکار می شود، یعنی جابجایی شار مغناطیسی به سطح دیواره های صفحه نمایش، که باعث افزایش مقاومت مغناطیسی صفحه می شود. در چنین شرایطی افزایش ضخامت دیواره های صفحه فراتر از آنهایی که توسط شار مغناطیسی در یک فرکانس معین اشغال شده است تقریباً بی فایده به نظر می رسد. این نتیجه گیری نادرست است، زیرا افزایش ضخامت دیواره منجر به کاهش مقاومت مغناطیسی صفحه حتی در حضور یک اثر سطحی می شود. در این مورد، تغییر در نفوذپذیری مغناطیسی باید در همان زمان در نظر گرفته شود. از آنجایی که پدیده اثر سطحی در مواد مغناطیسی معمولاً بیشتر از کاهش نفوذپذیری مغناطیسی در ناحیه فرکانس پایین شروع به تأثیرگذاری روی خود می کند، تأثیر هر دو عامل در انتخاب ضخامت دیواره صفحه نمایش در محدوده فرکانسی مختلف متفاوت خواهد بود. تداخل مغناطیسی به عنوان یک قاعده، کاهش ویژگی های محافظ با افزایش فرکانس تداخل در صفحه های ساخته شده از مواد با نفوذپذیری مغناطیسی اولیه بالا بارزتر است. ویژگی های فوق الذکر مواد مغناطیسی مبنایی را برای توصیه هایی در مورد انتخاب مواد و ضخامت دیواره صفحات مغناطیسی فراهم می کند. این توصیه ها را می توان به صورت زیر خلاصه کرد:

الف) صفحه های ساخته شده از فولاد الکتریکی معمولی (ترانسفورماتور) که دارای نفوذپذیری مغناطیسی اولیه کم هستند، می توانند در صورت لزوم برای اطمینان از ضرایب محافظ پایین (Ke 10) استفاده شوند. چنین صفحه‌هایی ضریب محافظ تقریباً ثابتی را در یک باند فرکانس نسبتاً گسترده، تا چند ده کیلوهرتز ارائه می‌کنند. ضخامت چنین صفحاتی به فرکانس تداخل بستگی دارد و هرچه فرکانس کمتر باشد ضخامت صفحه مورد نیاز بیشتر است. به عنوان مثال، با فرکانس میدان تداخل مغناطیسی 50-100 هرتز، ضخامت دیواره های صفحه باید تقریباً 2 میلی متر باشد. اگر افزایش ضریب محافظ یا ضخامت صفحه بزرگتر مورد نیاز است، توصیه می شود از چندین لایه محافظ (پرده های دو یا سه) با ضخامت کمتر استفاده کنید.

ب) در صورت لزوم اطمینان از ضریب محافظ بزرگ (Ke > 10) در باند فرکانسی نسبتاً باریک، توصیه می شود از صفحات ساخته شده از مواد مغناطیسی با نفوذپذیری اولیه بالا (به عنوان مثال، پرمالوی) استفاده کنید و انتخاب آن توصیه نمی شود. ضخامت هر پوسته صفحه نمایش مغناطیسی بیش از 0.3-0.4 میلی متر؛ بسته به نفوذپذیری اولیه این مواد، اثر محافظ چنین صفحه‌هایی در فرکانس‌های بالاتر از چند صد یا هزار هرتز به‌طور محسوسی کاهش می‌یابد.

هر آنچه در بالا در مورد سپرهای مغناطیسی گفته شد برای میدان های تداخل مغناطیسی ضعیف صادق است. اگر صفحه نمایش نزدیک به منابع قدرتمند تداخل و شارهای مغناطیسیبا یک القای مغناطیسی بزرگ، بنابراین، همانطور که شناخته شده است، لازم است که تغییر در نفوذپذیری دینامیکی مغناطیسی بسته به القاء در نظر گرفته شود. همچنین لازم است تلفات در ضخامت صفحه نمایش را در نظر بگیرید. در عمل، چنین منابع قوی میدان‌های تداخل مغناطیسی، که در آن‌ها باید تأثیر آن‌ها بر روی صفحه‌نمایش را در نظر گرفت، به استثنای برخی موارد خاص که تمرین رادیویی آماتور و شرایط عملیاتی عادی را برای گستره وسیعی فراهم نمی‌کنند، دیده نمی‌شوند. دستگاه های رادیویی مورد استفاده

تست

1. هنگام استفاده از محافظ مغناطیسی، صفحه نمایش باید:
1) مقاومت مغناطیسی کمتری نسبت به هوا دارند
2) مقاومت مغناطیسی برابر با هوا دارند
3) مقاومت مغناطیسی بیشتری نسبت به هوا دارند

2. هنگام محافظت از میدان مغناطیسی زمین سپر:
1) اثر محافظتی را تحت تأثیر قرار نمی دهد
2) کارایی محافظ مغناطیسی را افزایش می دهد
3) اثربخشی محافظ مغناطیسی را کاهش می دهد

3. در فرکانس های پایین (<100кГц) эффективность магнитного экранирования зависит от:
الف) ضخامت صفحه، ب) نفوذپذیری مغناطیسی مواد، ج) فاصله بین صفحه نمایش و سایر مدارهای مغناطیسی.
1) فقط a و b صحیح هستند
2) فقط b و c درست هستند
3) فقط a و c درست هستند
4) همه گزینه ها صحیح است

4. استفاده از محافظ مغناطیسی در فرکانس های پایین:
1) مس
2) آلومینیوم
3) پرمالوی.

5. استفاده از محافظ مغناطیسی در فرکانس های بالا:
1) آهن
2) پرمالوی
3) مس

6. در فرکانس های بالا (> 100 کیلوهرتز)، اثربخشی محافظ مغناطیسی به موارد زیر بستگی ندارد:
1) ضخامت صفحه نمایش

2) نفوذپذیری مغناطیسی مواد
3) فاصله بین صفحه نمایش و سایر مدارهای مغناطیسی.

