ЖУРНАЛ «СТА» №1/2008

72 СТА 1/2001 www.cta.ru П ОГРЕШНОСТИ , ВЫЗВАННЫЕ КОНДУКТИВНЫМИ СВЯЗЯМИ Источником погрешности при пере- даче сигнала может быть падение на- пряжения V g на участке провода, об- щем для сигнала и некоторой нагрузки (рис. 9). Такая паразитная связь назы- вается кондуктивной (резистивной). Нагрузкой в данном случае может быть, например, некоторая вспомога- тельная цифровая схема, заземляю- щий провод компьютера или случай- ный проводник, замкнувший провод «земля» с корпусом энергетического оборудования, через который протека- ет ток I NN от эквивалентного источни- ка e NN . Даже схема, состоящая из не- скольких операционных усилителей, может создать на проводе длиной в 20 см падение напряжения более 1 мВ, что сравнимо с величиной МЗР 12разрядного приемника сигнала. Особенно большие проблемы может создать цифровая схема, работающая в момент передачи аналогового сигнала. В результате входное напряжение V in будет складываться из напряжения ис- точника сигнала e 1 и напряжения по- мехи V g . Решением описанной проблемы яв- ляется подсоединение «земли» источни- ка сигнала к приемнику отдельным изо- лированным проводом, который не ис- пользуется ни для каких иных целей (рис. 10). В общем случае, чтобы заранее пре- дотвратить возникновение данной про- блемы, следует различать понятия «сиг- нальная земля», «аналоговая земля», «цифровая земля». Все эти «земли» должны быть выполнены разными про- водами, и их можно соединять только в одной общей точке. Сигнальные цепи нельзя использовать для питания даже маломощной аппаратуры. И НДУКТИВНЫЕ И ЁМКОСТНЫЕ СВЯЗИ Предположим, что рядом с сигналь- ным проводом проходит некоторый провод, по которому протекает ток амплитудой I N (рис. 11). Тогда вследст- вие эффекта электромагнитной индук- ции на сигнальном проводе будет на- водиться напряжение помехи V M . В случае синусоидальной формы тока амплитуда напряжения помехи, наво- димого на сигнальном проводе, будет равна (6) Здесь M — взаимная индуктивность между проводами; L — индуктивность сигнального провода; ω = 2 π f , f — час- тота тока помехи; R i — выходное со- противление источника сигнала; R in — входное сопротивление приемника. Величина взаимной индуктивности пропорциональна площади витка, ко- торый пересекается магнитным полем, созданным током I N . «Витком» в дан- ном случае является контур, по кото- рому протекает ток, вызванный э.д.с. помехи. На рис. 11 этот контур образо- ван сигнальным проводом, входным сопротивлением приемника, проводом «земли» и выходным сопротивлением источника сигнала. Для уменьшения взаимной индуктивности площадь данного контура должна быть мини- мальной, то есть сигнальный провод должен быть проложен максимально близко к «земле». Эффективную пло- щадь «витка» можно уменьшить, если расположить его в плоскости, перпен- дикулярной плоскости контура с то- ком, наводящим помехи. Из формулы (6) следует, что индук- тивная наводка увеличивается с ростом В З АПИС Н УЮ К НИЖК У ИНЖЕ Н Е Р А e 1 V in V g I NN I s M e NN e 1 V in V g I NN I s M e NN частоты и отсутствует на постоянном токе. Напряжение помехи на рис. 11 включено последовательно с источни- ком сигнала, то есть вносит аддитив- ную погрешность в результат измере- ния. При бесконечно большом сопро- тивлении R in напряжение на входе при- емника имеет вид: V in = e 1 + ω · M · I N и не зависит от сопротивления источ- ника сигнала. Ёмкостная наводка через паразитную ёмкость между проводниками C c , на- оборот, полностью определяется вели- чиной внутреннего сопротивления ис- точника сигнала R i , поскольку оно вхо- дит в делитель напряжения помехи, со- стоящий из сопротивления R i , вклю- ченного параллельно R in , и ёмкости С с : (7) Как следует из (7), при R i = 0 ёмкост- ная помеха полностью отсутствует. В действительности сигнальный провод- ник имеет некоторое индуктивное и Условные обозначения: M — нагрузка, e NN — эквивалентный источник, I NN — ток, протекающий от эквивалентного источника через нагрузку. Рис. 9. Паразитный ток I s , протекающий по общему участку провода «земля», создает падение напряжения V g Условные обозначения: M — нагрузка, e NN — эквивалентный источник, I NN — ток, протекающий от эквивалентного источника через нагрузку. Рис. 10. Решение проблемы: «земли» источника сигнала и приемника следует соединять отдельным проводом