автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Разработка методов обеспечения электромагнитной совместимости блоков и узлов комбинированной бытовой радиоприемной и звуковоспроизводящей аппаратуры

4

/

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ СВЯЗИ ____км. прсф. М. Л. БОНЧ-БРУЕБИЧА

На правах рукописи

КАЦНЕЛЬСОН Лев Нисоновнч

УДК G21.391.82

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ СОВМЕСТИМОСТИ БЛОКОВ И УЗЛОВ КОМБИНИРОВАННОЙ БЫТОВОЙ

РАДИОПРИЕМНОЙ И ЗВУКОВОСПРОИЗВОДЯЩЕЙ АППАРАТУРЫ

Специальность 05.12.17 — Радиотехнические и телевизионные системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена во Всесоюзном ордена Трудового Красного Знамен» научно-исследовательском институте радиовещательного приема и акустики имени А. С. Попова.

Научный руководитель — кандидат технических паук, профессор В. В. Палшков.

Научный консультант — доктор технических наук, профессор

Д. Н. Шапиро.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Л. В. Крпвошсикип,

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Л. П. Калмаков.

Ведущее предприятие указано в решепип специализированного совета.

Защита состоится «Д'Ь » .^иШС-.......199 Л г.

на заседании специализированного совета К 118.01.01 при Электротехническом институте связи им. проф. М. А. Бонч-Бруевича по адресу: 191065, г. Санкт-Петербург, наб. реки Мойки, д. 01.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзыв на автореферат, заверенный печатью учреждения, просим направлять но вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного совета.

Автореферат разослан ) » (Ч-У^.^'. тЛ г

Ученый секретарь специализированного совета К 118.01.01, „ ^

кандидат технических наук, доцент / В. X. Харитонов

Подписано к печати 25.03.92 г. Объем 1 псч. л. Тираж 60 экз. Бесплатно. Заказ 392.

Ротапринт типографии ЭИС. 198320. Санкт-Петербург, Свободы, 31.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Акт. уальность темы. В настоящее время, в связи с быстрым раз ей тнем радиоэлектронных средств / РЭС /, особув актуальность приобрела проблема их электромагнитной совместимости / ЭМС /. Эта проблема охватывает нирокий круг вопросов п ей посвящено значительное количество- публикаций.

Одной из' составных частей указанной общей проблем является проблема ЗМС блоков и узлов, входящих в РЭС, или так называемая Енутриаппаратурная 'ЗМС. Возникновение этой частной проблемы обусловлено реально существующим влиянием блоков и узтов РЭС друг на друга. Пренебрежение таким влиянием приводит во кгагзх случаях к сшпенш) эксплуатационных характеристик или даае потере работоспособности РЭС.

В номенклатуре РЭС, производимых в настоящее время, важное место занимает битовая радиоприемная и звуковоспроизводящая аппаратура / ЕРПЗА /, которая выпускается, как правило, крупными сериями. Она долгда обеспечивать высокое качество приема и звуковоспроизведения сигналов, а таете удобство пользования.

Однако, по мере усложнения комбинированной ЕРША / КВРПЗА / высоких групп сложности, еводснил в нее блоков и узлов, обеспе-чиееещих новые эргономические свойства, разработчики сталкивается со все большими трудностями, связанными с ЗМС. Опыт разработки КЕРПЗА массового спроса показывает, что обеспечение ЭМС Еагшо и в этом случае.

В литературе по проблеме внутриалпаратурной ЭМС г,многие специфические для проектирования КБРПЗА вопросы не рассматривается или рассматриваются недостаточно. В результате, некоторые из блоков и узлов, разработанные в условиях недостатка информации об ЭМС, оказываются малопригодными для применения в КЕРША.

Практика показывает, что наиболее чувствительной и подверженной действа посторонних электромагнитных полей частью КЕРША является высокочастотный тракт радиоприемного устройства / ВЧТ РПУ /, а такие блоки и узлы, как: усилитель сигналов звуковой частоты / УС34 /, блок питания / ЕП /, магнитофонная панель / Ш /, различнее цифровые блоки управления и индикации / ЦБУИ / представляют собой существенные источники помех для него.

Исходя из этого, работу по исследованию ЗМС блоков и узлов КЕРША целесообразно разделить на следующие основные направления: ЭМС УСЗЧ и ВЧТ РПУ,. ЭМС БП и ВЧТ РПУ, ЭМС ЦБУИ и ВЧТ РПУ, ЭМС Ш

и ВЧТ РПУ, применение электромагнитного экранирования для обеспе чения ЭМС блоков и узлов КБРПЗА.

Исследованию этих вопросов посвящена данная работа.

Цель и задачи работы. Целью настоящей диссертационной работы является создание теоретически обоснованных методов проектирования блоков и узлов КЕРПЗА, обеспечивающие их внутриаппаратурную электромагнитную совместимость. Для достижения цели в данной работе решаются следующие задачи:

определение основных источников и рецепторов помех в КБРПЗА;

проведение исследований механизмов генерации радиочастотных электромагнитных полей блоками и узлами КБРША;

• разработка и теоретическое обоснование методов обеспечения электромагнитной совместимости блоков и узлов КЦРПЗА;

■ разработка методов метрологического контроля внутриаппара-турной ЭМС блоков и узлов КБРПЗА.