ادبیات مورد استفاده:

2. Semenenko، V. A. امنیت اطلاعات / V. A. Semenenko - مسکو، 2008.

3. Yarochkin، V. I. امنیت اطلاعات / V. I. Yarochkin - مسکو، 2000.

4. Demirchan، K. S. مبانی نظری مهندسی برق، جلد III / K. S. Demirchan S.-P، 2003.

بیایید یک آهنربای میله ای معمولی را در نظر بگیریم: آهنربا 1 روی سطح شمالی با قطبش به سمت بالا قرار دارد. فاصله آویزان y " role="presentation" style="position: relative;"> Y y " role="presentation" style="position: relative;"> y " role="presentation" style="position: relative;">Yدر بالای آن (از یک طرف به طرف دیگر توسط یک لوله پلاستیکی پشتیبانی می شود) یک آهنربای میله ای دوم و کوچکتر، آهنربا 2، با قطب شمال رو به پایین وجود دارد. نیروهای مغناطیسی بین آنها بیشتر از نیروی گرانش است و آهنربای 2 را معلق نگه می دارد. ماده ای به نام ماده X را در نظر بگیرید که با سرعت اولیه به سمت شکاف بین دو آهنربا حرکت می کند. v " role="presentation" style="position: relative;"> v v " role="presentation" style="position: relative;"> v " role="presentation" style="position: relative;">v ,

آیا ماده ای به نام ماده X وجود دارد که فاصله را کاهش دهد y " role="presentation" style="position: relative;"> Y y " role="presentation" style="position: relative;"> y " role="presentation" style="position: relative;">Yبین دو آهنربا، و بدون تغییر سرعت از شکاف عبور کنید v " role="presentation" style="position: relative;"> v v " role="presentation" style="position: relative;"> v " role="presentation" style="position: relative;">v ?

فیزیکدان آماتور

چنین سوال عجیبی

پاسخ ها

جوجو

ماده ای که به دنبال آن هستید ممکن است یک ابررسانا باشد. این مواد دارای مقاومت جریان صفر هستند و بنابراین می توانند خطوط میدان نفوذ را در اولین لایه های ماده جبران کنند. این پدیده اثر مایسنر نامیده می شود و همان تعریف حالت ابررسانا است.

در مورد شما صفحات بین دو آهنربا هستند، این قطعا کاهش می یابد y " role="presentation" style="position: relative;"> Y y " role="presentation" style="position: relative;"> y " role="presentation" style="position: relative;">Y ,

برای سرعت:

در اینجا معمولاً جریان های گردابی ناشی از میدان مغناطیسی منجر به از دست دادن توان می شود که به صورت زیر تعریف می شود:

P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> پ P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> = π P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> 2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> که در P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> 2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> پ P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> د P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> 2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> ه P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> 2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> 6 k ρ D P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> , P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation"> P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">п P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">= P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">π P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">B P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">п P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">d P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">е P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">2 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">6 P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">K P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">ρ P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">D P = π 2 B p 2 d 2 f 2 6 k ρ D , " role="presentation">,

از آنجا که، با این حال، یک ابررسانا مقاومت صفر دارد و در نتیجه عملا

ρ = ∞ " role="presentation"> ρ = ∞ ρ = ∞ " role="presentation"> ρ = ∞ " role="presentation">ρ ρ = ∞ " role="presentation">= ρ = ∞ " role="presentation">∞

هیچ یک انرژی جنبشینباید از دست برود و بنابراین سرعت بدون تغییر باقی می ماند.

فقط یک مشکل وجود دارد:

یک ابررسانا فقط در دماهای بسیار پایین می تواند وجود داشته باشد، بنابراین ممکن است در مورد ماشین شما این امکان وجود نداشته باشد... شما حداقل به یک سیستم خنک کننده نیتروژن مایع برای خنک کردن آن نیاز دارید.

به غیر از ابررساناها، من هیچ ماده احتمالی نمی بینم، زیرا اگر ماده یک رسانا باشد، شما همیشه تلفات جریان گردابی دارید (در نتیجه کاهش می یابد v " role="presentation" style="position: relative;"> v v " role="presentation" style="position: relative;"> v " role="presentation" style="position: relative;">v) یا ماده هادی نیست (پس y " role="presentation" style="position: relative;"> Y y " role="presentation" style="position: relative;"> y " role="presentation" style="position: relative;">Yکاهش نخواهد یافت).

آدامدپورت

آیا می توان این پدیده را در ماشین یا جایی در یک آزمایش مشاهده کرد؟

جوجو

اما نکته اینجاست که وقتی یک ابررسانا وارد میدان مغناطیسی می‌شود، خطوط نیرو منحرف می‌شوند که کار را شامل می‌شود... بنابراین در واقع، ورود به ناحیه بین دو آهن‌ربا مقداری انرژی هزینه خواهد داشت. اگر صفحه بعد از آن منطقه را ترک کند، انرژی پخش خواهد شد.

لوپرکوس

موادی با نفوذپذیری مغناطیسی بسیار بالا وجود دارد، به عنوان مثال، به اصطلاح µ-metal. از آنها برای ساخت صفحاتی استفاده می شود که میدان مغناطیسی زمین را در مسیر پرتو الکترونی در ابزارهای حساس الکترواپتیکی تضعیف می کند.

از آنجایی که سوال شما دو بخش جداگانه را ترکیب می کند، آن را تقسیم می کنم تا هر کدام را جداگانه بررسی کنم.

1. مورد استاتیک: آیا وقتی یک صفحه محافظ مغناطیسی بین آنها قرار می گیرد قطب های مغناطیسی به یکدیگر نزدیک می شوند؟

مواد مو میدان مغناطیسی بین شما را "کشتن" نمی کند قطب های مغناطیسی، اما فقط جهت آن را منحرف کنید و بخشی از آن را به یک صفحه فلزی هدایت کنید. این قدرت میدان را به شدت تغییر می دهد ب " role="presentation" style="position: relative;"> که در ب " role="presentation" style="position: relative;"> ب " role="presentation" style="position: relative;">بروی سطح صفحه نمایش، تقریباً اجزای موازی آن را سرکوب می کند. این منجر به کاهش فشار مغناطیسی می شود p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> p = ب p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> 2 p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> 8π p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> μ p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;"> p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">п p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">برابر است p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">B p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">2 p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">8 p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">π p = B 2 8 π μ " role="presentation" style="position: relative;">μدر مجاورت سطح صفحه نمایش اگر این کاهش میدان مغناطیسی روی صفحه نمایش فشار مغناطیسی را در محل آهنرباها به طور قابل توجهی تغییر دهد و باعث حرکت آنها شود، چه؟ می ترسم در اینجا به محاسبه دقیق تری نیاز باشد.

