Глава 3
Помехоустойчивость и стойкость повреждению чувствительных элементов
Электронные средства автоматизации при их практической работе подвергаются более или менее сильным электромагнитным воздействиям. В какой степени эти воздействия приводят к временным нарушениям функционирования или к необратимым повреждениям, зависит от помехоустойчивости и стойкости к повреждению. Стойкость к повреждению означает в данном случае способность противостоять воздействиям, вызывающим необратимые нарушения функционирования, а помехоустойчивость - воздействиям, вызывающим необратимые нарушения. Оба понятия можно характеризовать количественно, задаваясь граничными значениями воздействующего фактора (напряжением, напряженностью поля, энергией, стандартизованным испытательным воздействием), при которых еще сохраняется стабильное функционирование данного устройства. Таблицы 3.1-3.3 дают об этом наглядное представление. При этом необходимо иметь в виду, что при характеристике помехоустойчивости аналоговых и дискретных систем имеются принципиальные различия.
|
1. Моторы и силовые трансформаторы |
104÷106 Дж |
|
2. Выключатели мощности |
10-1÷10 Дж |
|
3. Пневмоконтакторы |
10-4÷1 Дж |
|
4. Тиристоры |
10-4÷102 Дж |
|
5. Z-диоды и специальные выпрямители |
10-2÷1 Дж |
|
6. Реле |
10-6÷10-4 Дж |
|
7. Композиционные резисторы> |
10-2÷1 Дж |
|
8. Мощные транзисторы |
10-6÷1 Дж |
|
9. Сигнальные диоды, выпрямители |
10-5÷10-2 Дж |
|
10. Пленочные резисторы |
10-3÷10-1 Дж |
|
11. Герконы |
10-7÷10-3 Дж |
|
12. Высокочастотные транзисторы |
10-6÷10-3 Дж |
|
13. Интегральные схемы |
10-10÷10-3 Дж |
|
Прибор, кабель, линия |
Электрическая |
|
0.5÷5 кВ 50÷100 В 70÷100 В 5÷8 кВ До 20 кВ До 30 кВ |
Таблица 3.3. Помехоустойчивость при воздействии магнитного поля частотой 50 Гц.
|
Объект |
Граничное значение А/м |
Проявление |
|
1. Мониторы |
2-20 |
Искажение изображения и цветопередачи |
|
2.Персональный компьютер |
500-600 |
Нарушение функционирования |
|
3. Коммутационные цепи |
До 2000 |
Нарушение функционирования |
|
4.Магнитные запоминающие среды |
До 2000 |
Необратимые изменения информации |
Помехоустойчивость аналоговых систем
Для аналоговых систем автоматизации (измерительных и регулирующих устройств) типичным является то, что они работают с сигналами +10 В или +20 мА и имеют единый опорный потенциал, относительно которого измеряются все сигналы напряжения. Их рабочая частота очень низка и поэтому обычно можно не учитывать импульсные помехи. Однако аналоговые системы восприимчивы к низкочастотным помехам (в области частот полезного сигнала), а также к изменениям опорного потенциала.
|
|
| Рис. 3.1. Пояснение помехоустойчивости аналоговых систем |
Так как в аналоговой системе вследствие отсутствия относительного порога помехи каждый сигнал помехи Ust, наложенный на входной сигнал Uen, может воздействовать и на выходной сигнал Ua (рис. 3.1), то нормальная работа гарантируется лишь тогда, когда абсолютное отклонение
(3.1)
остается в определенных границах или же сохраняется определенное наименьшее соотношение полезного сигнала Uа(Uen, 0) к напряжению помехи на выходе, дБ, выраженное как допустимый интервал помехи
(3.2)
Для каждого случая Ua или же s жестко установлено. Типичные значения допустимых интервалов помех следующие:
|
|
Помехоустойчивость дискретных систем.
В дискретных системах напряжение помехи (UstL и UstH на рис. 3.2а,б) может воздействовать на изменение логического состояния сигналов, например на выходе логической матрицы В (рис. 3.2в), если время воздействия превышает определенное пороговое значение. В соответствии с этим различают статическую и динамическую помехоустойчивость логических переключающих цепей.
|
|
Рис. 3.2. Пояснения помехоустойчивости дискретных систем: |
Статическая помехоустойчивость логических матриц
Статическая помехоустойчивость характеризует способность противостоять воздействиям сигналов, длительность которых ∆t>tDLH, или ∆t>tDHL, где ∆tDLH и tDHL означают время запаздывания переключения при переходе от состояния L к состоянию H или от H к L. Она описывается следующими величинами:
низкое состояние L
(3.3),высокое состояние H
(3.4).Нарушение функционирования наступает лишь, тогда когда UstH>USH или UstL>USL. В таблице 3.4 приведены значения по статической помехоустойчивости некоторых логических элементов и модулей.
Таблица 3.4. Данные по статической помехоустойчивости некоторых логических элементов
|
Тип логического элемента |
Рабочее напряжение, В |
Время прохождения сигнала tр, нс |
Статическая помехоустойчивость, В | |||
|
Наихудший cлучай |
Типичное значение | |||||
|
USL |
USH |
USL |
USH | |||
|
ТТL |
5 |
8-15 |
0.4 |
0.4 |
1.2 |
2.6 |
|
LSL |
11-18 |
100-400 |
2.8 |
4.5 |
5 |
8 |
|
I2L |
0.8 |
100-200 |
0.6 |
0.04 |
- |
- |
|
КМОП |
5 |
35-100 |
1.5 |
1.5 |
2.2 |
3.4 |
|
КМОП |
10 |
20-35 |
3 |
3 |
4.2 |
6.2 |
|
КМОП |
15 |
8-15 |
4.5 |
4.5 |
6.3 |
9 |
Динамическая помехоустойчивость логических матриц
Если длительность воздействия напряжения помехи ∆t<t DLH (рис. 3.2а,б), то требуется большие значения напряжений, чем USL или USH, чтобы ввести в устройство энергию
(3.5)
приводящую к нарушению функционирования. Здесь RE - входное сопротивление устройства.
В е р с т к а : Б е к р е н е в С е м ё н