Методы исследований. Для достижения поста ленной цели применены методы исследований, включающие: математический аппарат решения дифференциальных уравнений, спектральный анализ, теорию электромагнитного поля, моделирование процессов на ЭВМ.

Научная н о в и 8 н а проведенных в диссертационной работе исследований..эаключается в следующем.

Определены основные внутри&ппаратурные источники й рецептор: помех,вызывающих-снижение качества приема и звуковоспроизведени сигналов в КБРПЗА.

Теоретически и экспериментально исследованы физические процессы, обуславливающие генерацию радиочастотных электромагнитны полей УСЗЧ, БП, ЦБУИ, Ш.

Рассмотрен ряд малоисследованных вопросов применения электр магнитного экранирования для обеспечения ЭМС блоков и узлов КЕРПЗА.

Разработаны и теоретически обоснованы методы проектирования позволяющие обеспечить ЭМС блоков и узлов КБРША.

Разработаны методы метрологического контроля внутриаппара-турной ЭМС блоков и узлов КБРПЗА.

Научная новизна подтверждается наличием двух авторских свидетельств на изобретенил.

Практическая ценность диссертацион-

юй работы состоит в следующем.

Разработаны метода расчета, позволяйте на ранят стадиях гроектяроЕашя оценить 3"С блоков и узлов КБРПЗА.

Разработаны практические рекоыендации, применение которых юзволяет репить задачи, связанные с обеспечением ЭМС ВЧТ РПУ I УСЗЧ, БП, ЦБУИ, Ш.

Разработана инженерная методика расчета эффективности экранирования коробчатых экранов с отверстиями и без них.

Предложен ряд конкретных устройств,' применение которых юзволяет обеспечить Э!ЛС блоков и узлов КБРПЗА.

Разработана установка а практическая методика ддя метрологического контроля ВМС блоков и узлов КБРПЗА.

Основные положения диссертационной работы, представляемые л заиите.

1. Основными рецепторами радиочастотных псмох, создаваемых блоками и узлам КБРПЗА, являптся антенные цепи и, в особенности, встроенные магнитные антенны, применяеыые в переносной и стационарной аппаратуре для приема радиовещательных сигналов в диапазонах ДВ, СВ. Основными источниками радиочастотных электромагнитных полей / ЗМП / в блоках и узлах КБРПЗА являются раыкл, образованные печатными и навосниги проводниками, а таете радиоэлементами, в которых существуют изменения токов.

Радиочастотные составляющие генерируемых Э'Ш, которые могут оказать существенное влияние на ВЧТ РПУ, имеют длины волн, много большие, чем геометрические размеры цепей рассматриваемой аппаратуры, поэтому при исследована ЭМС блоков и узлов, входящих в ее состав,- данные Э!Ш мезно считать квазимагнитостатачес-кими.

Наиболее эффективные л целесообразный методом обеспечения ЗМС блоков и узлов КБРПЗА и БЧТ РПУ следует считать сипение уровней радиочастотных спектральных состаЕлягплх ЗИП / РЧСС Э!Ш /, генерируемых источниками помех, до значений, при которых их влияние на радиоприемтшй тракт окаается пренебрехиыо малым, то есть подавление помех в источниках их возникновения.

2. Метод исследования явления генерации радиочастотных 3МП блоками и узлага КБРПЗА, основанный на анализе переходных процессов с помощью дифференциальных урашезий на основе кусочно-линейной аппроксимации характеристик полупроводниковых приборов,. позволяет решить ряд задач, связанных с обеспечением ЭУС этих блоков и узлов.

3. В бестрансформаторных двухтактных оконечных каскадах

/ ДОК / УСЗЧ, работающих в режимах В или АВ, возникают переходные процессы, которые приводят к появлению коммутационных искажений и расширению спектров генерируемых ЭМП до частот, соответствующих радиовещательный диапазонам ДВ, СВ. Воздействие этих ЭМП на БЧТ РПУ приводит, в ряде случаев, к снижению чувствительности либо самовозбуждению устройств.

В ДОК УСЗЧ, выполненных на биполярных транзисторах, возникновение коммутационных искажений связано с процессами накопления и рассасывания избыточных зарядов в базовых областях транзисторо

В ДОК УСЗЧ, построенных на мощных ВДЩ-транзисторах, аналогичные процессы практически отсутствуют, вследствие чего коммута ционные искажения и уровни РЧСС генерируемых ЭМП существенно меньше, чем соответствующие показатели для каскадов, выполненных на биполярных транзисторах. Поэтому применение ВДЩ-транзисторов в ДОК УСЗЧ является, с точки зрения ЭМС, предпочтительным.

Для уменьшения уровней РЧСС ЭМП, создаваемых ДОК, необходим минимизировать площади контуров, элементами которых являются транзисторы этих каскадов, при соблюдении равенства данных длощг дей, а также ограничивать диапазоны воспроизводимых частот УСЗЧ при совместной работе с радиоприемными АМ-трактами до значений, характерных для указанных трактов. Кроме того, для уменьшения уровней РЧСС ЭМП, создаваемых ДОК, которые выполнены на биполярных транзисторах, целесообразно увеличивать значатая сопротивлений источников сигналов.

4. Генерация РЧСС ЭМП блоками питания, сбдержащими сетевые трансформаторы, диодные выпрямители и схемы стабилизации непрерывного регулирования, обусловлена наличием переходных процессов, сопровождающих работу указанных выпрямителей. Эти процессы могут быть апериодическими или колебательными.