2. حرکت صفحه: آیا ممکن است سرعت صفحه محافظ تغییر نکند؟

آزمایش بسیار ساده و شهودی زیر را در نظر بگیرید: یک لوله مسی بردارید و آن را به صورت عمودی نگه دارید. یک آهنربای کوچک بردارید و بگذارید داخل لوله بیفتد. آهنربا سقوط می کند: i) به آرامی و ii) با سرعت یکنواخت.

هندسه شما می تواند شبیه به هندسه یک لوله در حال سقوط باشد: دسته ای از آهنرباها را در نظر بگیرید که روی هم شناور هستند، یعنی با قطب های جفت، NN و SS. اکنون یک سپر "چند صفحه" از صفحات موازی که در فواصل مساوی از یکدیگر محکم در جای خود قرار گرفته اند (مانند یک شانه دو بعدی) بردارید. این دنیا چندین لوله در حال سقوط را به صورت موازی شبیه سازی می کند.

اگر اکنون ستونی از آهنرباها را در جهت عمودی نگه دارید و یک صفحه چندگانه را با نیروی ثابت (مشابه گرانش) از میان آنها بکشید، به یک رژیم سرعت ثابت دست خواهید یافت - شبیه آزمایش لوله در حال سقوط.

این نشان می دهد که ستونی از آهنرباها، یا به طور دقیق تر، میدان مغناطیسی آنها، روی صفحات مسی یک محیط چسبناک عمل می کند:

M p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> متر m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> p l a t e m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> v m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> ˙ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> = - γ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> که در m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> V+ اف m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> p l l m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation"> m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">m m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">п m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">L m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">T m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">е m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">v m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">˙ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">= m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">- m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">γ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">B m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">v m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">+ m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">F m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">п m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">U m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">L m p l a t e v ˙ = − γ B v + F p u l l " role="presentation">L

جایی که γ B " role="presentation" style="position: relative;"> γ γ B " role="presentation" style="position: relative;"> γ B " role="presentation" style="position: relative;"> که در γ B " role="presentation" style="position: relative;"> γ B " role="presentation" style="position: relative;">γ γ B " role="presentation" style="position: relative;">بیک ضریب اصطکاک موثر به دلیل میدان مغناطیسی که توسط حضور صفحات مختل می شود وجود خواهد داشت. پس از مدتی، در نهایت به حالتی خواهید رسید که نیروی اصطکاک تلاش شما را جبران می کند و سرعت ثابت می ماند: v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = اف v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> p l l v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> γ v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> که در v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> $v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;"> v = F p u l l γ B " role="presentation" style="position: relative;">,$

اگر این سرعت همان سرعتی باشد که قبل از کشیدن صفحات به میدان مغناطیسی داشتید، این موضوع به نحوه کنترل نیروی گرانش بستگی دارد. توجه داشته باشید: اگر نیروی رانش وجود نداشته باشد، صفحه به سادگی توسط اثر ترمز مغناطیسی متوقف می شود. بنابراین اگر می خواهید سرعت ثابتی داشته باشید، باید مطابق با آن حرکت کنید.

چگونه می توانید کاری کنید که دو آهنربا در کنار یکدیگر حضور یکدیگر را احساس نکنند؟ چه ماده ای باید بین آنها قرار گیرد تا خطوط میدان مغناطیسی یک آهنربا به آهنربای دوم نرسد؟

این سوال آنقدرها هم که در نگاه اول به نظر می رسد بی اهمیت نیست. ما باید این دو آهنربا را واقعاً جدا کنیم. به این معنی که این دو آهنربا می توانند به طور متفاوتی بچرخند و نسبت به یکدیگر متفاوت حرکت کنند و در عین حال، هر یک از این آهنرباها طوری رفتار کنند که گویی آهنربای دیگری در این نزدیکی وجود ندارد. بنابراین، هر ترفندی که شامل قرار دادن آهن‌ربای سوم یا فرومغناطیس در نزدیکی آن برای ایجاد پیکربندی خاصی از میدان‌های مغناطیسی با جبران همه میدان‌های مغناطیسی در یک نقطه خاص باشد، اصولاً کار نمی‌کند.

دیامغناطیس؟؟؟

گاهی اوقات آنها به اشتباه فکر می کنند که چنین عایق میدان مغناطیسی می تواند خدمت کند دیامغناطیسی. اما این درست نیست. یک ماده دیامغناطیسی در واقع میدان مغناطیسی را ضعیف می کند. اما میدان مغناطیسی را فقط در ضخامت خود دیامغناطیس، داخل دیامغناطیس ضعیف می کند. به همین دلیل، بسیاری از مردم به اشتباه فکر می کنند که اگر یک یا هر دو آهنربا در قطعه ای از مواد دیامغناطیس آغشته شوند، جاذبه یا دافعه آنها ضعیف می شود.

اما این راه حل مشکل نیست. اولا، خطوط میدان یک آهنربا همچنان به آهنربای دیگر می رسند، یعنی میدان مغناطیسی فقط در ضخامت دیامغناطیسی کاهش می یابد، اما به طور کامل ناپدید نمی شود. ثانیاً، اگر آهن‌رباها در ضخامت ماده دیامغناطیس قرار بگیرند، نمی‌توانیم آنها را نسبت به یکدیگر حرکت دهیم یا بچرخانیم.

و اگر فقط از یک ماده دیامغناطیسی یک صفحه مسطح بسازید، این صفحه یک میدان مغناطیسی را از طریق خود منتقل می کند. علاوه بر این، در پشت این صفحه، میدان مغناطیسی دقیقاً همان خواهد بود که اگر این صفحه دیامغناطیسی اصلا وجود نداشته باشد.