Снижение уровней РЧСС ЭШ, создаваемых данными устройствам может быть достигнуто путем увеличения постоянных времени базов цепей запертых диодов и оптимизации топологии печатных плат.

Применение импульсных ЕП в КЕРПЗА в принципе возможно, но требует использования специальных мер для обеспечения ЭМС, кото рые разработаны в настоящей диссертационной работе.

5. Разработанный метод определения оптимальных значений чв тот генераторов стирания и подмагничивания / ГСП / магнитофоны! панелей позволяет обеспечить устранение интерференционных помез вызванных воздействием Ш на ВЧТ РПУ. В КЕРПЗА 0-й и 1-й

•рупп сложности целесообразно применение предложенного в диссер-■ации автоматического устройства для устранения интерференцион-ihx помех / Ш /.

6. Метод определения эффективности экранирования, основан-¡ый на аналогии уравнений, которые описывают распространение мо-югармонической плоской волны в однородной безгистерезисной сре-ie и распространение колебаний вдоль однородной длинной линии, юзволяет полутать расчетные формулы для случаев расположения лагнитного диполя между двумя листовыми экранами с отверстиями i без них. Эти результаты могут быть распространены на случай экранирования магнитного диполя реальным коробчатым экраном.

Реализация в народном, хозяйств е. Результаты диссертационной работы внедрены в ПО "Равенство" / г. Санкт-Петербург /, Башкирском НПО юл. С.М.Кпрова / г. Уфа / а на Грозненском радиотехническом заводе. Суггларный годовой экономический эффект составил 207 тыс. руб., что подтверждается актами внедрения.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы обсуждались и получили одобрение на XX Всесоюзной научно-технической конференции:"Перспективы развития техники радиовещательного приема и акустики" / Ленинград, 1983 г. /, на XXI Всесоюзной научно-технической конференции:"Перспективы развития аппаратуры радиовещательного приема, радиовещания, звукоусиления и акустики " / Ленинград, 1985 г. /, на XXII Всесоюзной научно-технической конференции:"Перспективы развития техники радиовещательного приема, радиовещания, звукоусиления и акустики" / Ленинград, 1988 г. /, на 42, 43, 44 областных научно-технических конференциях ЕНТОРЭС им. А.С.Попова по узловым проблемам радиотехники, электроники и связи / Ленинград, 1987 -.1989 гг. /.

Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 9 печатных трудов, в том числе: четыре статьи, два авторских свидетельства на изобретения, тезисы трех докладов на Всесоюзных конференциях. Кроме того, результаты работы включены 'в пять отчетов по НИР.

Личный вклад автора в разработку проблемы. Основные научные положения, теоретические выводы и практические рекомендации получены автором самостоятельно,

Структура и об'ъом диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав , заключения, списка использованных литератутаых источников из-131 наименования и

15приложений. Основной текст диссертации изложен на 194 листах и иллюстрирован 72 рисунками.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность теш исследования, сформулированы цель и задачи работы, перечислены основные научные результаты и положения, представляемые к защите, определена практическая ценность результатов исследований, приведены сведения об апробации работы, публикациях, структупе и объеме диссертации.

В первой главе цроведен анализ совремэнного состояния исследуемого вопроса. Рассмотрены публикации в научно-технической, литературе , посвященные проблемам ЭМС УСЗЧ, ЕП, ЦБУИ, Ш с другими устройствами, а также вопросам применения электро-' магнитного экранирования в РЭС.

Отмечается, что цроблема ЭМС УСЗЧ и ВЧТ РПУ, характерная для КЕРПЗА, практически не была йзучена. Первой, насколько нам известно, публикацией.посвященной этой проблеме, является работа диссертанта [1] , в которой предложен метод исследований и рассмотрен один из частных случаев. Вместе с тем, полное разрешение этой цро-блемы требует проведения специальных, исследований.

Блоки питания, входящие в состав КЕРША, создает помехи, которые снижают качество приема ВЧТ РПУ. В ЕП традиционного типа, включением сетевой трансформатор, диодный выпрямитель и схему стабилизации непрерывного действия, основным источником радиочастотных помех является диодный выпрямитель.- В литературе приводится методика расчета напряжения помех, создаваемых диодным выпрямителей в сети питания. Вместе с тем, ряд важных, с точки зрения Э5Й в КЕРПЗА, вопросов, связанных с определением количественных характеристик РЧСС генерируемых ЭМП, разработкой методов снижения их напрядеыностей до приемлемого уровня,не нааел своего отражения.

Импульсные ЕП выгодно отличаются от ЕП непрерывного действия меньшими габаритными размерами, массами, лучшей экономичностью, однако обладают низкой ЭМС с другими блоками п узлами РЭС. Возможность применения импульсных ЕП в КЕРПЗА является проблематичной и исследование этого вопроса представляется весьма актуальным.

Включение в состав КЕРПЗА цифровых блоков управления и индикации позволяет значительно улучшить эргономические свойства указанной аппаратуры. Препятствием для этого является низкая ЭМС ЦБУИ, и ВЧТ РПУ. Разработка методов обеспечения ЭМС ЦБУИ и ВЧТ РЩ требу

т проведения исследований в данном направлении.

Анализ литературы показал, что, несмотря на актуальность, мало-сследованным является вопрос обеспечения ЭМС магнитофонных пане-ей и БЧТ РПУ. Это обуславливает необходимость проведения соответствующих работ.

Электромагнитное экранирование представляет собой один из оо-овных методов обеспечения ЭМС. Ряд вопросов, связанных -с его при-енением в КБРПЗА, в литературе не освещен. К таким вопросам отно-ится определение эффективности экранирования элементарной рамки оробчатым экраном при отсутствии или наличии отверстия в нем.

Вторая глава посвящена проблеме ЭМС УСЗЧ и БЧТ ПУ. Отмечается, что в настоящее время широкое распространение в ЕРША получили бестрансформаторные УСЗЧ с оконечными каскадами, аботающими в режимах В или АВ. Вместе с тем, зафиксированы много-исленные случаи снижения чувствительности или самовозбуждения ЕРША, вызванные воздействием УСЗЧ на ВЧТ-РПУ.

С целью выявления причин потери устойчивости КЕРША были проедены экспериментальные исследования, результаты которых показа-и, что ЭМП, создаваемые УСЗЧ, содержат значительное количество пектральнш' составляющих с частотами, соответствующими радиове-ательным диапазонам ДВ, СВ. Эти РЧСС могут воздействовать на ан-енны радиоприемных устройств / в особенности, встроенные магянт-ые антенны /, что вызывает появление указанных нежелательных ффектов..

Экспериментально установлено, что ЭШ с наибольшими уровнями ЧСС создаются в УСЗЧ двухтактными оконечными каскадами, работа-пртт в режимах В или АВ. Отсюда следует, что для определения ричин наличия РЧСС в спектрах 31Ш, создаваемых реальными УСЗЧ, еобходимо провести анализ работы этих каскадов.

Генерация ЭШ в КЕРША обусловлена, в основном, наличием lauoK, образованных печатными и .навесными проводниками, а также 1адиоэлементами, в которых существуют переменные или импульсные ■оки, то есть источников типа магнитного диполя. Радиочастотные ¡оставляющие генерируемых ЭШ, которые могут оказать существен-юе влияние на ВЧТ РПУ; имеют длины волн, много большие, чем гео-ютрические размеры цепей рассматриваемой аппаратуры, поэтому при ^следовании ЗМС блоков и узлов, входящих в ее состав, данные ЭШ южно считать квазимагнитостатическими. Для оценки напряженностей Ш применены известные формулы, позволяющие раосчитать натяженность поля контура щюиэвольной формы с током на раостоя-

ниях £ от этого контура, много больших его геометрических размеров.

Рассмотрен вопрос о генерации ЭМП идеальным ДОК УСЗЧ. Показано, что при наличии моногармонического входного сигнала и работе ДОК в режиме В импульсы токов усиленного сигнала звуковой частоты, создаваемые каждым из плеч ДОК, существуют в различных контурах Kl, К2, общим элементом которых является сопротивление нагрузки. Поэтому ЭМП, генерируемое этим каскадом, может содержать, в общем случае, ряд высокочастотных гармоник. Условиями отсутствия этих высокочастотных гармоник в спектре ЭМП идеального ДОК УСЗЧ являются: равенство площадей контуров Kl, К2

S, = S¿ ; / 1 /

расположение точек наблюдения на расстояниях. 6 , много больших, чем геометрические размеры контуров Kl, К2 - 8К< , , то есть

l»(UU • /2/

Кроме того, для уменьшения напряженностей РЧСС ЭШ, создаваемого ДОК УСЗЧ, величины площадей контуров Kl, К2.необходимо свести к минимуму

(S,,S2)—>- muí . /3/

Исследованы механизмы генерации радиочастотных ЭМП реальными ДОК. В частности, показано, что, в отличие от идеального ДОК, поле, создаваемое цепью нагрузки реального ДОК УСЗЧ, содержит не одну спектральную составляющую с частотой сигнала, а целый ряд РЧСС. Наличие РЧСС в спектрах ЭМП реальных ДОК связано с переходными процессами,происходящими в транзисторах этих каскадов. Метод исследования данного явления базируется на анализе переходных процессов с помощью дифференциальных уравнений на основе кусочно-линейной аппроксимации характеристик транзисторов ДОК. В частности, дифференциальные уравнения в операторной форме для токов базы1{й) EÍft(t) транзистора одного из плеч ДОК, включенного по схеме с общим эмиттером / ОЭ /, при работе данного транзистора в режимах активном и отсечки имеют вид, соответственно

где: р - оператор Лапласа; Чи- амплитуда гармонического напрязо-шя, создаваемого генератором сигнала;и, - угловая частота гар-/юнпческого сигнала; 1Д - сопротивление, учитывающее процесс ре-сомбннации неосновных носителей заряда в области' базы и ток ос-¡овных носителей через экиттерный переход; СЭз- барьерная / за-зядная / емкость змиттерного перехода; сэ=Сд+Сэз ; Сд - даффу-шонная емкость, отражающая накопление заряда в области базы;

Rr + If ; Rr - внутреннее сопротивление генератора сигнала; is- сопротивление материала базы; <f =а.1сЦю,С, + tA) .

Решения уравнений / 4 /, / 5 / имеют вид, соответственно

ТТ J- | lllfl-t

•/7 /

где: t - значение текущего времени; tj- значение времени, соответствующее моменту запирания транзистора; t' = t - ts ; 5 =мсТдЦС:Л.