این نشان می دهد که حتی آهنرباهای تعبیه شده در یک ماده دیا مغناطیسی نیز تضعیف میدان مغناطیسی یکدیگر را تجربه نمی کنند. در واقع، جایی که آهنربای دیواره ای قرار دارد، به سادگی هیچ ماده دیامغناطیسی به طور مستقیم در حجم این آهنربا وجود ندارد. و از آنجایی که هیچ ماده دیا مغناطیسی در جایی که آهنربای دیواره قرار دارد وجود ندارد، به این معنی است که هر دو آهنربای دیواره در واقع دقیقاً به همان شکلی با یکدیگر تعامل دارند که گویی در ماده دیا مغناطیسی جدا نشده اند. مواد دیامغناطیس اطراف این آهنرباها به اندازه سپر دیامغناطیسی صاف بین آهنرباها بی فایده است.

دیامغناطیس ایده آل

ما به ماده ای نیاز داریم که به هیچ وجه به خطوط میدان مغناطیسی اجازه عبور از خود را ندهد. لازم است که خطوط میدان مغناطیسی از چنین ماده ای رانده شوند. اگر خطوط میدان مغناطیسی از یک ماده عبور کنند، در پشت صفحه ای ساخته شده از چنین موادی، تمام قدرت خود را به طور کامل بازیابی می کنند. این از قانون بقای شار مغناطیسی ناشی می شود.

در یک ماده دیامغناطیسی، ضعیف شدن میدان مغناطیسی خارجی به دلیل میدان مغناطیسی داخلی القایی رخ می دهد. این میدان مغناطیسی القا شده توسط جریان های دایره ای الکترون ها در داخل اتم ها ایجاد می شود. هنگامی که یک میدان مغناطیسی خارجی روشن می شود، الکترون های موجود در اتم ها باید شروع به حرکت در اطراف خطوط نیروی میدان مغناطیسی خارجی کنند. این حرکت دایره ای القایی الکترون ها در اتم ها یک میدان مغناطیسی اضافی ایجاد می کند که همیشه علیه میدان مغناطیسی خارجی هدایت می شود. بنابراین، کل میدان مغناطیسی داخل دیامغناطیس کمتر از خارج می شود.

اما جبران کامل میدان خارجی به دلیل میدان داخلی القایی رخ نمی دهد. قدرت جریان دایره‌ای کافی در اتم‌های دیامغناطیسی وجود ندارد تا دقیقاً همان میدان مغناطیسی میدان مغناطیسی خارجی ایجاد شود. بنابراین خطوط نیروی میدان مغناطیسی خارجی در ضخامت ماده دیامغناطیس باقی می ماند. میدان مغناطیسی خارجی، همانطور که بود، مواد دیامغناطیسی را از طریق و از طریق "شفاف" می کند.

تنها ماده ای که خطوط میدان مغناطیسی را از خود بیرون می راند یک ابررسانا است. در یک ابررسانا، یک میدان مغناطیسی خارجی جریان‌های دایره‌ای را در اطراف خطوط میدان خارجی ایجاد می‌کند که یک میدان مغناطیسی خلاف جهت دقیقاً برابر با میدان مغناطیسی خارجی ایجاد می‌کند. از این نظر، یک ابررسانا یک دیامغناطیس ایده آل است.

بر روی سطح یک ابررسانا، بردار شدت میدان مغناطیسی همیشه در امتداد این سطح، مماس بر سطح جسم ابررسانا هدایت می‌شود. بر روی سطح یک ابررسانا، بردار میدان مغناطیسی دارای یک جزء عمود بر سطح ابررسانا نیست. بنابراین، خطوط میدان مغناطیسی همیشه در اطراف یک جسم ابررسانا به هر شکلی خم می شوند.

خمش یک ابررسانا توسط خطوط میدان مغناطیسی

اما این به هیچ وجه به این معنا نیست که اگر یک صفحه ابررسانا بین دو آهنربا قرار گیرد، مشکل را حل می کند. واقعیت این است که خطوط میدان مغناطیسی آهنربا با دور زدن صفحه ابررسانا به آهنربای دیگری می روند. بنابراین، یک صفحه ابررسانای تخت تنها تأثیر آهنرباها را بر یکدیگر ضعیف می کند.

این تضعیف تعامل بین دو آهنربا بستگی به این دارد که طول خط میدانی که دو آهنربا را به یکدیگر متصل می کند چقدر افزایش یافته است. هرچه طول خطوط میدان اتصال بیشتر باشد، تعامل بین دو آهنربا با یکدیگر کمتر است.

این دقیقاً همان تأثیری است که اگر فاصله بین آهنرباها را بدون صفحه ابررسانا افزایش دهید. اگر فاصله بین آهنرباها را افزایش دهید، طول خطوط میدان مغناطیسی نیز افزایش می یابد.

این بدان معنی است که برای افزایش طول خطوط برق که دو آهنربا را با دور زدن صفحه ابررسانا به هم متصل می کنند، باید ابعاد این صفحه تخت را هم از نظر طول و هم از نظر عرض افزایش داد. این منجر به افزایش طول خطوط برق بای پس می شود. و هرچه ابعاد صفحه تخت در مقایسه با فاصله بین آهنرباها بزرگتر باشد، برهمکنش بین آهنرباها کمتر می شود.

تعامل بین آهنرباها تنها زمانی کاملاً از بین می رود که هر دو بعد صفحه ابررسانای تخت بی نهایت شوند. این یک آنالوگ از وضعیتی است که آهنرباها به فاصله بی نهایت بزرگی از هم جدا شدند و بنابراین طول خطوط میدان مغناطیسی که آنها را به هم متصل می کنند بی نهایت شد.

از نظر تئوری، این، البته، به طور کامل مشکل را حل می کند. اما در عمل نمی توانیم یک صفحه تخت ابررسانا با ابعاد بی نهایت بسازیم. من دوست دارم چنین راه حلی داشته باشم که بتوان آن را به صورت عملی در آزمایشگاه یا در تولید اجرا کرد. (ما دیگر در مورد شرایط روزمره صحبت نمی کنیم، زیرا ساختن یک ابررسانا در زندگی روزمره غیرممکن است.)

تقسیم فضا توسط ابررسانا

از طرف دیگر، یک صفحه تخت با ابعاد بی نهایت بزرگ را می توان به عنوان تقسیم کل فضای سه بعدی به دو قسمت که به یکدیگر متصل نیستند تفسیر کرد. اما این فقط یک صفحه تخت با اندازه بی نهایت نیست که می تواند فضا را به دو قسمت تقسیم کند. هر سطح بسته نیز فضا را به دو قسمت تقسیم می کند، حجم داخل سطح بسته و حجم خارج از سطح بسته. به عنوان مثال، هر کره ای فضا را به دو قسمت تقسیم می کند: توپ درون کره و همه چیز بیرون.

بنابراین، یک کره ابررسانا عایق ایده آل میدان مغناطیسی است. اگر آهنربایی را در چنین کره ابررسانایی قرار دهید، هیچ ابزاری نمی تواند تشخیص دهد که آیا آهنربایی در داخل این کره وجود دارد یا خیر.

و برعکس، اگر در داخل چنین کره ای قرار بگیرید، میدان های مغناطیسی خارجی روی شما اثر نمی کنند. به عنوان مثال، میدان مغناطیسی زمین در داخل چنین کره ابررسانایی توسط هیچ ابزاری قابل تشخیص نیست. در داخل چنین کره ابررسانایی، تشخیص تنها میدان مغناطیسی از آهنرباهایی که در داخل این کره نیز قرار دارند، امکان پذیر خواهد بود.

بنابراین، برای اینکه دو آهنربا با یکدیگر برهمکنش نداشته باشند، باید یکی از این آهنرباها در داخل کره ابررسانا قرار گیرد و دومی باید در بیرون رها شود. سپس میدان مغناطیسی آهنربای اول کاملاً در داخل کره متمرکز می شود و از مرزهای این کره فراتر نمی رود. بنابراین آهنربای دوم حضور آهنربای اول را احساس نخواهد کرد. به همین ترتیب، میدان مغناطیسی آهنربای دوم قادر به نفوذ به داخل کره ابررسانا نخواهد بود. و بنابراین آهنربای اول حضور نزدیک آهنربای دوم را حس نخواهد کرد.

در نهایت، می‌توانیم هر دو آهن‌ربا را نسبت به یکدیگر به دلخواه بچرخانیم و حرکت دهیم. درست است، آهنربای اول در حرکاتش با شعاع کره ابررسانا محدود است. اما اینطور به نظر می رسد. در واقع، برهمکنش دو آهنربا تنها به موقعیت نسبی آنها و چرخش آنها حول مرکز ثقل آهنربای مربوطه بستگی دارد. بنابراین کافی است مرکز ثقل آهنربای اول را در مرکز کره قرار دهیم و مبدا مختصات را در آنجا در مرکز کره قرار دهیم. تمام گزینه های ممکن برای مکان آهن ربا فقط توسط همه تعیین می شود گزینه های ممکنمحل آهنربای دوم نسبت به آهنربای اول و زوایای چرخش آنها در اطراف مرکز جرمشان.

البته به جای کره می توانید هر شکل سطح دیگری را بگیرید، مثلاً سطح بیضی یا جعبه ای شکل و غیره. اگر فقط فضا را به دو قسمت تقسیم می کرد. یعنی نباید سوراخی در این سطح وجود داشته باشد که از آن خط برق برای اتصال آهنرباهای داخلی و خارجی عبور کند.

دو روش برای محافظت از میدان مغناطیسی استفاده می شود:

روش دور زدن؛

روش میدان مغناطیسی صفحه نمایش

بیایید نگاهی دقیق تر به هر یک از این روش ها بیندازیم.

روش شنت میدان مغناطیسی با صفحه نمایش

روش شنت میدان مغناطیسی با صفحه نمایش برای محافظت در برابر یک میدان مغناطیسی متناوب ثابت و به آرامی در حال تغییر استفاده می شود. صفحه نمایش از مواد فرومغناطیسی با نفوذ مغناطیسی نسبی بالا (فولاد، پرمالوی) ساخته شده است. اگر صفحه نمایش وجود داشته باشد، خطوط القای مغناطیسی عمدتاً از امتداد دیواره های آن عبور می کنند (شکل 8.15) که در مقایسه با فضای هوای داخل صفحه، مقاومت مغناطیسی کمی دارند. کیفیت محافظ بستگی به نفوذپذیری مغناطیسی سپر و مقاومت مدار مغناطیسی دارد، یعنی. هرچه صفحه نمایش ضخیم تر باشد و درزها و مفاصل کمتری در جهت خطوط القای مغناطیسی قرار گیرند، بازده محافظ بالاتر خواهد بود.

روش جابجایی میدان مغناطیسی توسط صفحه نمایش

روش جابجایی میدان مغناطیسی توسط صفحه نمایش برای غربالگری میدان های مغناطیسی متناوب با فرکانس بالا استفاده می شود. در این مورد از صفحه نمایش های ساخته شده از فلزات غیر مغناطیسی استفاده می شود. محافظ بر اساس پدیده القاء است. در اینجا پدیده القاء مفید است.

بیایید یک استوانه مسی را در مسیر میدان مغناطیسی متناوب یکنواخت قرار دهیم (شکل 8.16a). ED های متغیر در آن برانگیخته می شوند که به نوبه خود جریان های گردابی القایی متناوب (جریان های فوکو) ایجاد می کنند. میدان مغناطیسی این جریان ها (شکل 8.16b) بسته خواهد شد. داخل سیلندر به سمت میدان هیجان انگیز هدایت می شود و در خارج از آن - در همان جهتی که میدان هیجان انگیز است. میدان حاصل (شکل 8.16، ج) معلوم می شود که در نزدیکی سیلندر ضعیف شده و در خارج از آن تقویت شده است، یعنی. میدان از فضای اشغال شده توسط سیلندر جابجا می شود، که اثر محافظ آن است، که هر چه موثرتر باشد، مقاومت الکتریکی سیلندر کمتر باشد، یعنی. جریان گردابی که از آن عبور می کند بیشتر است.

به لطف اثر سطحی ("اثر پوست")، چگالی جریان های گردابی و شدت میدان مغناطیسی متناوب به طور تصاعدی کاهش می یابد که فرد به عمق فلز می رود.

, (8.5)

جایی که (8.6)

– نشانگر کاهش میدان و جریان که نامیده می شود عمق نفوذ معادل

در اینجا نفوذپذیری مغناطیسی نسبی ماده است.