Из выражений / 6 /, / 7 / следует, что TOKiift) имеет выброс отрицательной величины Ц;<*р непосредственно перед моментом запирания ts транзистора. Физический механизм этого явления заключа-этся в накоплении и рассасывании неосновных носителей заряда в збластп базы транзистора.

Модуль максимальной величины выброса тока lift)определяется сражением

|is«.p Sin? . /8/

3 соответствии с формулой / 7 /, после момента запирания транзя-3Topat3 происходит уменьшение абсолютной величины тока1$з(1)по экспоненциальному закону с постоянной времени 1 Сэз от значения kwl до величины ll83Wl= | .

Рассмотрен ДОК, выполненный на транзисторах по схеме с ОЭ при наличии активно-индуктивной нагрузки / что соответствует подключению в качестве нагрузки громкоговорителя /, а такнз ДОК, построенный на транзисторах по схеме с общим коллектором / ОК /, при работе с активной и активно-индуктивной нагрузкой. Показано, что переходные процессы, происходящие в ДОК при наличии активно-индуктивных нагрузок, имеют затухающий колебательный характер.

Переходные процессы, которые,в зависимости от параметров элементов схем,могут быть апериодическими или колебательными, обуславливают возникновение коммутационных искажений в выходном сигнале. а таете существенным образом влияют на характеристики

РЧСС ЭМП, создаваемых УСЗЧ.

На основе методов спектрального анализа определены выражения для амплитудных спектров ЭМП, создаваемых рассмотренными ДОК. Установлено, что выполнение условий /1/,/2/, / 3/ позволяет уменьшить значения РЧСС ЭМП, создаваемого реальным ДОК, до некоторого минимума, который определяется наличием коммутационных искажений / КИ / сигналов в данном каскаде. Проведенный анализ показал также, что, с точки зрения ЭМС, выгодно увеличивать внутреннее сопротивление ^ генератора сигнала, так как при этом увеличивается длительность переходных процессов в ДОК и снижаются уровни РЧСС создаваемого ЭМП. Так например, в схеме ДОК, выполненного на транзисторах по схеме с ОЭ при наличии активной нагрузки, обеспечение равенства ба / при прочих равных условиях / позволяет уменьшить значения РЧСС ЭМП на 24 - 40 дБ, а увеличение Яг с 10 до 600 Ом - дополнительно на 6 - 26 дБ, в зависимости от частоты.

Из выражения / 8 / следует, что величины КИ в ДОК УСЗЧ возрастают при повышении частоты сигнала. Поэтому для уменьшения уровней РЧСС ЭМП, создаваемых ДОК, необходимо ограничивать диапазоны восцроизводимых частот УСЗЧ при совместной работе с радиоприемными АМ-трактами до значений, характерных длй указанных трактов:

Рассмотрен вопрос о генерации ЭМП двухтактным оконечным каскадом УСЗЧ, выполненным на мощных МДП-транзисторах. Показано, что в ЫДП-транзисторе, в отличие от бипол^ного, практически отсутствуют процессы, аналогичные накоплению и рассасыванию зарядов в области базы, а также пренебрежимо мал ток в цепи затвора. Поэтому уровни КИ и РЧСС ЭМП в ДОК, выполненных на мощных МДП-транзисторах, значительно / от единиц до десятков раз / ниже, чем в каскадах, построенных на биполярных транзисторах.

Проведен анализ работы ДОК УСЗЧ в режиме двустороннего ограничения. Показано, что работа ДОК в этом режиме сопровождается резким увеличением уровней РЧСС генерируемого ЭМП. Предложено устройство, предотвращающее переход УСЗЧ в указанный режим.

С целью определения влияния цепей отрицательной обратной связи / ООС / на КИ проведено математическое моделирование переходных процессов в схеме реального УСЗЧ на ЭВМ ВС 1045. Результаты математического моделирования, подтвержденные экслерименталь но, -показали, что, вследствие инерционности цепей ООС в реальном УСЗЧ, их влияние на быстропротекающие переходные процесса, -которые определяют КИ« весьма мало. Это погволяет распространить результаты анализа, полученные для ДОК, на УСЗЧ в целом.

Исследован механизм самовозбуждения системы, состоящей из ВЧТ РПУ и УСЗЧ. На основе критерия Найквиста определены услоезя сохранения устойчивости системы. Разработан метод расчета допустимых, кз соображений Э!'С, уровней РЧСС ЭШ, создаваемого УСЗЧ, в месте расположения магнитной антенны ВЧТ РПУ.

На базе проведенных исследований разработан ряд практически рекомендаций, применение которых позволяет обеспечить ЗМС УСЗЧ и ВЧТ РПУ.

Третья 'глава посвящена исследования вопроса обеспечения ЗМС блоков питания и ВЧТ РПУ,

Практика показывает, что блокп питания, входящие в состав КЕРПЗА, создают помехи, которые сни^аэт качество приема сигналов радиоприемными трактат. Экспериментально установлено, что в ЕП традиционного типа, Еключаищем сетевой трансфортатор, диодный выпрямитель и систем стабилизации непрерывного регулирования, основным источником радиочастотных ЭМП является диодный Еыпрша:-тель. Для определения причин генерации радиочастотных Э1Ш проанализирована схема диодного выцрягиталя с емкостным фильтром. Анализ проведен на основе подели диода с коммутацией.

Решение дифференциальных уравнений, опискр-?!?щес пероходг-п-'з процессы в данном устройстве, позволило получить выражения'для временных зависимостей токов в цепи, содержащей выпрямительный диод, до п после его запирания, соответственно

+ Vf 1ЧСЧ <)]| ; /9/

14з(0~ %(siaT3-ccse)e~^i1' , / ю /

где: Т7М - амплитуда напряжения эквивалентнЬго генератора, подключенного ко входу диодного выпрямителя; внутреннее сопротивление этого генератора; Ю/ - угловая частота напряжения генератора; 1д- дифференциальное сопротивление диода; Сд - диффузионная емкость диода; С53- зарядная емкость диода; С3 = Сд + Сэ$ ; в - угол стсечки; i" =t-(p"/2 -б); Т = Rz+t-5"* 1б~ сопротивление материала базы диода; VI = ам^ц^г^Дц- гд); t"'= t -T3/U>, ; Ti = 3 ; - значение времени, соответствующее моменту запирания диопа.

Из выражений / 9 /, / 10 / следует, что ток lA(t) имеет выброс отрицательной величины вблизи момента запирания диода. Максимальная величина этого выброса равна 1ир | . После запирания диода происходит уменьшение абсолютной величины тока L^ft) по экспоненциальному закону.

Проведен анализ переходных процессов в схеме диодного выщ» штеля при наличии индуктивности рассеяния сетевого трансформатора. Показано, что переходный процесс, происходящий после запирания диода, в этом случав имеет затухающий колебательный характер.

Поручены выражения для расчетов амплитудных спектров ЭМП, создаваемых диодными выпрямителями, которые позволяют определит: функциональную связь между параметрами элементов схем этих устройств и уровнями РЧСС генерируемых ими ЭМП. Из данных выражений следует вывод, подтвержденный экспериментально, что, с точк зрения SMC, выгодно увеличение постоянных времени базовых цепей запертых диодов, поскольку при этом уменьшаются уровни РЧСС ЭМП создаваемых выпрямителями. Указанное увеличение постоянных времени может быть достигнуто путем подключений параллельно диодам дополнительных конденсаторов, емкости которых Сдаяяа 0,1 - 1 шИ, что позволяет обеспечить в рассмотренных случаях снижение уровней РЧСС ЭМП на 14 - 40 дБ.

Исследована ЭМС импульсных ЕП и ВЧТ РПУ. В частности, рассмотрен тиристорный управляемый выприлитель / ТУВ /. Показано, что величины напряженностей РЧСС Э!£П, генерируемого ТУВ, более, чем на один-два порядка цревышают соответствующие величины для неуправляемого диодного выпрямителя, поэтому последний являете; предпочтительным для применения в КЕРПЗА.

Рассмотрена ЭМС импульсного стабилизатора напряжения / ИСН / с широтно-импульсной модуляцией / ШИМ / и ВЧТ РПУ. Опр делено, что значения РЧСС ЭМП, создаваемого ИСН с ШИМ, на 4 -порядков цревосходят уровни чувствительности радиоприемных устройств, что существенно затрудняет их применение в КБРБЗА.

Вместе с тем, в диссертационной работе предложен метод обеспечения ЭМС импульсных ЕП и БЧТ РПУ, базирующийся на техни ческих решениях диссертанта / в соавторстве /, которыэ защищен авторскими свидетельствами [8,9] . Этот метод основан на авте матическом выведении помех, создаваемых внутриаппаратурньпи источником радиопомех, из полосы пропускания радиоприемного тракта.

В четвертой г д.а в е рассмотрена проблема обеспечения ЭМС цифровых блоков управления и индикации с ВЧТ РПУ. Установлено, что, ввиду микроскопических площадей рамок на полупроводниковых подложках, саш цифровые ИС создаю* ЭШ с низкой напряженностью. Генерация ЭШ цифровыми устройствами происходит, в основном, вследствие существования импульсных токов в рамках, образованных печатными или навесными проводниками, которые присоединены к выводам ИС для подключения Енепщих источников логических сигналов, нагрузок, питания, шин заземления.

Основным механизмом, обуславливающим генерацию ЭШ логическими элементами серий ЭСЛ и ТТШ, является перезаряд емкостей нагрузок. Для логических элементов серий ТТЛ и КВДП характерен, 1фоме указанного, эффект наличия "сквозных" токов, проходящих через выходные каскады этих логических элементов от проводов питания к шинам заземления при изменениях логических состояний.

В логических элементах серии КЦЩТ этот эффект может быть практически устранен путем шбора напряжения питания примерно равного по величине сумме пороговых напряжений транзисторов КИЩ-инверторов Ди^У» +У«> /. В логических элементах серии ТТЛ этот эффект практически неустраним, что обуславливает более высокие уровни РЧСС ЭШ, генерируемых данными цифровыми ИС.

Получены аналитические выражения для токов, существующих в цепях нагрузок при изменениях логических состояний рассмотренных логических элементов. Получены расчетные соотношения, позволяющие определить уровни РЧСС ЭШ, создаваемых данными логическими элементами, а также более сложными устройствами, которые построены на их основе.