– نفوذپذیری مغناطیسی خلاء برابر با 1.25*10 8 g*cm -1.

- مقاومت ماده، اهم * سانتی متر؛

- فرکانس هرتز

مقدار عمق نفوذ معادل برای مشخص کردن اثر محافظ جریان های گردابی مناسب است. هرچه x0 کوچکتر باشد، میدان مغناطیسی بیشتری ایجاد می کند که میدان خارجی منبع پیکاپ را از فضای اشغال شده توسط صفحه جابجا می کند.

برای یک ماده غیر مغناطیسی در فرمول (8.6) = 1، اثر محافظ تنها با و تعیین می شود. اگر صفحه نمایش از مواد فرومغناطیسی ساخته شده باشد چه؟

اگر برابر باشند، اثر بهتر خواهد بود، زیرا > 1 (50..100) و x 0 کمتر خواهد بود.

بنابراین، x 0 یک معیار برای اثر محافظ جریان های گردابی است. جالب است که تخمین بزنیم که چگالی جریان و قدرت میدان مغناطیسی چند برابر در عمق x 0 در مقایسه با آنچه در سطح هستند کمتر می شود. برای انجام این کار، x = x 0 را به فرمول (8.5) جایگزین می کنیم، سپس

که از آن می توان مشاهده کرد که در عمق x 0، چگالی جریان و قدرت میدان مغناطیسی e بار کاهش می یابد، یعنی. به مقدار 1/2.72 که 0.37 چگالی و کشش روی سطح است. از آنجایی که میدان تضعیف تنها است 2.72 باردر عمق x 0 برای مشخص کردن مواد محافظ کافی نیستسپس از دو مقدار دیگر از عمق نفوذ x 0.1 و x 0.01 استفاده کنید که افت چگالی جریان و ولتاژ میدان را به میزان 10 و 100 برابر از مقادیر آنها در سطح مشخص می کند.

بیایید مقادیر x 0.1 و x 0.01 را از طریق مقدار x 0 بیان کنیم؛ برای این کار، بر اساس عبارت (8.5)، معادله را ایجاد می کنیم.

و ,

تصمیم گرفتیم کدام را دریافت کنیم

x 0.1 = x 0 ln10 = 2.3x 0 ; (8.7)

x 0.01 = x 0 ln100 = 4.6 x 0

بر اساس فرمول های (8.6) و (8.7) برای مواد محافظ مختلف، مقادیر عمق نفوذ در ادبیات ارائه شده است. برای وضوح، ما همان داده ها را در قالب جدول 8.1 ارائه می کنیم.

جدول نشان می دهد که برای تمام فرکانس های بالا، با شروع از محدوده موج متوسط، صفحه نمایش ساخته شده از هر فلزی با ضخامت 0.5..1.5 میلی متر بسیار موثر است. هنگام انتخاب ضخامت و جنس صفحه، نباید از خواص الکتریکی مواد استفاده کنید، بلکه باید توسط ملاحظات مقاومت مکانیکی، استحکام، مقاومت در برابر خوردگی، راحتی اتصال قطعات جداگانه و ایجاد تماس های انتقالی با مقاومت کم بین آنها، راحتی لحیم کاری، جوشکاری و غیره.

از داده های جدول نتیجه می گیرد که برای فرکانس های بیشتر از 10 مگاهرتز، یک فیلم از مس، و حتی بیشتر از نقره، با ضخامت کمتر از 0.1 میلی متر یک اثر محافظ قابل توجهی می دهد.. بنابراین، در فرکانس های بالاتر از 10 مگاهرتز، استفاده از صفحه های ساخته شده از فویل getinax یا سایر مواد عایق با پوشش مس یا نقره روی آن کاملاً قابل قبول است.

فولاد را می توان به عنوان صفحه نمایش استفاده کرد، اما باید به خاطر داشته باشید که به دلیل مقاومت بالا و پدیده هیسترزیس، یک صفحه فولادی می تواند تلفات قابل توجهی را به مدارهای محافظ وارد کند.

فیلتراسیون

فیلتراسیون ابزار اصلی کاهش تداخل سازنده ایجاد شده در مدارهای منبع تغذیه و سوئیچینگ جریان مستقیم و متناوب ES است. فیلترهای سرکوب کننده نویز که برای این منظور طراحی شده اند، کاهش نویز هدایت شده از منابع خارجی و داخلی را ممکن می سازند. بازده فیلتر توسط میرایی معرفی شده توسط فیلتر تعیین می شود:

دسی بل،

الزامات اساسی زیر بر روی فیلتر اعمال می شود:

اطمینان از راندمان مشخص شده S در محدوده فرکانس مورد نیاز (با در نظر گرفتن مقاومت داخلی و بار مدار الکتریکی).

محدودیت افت مجاز ولتاژ مستقیم یا متناوب در فیلتر در حداکثر جریان بار.

اطمینان از اعوجاج غیرخطی قابل قبول ولتاژ تغذیه، که الزامات خطی بودن فیلتر را تعیین می کند.

الزامات طراحی - راندمان محافظ، حداقل ابعاد و وزن کلی، اطمینان از شرایط حرارتی نرمال، مقاومت در برابر تأثیرات مکانیکی و آب و هوایی، قابلیت ساخت طرح و غیره؛

عناصر فیلتر باید با در نظر گرفتن جریان ها و ولتاژهای نامی مدار الکتریکی و همچنین افزایش ولتاژ و جریان ناشی از ناپایداری رژیم الکتریکی و فرآیندهای گذرا در آنها انتخاب شوند.

خازن هاآنها به عنوان عناصر مستقل سرکوب کننده نویز و به عنوان واحدهای فیلتر موازی استفاده می شوند. از نظر ساختاری، خازن های سرکوب کننده نویز به دو دسته تقسیم می شوند:

نوع دو قطبی K50-6، K52-1B، ETO، K53-1A؛

نوع پشتیبانی KO، KO-E، KDO؛

تغذیه از طریق نوع غیر کواکسیال K73-21.