Проведены экспериментальные исследования ЭМС реальных цифровых устройств: блоков цифрового отсчета частоты / ЦОЧ /, микрокомпьютерных систем управления / МКСУ /, синтезатора частот . Показано, что уровни напрякенностой РЧСС Э!Ш, генерируемых реальными ЦБУИ, могут достигать значений, которые более, чем на два порядка превышают величины чувствительностей ВЧТ РПУ.

На основе проведенных исследований разработан ряд практических рекомендаций, применение которых позволяет обеспечить ЭМС ЦБУИ и ВЧТ РПУ.

В пятой главе рассмотрен вопрос обеспечения ЭМС магнитофонных цанвлей и ВЧТ РПУ. Отмечено, что возникновение интерференционных помех при совместной работе МП и ВЧТ РПУ обусловлено применением в современной аппаратуре магнитной звукоза-

писи способа высокочастотного стирания и подмагничивания, при котором необходимые режимы работы обеспечиваются с помощью специального генератора токов стирания и подмагничивания. При "этом основными источниками радиочастотных ЭМП являются ГСП и магнитные головки. Для устранения ИП широко применяется способ сменных частот ГСП, переключение которых осуществляется вручную цри появлении ИП. Этот способ, однако, в ряде случаев оказывается неэффективным, что объясняется отсутствием до настоящего 'времени методоз расчетов оптимальных значений сменных частот,ГС1Г, необходимой то1 ности их установки и пределов изменения в процессе эксплуатации. Значения частот ГСП в переносной КЕРПЗА находятся, как правило, ] пределах 60 кГц< {гсп<100 кГц. В диссертации,показано, что'для устранения ИП в этом случае требуется три сменных частоты ГСП. Выведены формулы, позволяющие определить значения этих частот:

где: - минимально необходимая разность < частот гармоник , К - минимальный номер гармоники частоты ^ , соответствующей рабочему диапазону радиоприемного тракта; {„^ - максимальная частота рабочего диапазона ВЧТ РПУ.

Расчет по формулам / 11 /, / 12 /, / 13 / позволил, в частности, определить минимальные значения сменных частот=72,5 кГ ^2=75,5 кГц; ^=69,75 кГц. Определена требуемая точность установи значений сменных частот ГСП. Предложена практическая схема ГСП, обеспечивающая установку частот , ^ , с требуемой точностью. Разработано устройство для автоматического устранения ИП.

Рассмотрена ЭМС электродвигателей, применяемых в МП и ВЧТ РПУ. Показано, что уровни РЧСС ЭМП у бесконтактного двигателя пс стоянного тока на 32 дБ и более, в зависимости от частоты, мень-ке, чем аналогичные показатели коллекторного двигателя. Поэтому первый из них является предпочтительным для применения в Ш.

Шестая глава посвящена рассмотрению вопросов применения электромагнитного экранирования для обеспечь гия ЭМС блоков и узлов КЕРПЗА. Среди нескольких подходов к теории экран) рования за основу в данной работе выбран подход, приводящий к удобным для инженерных расчетов выражениям и, вместе с тем, до-

I = ± дь -V- 0и)г+ и] 5 / 11 /

/ 12 / / 13 /

гтаточно строгай, базирующийся на аналогии уравнений, которые ) не сигают распространение моногармонической плоской волны в од-юродной безгистерезисной среде и распространение колебаний здоль однородной длинной линии. На основе данного подхода опрошена эффективность экранирования элементарной рамки с током, неположенной между двумя листовыми металлическими экранами при >тсутствии или наличип отверстия в одном из них. Показано, что величины эффективностей экранирования в этих случаях зависят от яеетоположения рамки. Проведенный анализ позволил получить выражения для расчета значений эффективностей экранирования при >азличных вариантах расположения элементарной рамки между экра-тмп. Результаты анализа могут быть распространены на реальные шоские коробчатые экраны: сплошные или имеющие отверстия в пш-юкпх гранях. Разработан ряд практических рекомендаций по при-генению электромагнитного экранирования.

В заключении диссертационной работы сформулп-юваны результаты проведенных исследований.

В приложениях приведено описание установки 1ля измерений уровней радиопомех, создаваемых блоками и узлами ЕРПЗА, а т&кже методики проведения измерений. Представлены рас-[еты амплитудных спектров ЭМП, создаваемых рассмотренными бло-сами и узлами КБРПЗА.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные юзультатн:

1. Определены основные внутриаппаратурные источники и ре-;епторы помех в КЕРПЗА. Показано, что наиболее чувствительной п юдверженной воздействию посторонних магнитных полей частью ЕРПЗА является БЧТ РПУ, а тагле блоки и узлы, как УСЗЧ, БП, ШУИ, МП представляют собой существенные источника радиопомех.

2. Проведены теоретические и экспериментальные исследова-шя физических процессов, приводящих к генерации радиочастотных )МП блоками и узлами КЕРПЗА.

3. Показано, что наличие радиочастотных составляющих в :пектрах ЭМП, создаваемых УСЗЧ, связано с переходными процессами з транзисторах ДОК. Проведен анализ этих переходных процессов на эснове дифференциальных уравнений с использованием кусочно-линей-юй аппроксимации характеристик транзисторов. Определены условия шшмизации уровней РЧСС ЭМП, создаваемых' УСЗЧ. На основе мате-

логического моделирования на ЭВМ определено влияние цепей 00С в УСЗЧ на коммутационные искажения. Исследован механизм самовозбуждения система, состоящей из ВЧТ РПУ и УСЗЧ. На основе критерия Найквиста' определены условия сохранения устойчивости системы. Разработан метод расчета предельно допустимых уровней РЧСС ЭМП, создаваемого УСЗЧ, в месте расположения магнитной антенны ВЧТ РК

4. Проведены исследования ЭМС блоков питания и ВЧТ РПУ. Показано, что основными источниками радиочастотных ЭШ в Ш традиционного типа являются цепи, содержащие выпрямительные диоды. Осуществлен анализ переходных процессов, происходящих в этих цепях. Получены расчетные соотношения, определяющие функциональную связь между параметрами элементов схем диодных выпрямителей и уровнями РЧСС ЭШ, создаваемых этими устройствами.

Исследованы условия обеспечения ЭМС импульсных БП и ВЧТ РПУ. Показано, что импульсные ЕП по уровня!,! генерации ими радиочастотных помах значительно превосходят Ш непрерывного действия На основе технических решений диссертанта / в соавторстве /, запущенных авторскими свидетельствами, рааваботан метод обеспечения ЭКС импульсных ЕП и ВЧТ РПУ.

5. Исследована ЭМС цифровых блоков управления и индикации с ВЧТ РПУ. Проведен сравнительный анализ, с точки зрения ЭМС, базовых элементов цифровых ИС. Разработаны методы расчетов уровне! РЧСС ЭМП, создаваегшх этими элементами, а также более слоянши устройствами, построенными на их основе. Выполнены экспериментальные исследования спектральных характеристик ЭМП, генерируемых реальными ЦБУИ. Разработаны практические рекомендации по обеспечению ЭМС указанных блоков.

6. Исследована ЭМС магнитофонных панелей и ВЧТ РПУ. Предложен метод расчета оптимальных, с точки зрения ЭМС, значений частот ГСП. Разработаны автоматические устройства, позволяющие устранить интерференционные помехи для ВЧТ РПУ, которые создаются МП. Проведены экспериментальные исследования ЭМС электродвигателей МП и ВЧТ РПУ.

7. Выполнены исследования, связанные с применением электро магнитного экранирования в КБРПЗА. Разработаны методы расчетов эффоктивностей экранирования ряда реальных экранов.

8. Разработаны методы метрологического контроля Э1..0 блокоь и узлов КБРПЗА и установка для проведения такого контроля.

9. Разработан ряд конкретных устройств и практических реке мондаций, применение которых позволяет обеспечить ЭМС блоков и

узлов КБРПЗЛ.

ОСНОВНЫЕ РАБОТЫ, ОПУБЛИКОВАННЫЕ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. К а ц н е л ь с о н Л. Н. Электромагнитная совместимость усилителей звуковых частот н высокочастотных трактов радиоприемных устройств//Техника средств связи. Сер. Техника радиовещательного приема и акустики.— 1983. — Вып. .1.

2. Воронов Н. В., К а ц и е л ь с о п Л. Н. Обеспечение электромагнитной совместимости магнитофонных папелсн и радиоприемных трактов в комбинированной бытовой радиоаппаратуре//Техника средств связи. Сер. Техника ради, псцательпозо приема и акустики.— 1988. — Вып. 1.

3. Канпельсоп Л. Н. Использование экранирования для обеспечения электромагнитной совместимое!и блоков п узлов бытовой радиоприемной аппаратуры// Техникч средств связи. Сер. Техника радиовещательного приема и акустики. — 1989. — Вып. 2.

4. К а К н е л ь с о и Л. Н. Методы обеспечения электромагнитной совместимости усилителей звуковых ч-стот п радиоприемных АМ-трактов// Техника средств связи. Сер. Техника радиовещательного приема и акустики.— 1990. — Вь:п. 1.

5. Кацнельсон Л .Н. Электромагнитная совместимость блоков н узлов БРПА//Перспективы развития техники радиовещательного приема и акустики: Тез. докл. XX Всесоюз! науч.-техн. конф.. —Л.: ВНИИРПА им. А. С. Попова, ЛОП ВНТОРЭС им. А. С. Попова. -- 1983.

(). Канпельсоп Л. II. Электро тгпитпая совместимость блоков п узлов БРПА// Перспективы развития аппаратуры радиовещательного приема, радиовещания, звукоусиления и акустики: Тез. докл. XXI Всесоюзи. науч.-техн. конф. — Л.: ВНИИРПА им. А. С. Попова, ЛОП ВНТОРЭС им. А. С. Попова, — 1985.

7. Кацнельсон Л. Н. Методы обеспечения электромагнитной совместимости блоков и узлов комбинированной бытовой радиоэлектронной аппаратуры// Перспективы развития аппаратуры радиовещательного приема, радиовещания, звукоусиления и акустики: Тез докл. XXI! Всесою). пvч.-:е\н. конф. — Л.: ВНИИРПА им. А. С. Попова, ВНТОРЭС им. А. С. Попова. — 1988.

8. А. с. 1219579 (СССР). Устройство для подавления интерференционных помех в магнитоле /Воронов Н. В., Кацнельсон Л. Н. Опубл. !98(), Бюл. .V» 29.

9. А. с. 151ЛМ6 (СССР). Устройство для подавлен:!я интерференционных n.i .icx в магнитоле/В о р о н о в Н. В., Кацнельсон Л. II. Опубл. 1990, Бюл. G.

/