نوع کواکسیال پیشرو KTP-44، K10-44، K73-18، K53-17؛

واحدهای خازن؛

مشخصه اصلی یک خازن سرکوب کننده نویز، وابستگی امپدانس آن به فرکانس است. برای کاهش تداخل در محدوده فرکانس تا حدود 10 مگاهرتز می توان از خازن های دو قطبی با در نظر گرفتن طول کوتاه لیدهای آنها استفاده کرد. خازن های سرکوب کننده نویز مرجع تا فرکانس های 30-50 مگاهرتز استفاده می شوند. خازن های عبور متقارن در یک مدار دو سیمه تا فرکانس های مرتبه 100 مگاهرتز استفاده می شوند. خازن های پاس در محدوده فرکانس وسیعی تا حدود 1000 مگاهرتز کار می کنند.

عناصر القایی. آنها به عنوان عناصر مستقل سرکوب کننده نویز و به عنوان پیوندهای متوالی فیلترهای سرکوب کننده نویز استفاده می شوند. از نظر ساختاری، رایج ترین انواع چوک ها عبارتند از:

روشن کردن یک هسته فرومغناطیسی؛

بدون چرخش.

مشخصه اصلی یک چوک سرکوب کننده صدا، وابستگی امپدانس آن به فرکانس است. در فرکانس های پایین توصیه می شود از هسته های مگنتودالکتریک مارک های PP90 و PP250 که بر اساس m-permalloy ساخته شده اند استفاده کنید. برای سرکوب تداخل در مدارهای تجهیزات با جریان تا 3A، توصیه می شود از چوک های HF از نوع DM و برای جریان های دارای امتیاز بالاتر - چوک های سری D200 استفاده کنید.

فیلترهافیلترهای عبوری سرامیکی از نوع B7، B14، B23 برای سرکوب تداخل در مدارهای جریان مستقیم، ضربان دار و متناوب در محدوده فرکانس 10 مگاهرتز تا 10 گیگاهرتز طراحی شده اند. طراحی چنین فیلترهایی در شکل 8.17 نشان داده شده است

تضعیف معرفی شده توسط فیلترهای B7، B14، B23 در محدوده فرکانس 10..100 مگاهرتز از حدود 20..30 به 50..60 دسی بل افزایش می یابد و در محدوده فرکانس بالای 100 مگاهرتز از 50 دسی بل بیشتر می شود.

فیلترهای سرامیکی از نوع B23B بر اساس خازن های دیسک سرامیکی و چوک های فرومغناطیسی بدون چرخش ساخته شده اند (شکل 8.18).

چوک های بدون چرخش یک هسته فرومغناطیسی لوله ای ساخته شده از فریت گرید 50 VCH-2 هستند که بر روی یک پایانه ورودی نصب شده اند. اندوکتانس سلف 0.08 … 0.13 μH است. محفظه فیلتر از مواد سرامیکی UV-61 ساخته شده است که استحکام مکانیکی بالایی دارد. محفظه با یک لایه نقره فلزی شده است تا از مقاومت کم تماس بین پوشش بیرونی خازن و بوش رزوه‌ای که برای محکم کردن فیلتر استفاده می‌شود، اطمینان حاصل شود. خازن در امتداد محیط بیرونی به محفظه فیلتر و در امتداد محیط داخلی به پایانه ورودی لحیم می شود. آب بندی فیلتر با پر کردن انتهای محفظه با یک ترکیب تضمین می شود.

برای فیلترهای B23B:

ظرفیت اسمی فیلتر - از 0.01 تا 6.8 µF،

ولتاژ نامی 50 و 250 ولت،

جریان نامی تا 20 آمپر،

ابعاد کلی فیلتر:

L=25mm، D=12mm

میرایی معرفی شده توسط فیلترهای B23B در محدوده فرکانسی از 10 کیلوهرتز تا 10 مگاهرتز از تقریباً 30..50 تا 60..70 دسی بل افزایش می یابد و در محدوده فرکانس بالای 10 مگاهرتز از 70 دسی بل بیشتر می شود.

برای ES آنبورد، استفاده از سیم‌های سرکوب‌کننده صدا با فروپرکننده‌هایی که دارای نفوذپذیری مغناطیسی بالا و تلفات ویژه بالا هستند، امیدوارکننده است. بنابراین، برای سیم های برند PPE، تضعیف درج در محدوده فرکانس 1 ... 1000 مگاهرتز از 6 به 128 دسی بل در متر افزایش می یابد.

طراحی کانکتورهای چند پین شناخته شده است که در آن یک فیلتر سرکوب کننده نویز U شکل روی هر کنتاکت نصب شده است.

ابعاد کلی فیلتر داخلی:

طول 9.5 میلی متر

قطر 3.2 میلی متر

میرایی معرفی شده توسط فیلتر در مدار 50 اهم 20 دسی بل در فرکانس 10 مگاهرتز و تا 80 دسی بل در فرکانس 100 مگاهرتز است.

فیلتر کردن مدارهای منبع تغذیه دستگاه های الکترونیکی دیجیتال.

نویز پالس در گذرگاه های قدرت که در هنگام سوئیچینگ مدارهای مجتمع دیجیتال (DIC) و همچنین نفوذ خارجی رخ می دهد، می تواند منجر به اختلال در عملکرد دستگاه های پردازش اطلاعات دیجیتال شود.

برای کاهش سطح نویز در اتوبوس های برق، از روش های طراحی مدار استفاده می شود:

کاهش اندوکتانس اتوبوس های "قدرت" با در نظر گرفتن جفت مغناطیسی متقابل هادی های جلو و عقب.

کاهش طول بخش‌های اتوبوس‌های «قدرت» که برای جریان‌های سیستم‌های اطلاعات دیجیتال مختلف رایج است.

کند کردن لبه های جریان پالس در اتوبوس های "قدرت" با استفاده از خازن های سرکوب کننده نویز.

توپولوژی منطقی مدارهای قدرت روی برد مدار چاپی

افزایش ابعاد مقطع هادی ها منجر به کاهش اندوکتانس ذاتی باس ها و همچنین کاهش مقاومت فعال آنها می شود. مورد دوم مخصوصاً در مورد باس زمین، که هادی برگشت مدارهای سیگنال است، اهمیت دارد. بنابراین، در تخته های مدار چاپی چند لایه، مطلوب است که اتوبوس های "قدرت" به شکل صفحات رسانا واقع در لایه های مجاور ساخته شوند (شکل 8.19).

باس های برق سربار که در مجموعه های مدار چاپی روی آی سی های دیجیتال استفاده می شوند، در مقایسه با شینه های ساخته شده به شکل هادی چاپی، ابعاد عرضی بیشتری دارند و در نتیجه اندوکتانس و مقاومت کمتری دارند. مزایای اضافی اتوبوس های برق نصب شده عبارتند از:

مسیریابی ساده مدارهای سیگنال؛

افزایش صلبیت PP با ایجاد دنده های اضافی که به عنوان محدود کننده عمل می کنند و از IC با ERE نصب شده در برابر آسیب های مکانیکی در هنگام نصب و پیکربندی محصول محافظت می کنند (شکل 8.20).

میله‌های «قدرت» که با چاپ تولید می‌شوند و به صورت عمودی روی PCB نصب می‌شوند، بسیار قابل ساخت هستند (شکل 6.12c).

طرح‌های شناخته شده‌ای از شینه‌های نصب‌شده در زیر بدنه آی‌سی وجود دارد که در ردیف‌هایی روی برد قرار دارند (شکل 8.22).

طرح های در نظر گرفته شده اتوبوس های "تامین" نیز ظرفیت خطی بزرگی را ارائه می دهند که منجر به کاهش امپدانس موج خط "تامین" و در نتیجه کاهش سطح نویز ضربه می شود.

توزیع توان IC به PCB نباید به صورت سری (شکل 8.23a)، بلکه به صورت موازی انجام شود (شکل 8.23b).

استفاده از توزیع توان به شکل مدارهای بسته ضروری است (شکل 8.23c). این طرح از نظر پارامترهای الکتریکی به هواپیماهای قدرت جامد نزدیک است. برای محافظت در برابر تأثیر میدان مغناطیسی حامل تداخل خارجی، باید یک حلقه بسته خارجی در امتداد محیط PP ارائه شود.

زمین کردن

سیستم زمین یک مدار الکتریکی است که دارای خاصیت حفظ حداقل پتانسیل است که سطح مرجع در یک محصول خاص است. سیستم اتصال زمین در منبع تغذیه باید سیگنال و مدارهای برگشت برق را فراهم کند، از افراد و تجهیزات در برابر خطاهای مدارهای منبع تغذیه محافظت کند و بارهای ساکن را حذف کند.

الزامات اساسی زیر برای سیستم های زمین اعمال می شود:

1) به حداقل رساندن امپدانس کلی اتوبوس زمینی.

2) عدم وجود حلقه های زمین بسته حساس به میدان های مغناطیسی.

ES حداقل به سه مدار زمین جداگانه نیاز دارد:

برای مدارهای سیگنال با جریان و ولتاژ کم؛

برای مدارهای قدرت با سطح بالامصرف برق (منابع تغذیه، مراحل خروجی ES و غیره)

برای مدارهای بدنه (شاسی، پانل ها، صفحه نمایش و متالیزاسیون).

مدارهای الکتریکی در ES به روش های زیر زمین می شوند: در یک نقطه و در چندین نقطه نزدیک به نقطه مرجع اتصال به زمین (شکل 8.24)

بر این اساس سیستم های زمین را می توان تک نقطه ای و چند نقطه ای نامید.

بالاترین سطح تداخل در یک سیستم اتصال به زمین تک نقطه ای با یک گذرگاه زمین متصل به سری مشترک رخ می دهد (شکل 8.24 a).

هر چه نقطه زمین دورتر باشد، پتانسیل آن بیشتر است. نباید برای مدارهایی با پراکندگی مصرف برق زیاد استفاده شود، زیرا FUهای پرقدرت جریانهای زمین برگشتی زیادی ایجاد می کنند که می توانند بر FUهای سیگنال کوچک تأثیر بگذارند. در صورت لزوم، حیاتی ترین FU باید تا حد امکان نزدیک به نقطه اتصال زمین مرجع متصل شود.

برای مدارهای با فرکانس بالا (f≥10 مگاهرتز) باید از یک سیستم اتصال زمین چند نقطه ای (شکل 8.24 ج) استفاده شود که RES FU را در نزدیکترین نقاط به نقطه اتصال زمین مرجع متصل می کند.

برای مدارهای حساس، از مدار زمین شناور استفاده می شود (شکل 8.25). این سیستم اتصال به زمین نیاز به جداسازی کامل مدار از شاسی (مقاومت بالا و ظرفیت کم) دارد، در غیر این صورت بی اثر است. مدارها می توانند توسط سلول های خورشیدی یا باتری ها تغذیه شوند و سیگنال ها باید از طریق ترانسفورماتورها یا کوپلرهای نوری وارد مدار شده و از آن خارج شوند.

نمونه ای از اجرای اصول زمینی در نظر گرفته شده برای درایو نوار دیجیتال نه مسیری در شکل 8.26 نشان داده شده است.

اتوبوس های زمینی زیر وجود دارد: سه سیگنال، یک قدرت و یک بدنه. FU های آنالوگ که بیشتر در معرض تداخل هستند (تقویت کننده حسی نه گانه) با استفاده از دو گذرگاه زمین جدا شده زمین می شوند. نه تقویت‌کننده نوشتن که در سطوح سیگنال بالاتر از تقویت‌کننده‌های خواندنی کار می‌کنند، و همچنین آی‌سی‌های کنترلی و مدارهای رابط با محصولات داده به سومین گذرگاه سیگنال، زمین متصل می‌شوند. سه موتور جریان مستقیمو مدارهای کنترلی، رله ها و شیر برقی آنها به زمین باس برق متصل می شوند. حساس ترین مدار کنترل موتور میل درایو در نزدیکترین فاصله به نقطه مرجع زمین متصل می شود. باس زمین شاسی برای اتصال شاسی و بدنه استفاده می شود. سیگنال، برق و اتوبوس های زمینی شاسی در یک نقطه در منبع تغذیه ثانویه به هم متصل می شوند. لازم به ذکر است که هنگام طراحی RES توصیه می شود که نمودارهای سیم کشی ساختاری را ترسیم کنید.