Na začátku byl dotaz: Ahoj. Potřebuju poradit. Nebo se spíš obeznámit s problematikou stínění ve VF obvodech. Tj jaký materiál použít? Jaké obvody stínit?
Začal jsem tedy hledat v literatuře a na internetu nějaký souvislejší materiál vhodný pro začátečníky. Bohužel jsem nic nenašel. To mne vedlo k tomu, že jsem spáchal toto povídání. Pokud by někdo chtěl zajít do podrobností, odkazuji ho na [3].
Dřív než začneme hovořit o stínění, je nutné si připomenout několik věcí. Nežádoucí vazby v zařízení vznikají mezi součástkami, spoji, cívkami a zemnícími body s různým potenciálem. Jsou to vazby kapacitní, induktivní a galvanické. Pro zamezení nebo omezení těchto vazeb musíme dodržet několik zásad. Jednotlivé stupně se stejným kmitočtem se montují do jedné řady. Montáží do úhlu se snižuje vzdálenost mezi signály s různou úrovní a zvyšuje se možnost nežádoucích vazeb.
Další zásada je připojení jednoho stupně do jednoho bodu s nulovým potenciálem. To je většinou uzemnění. Tak zamezíme vzniku bludných proudů a brumových smyček.
To, že jsou obrázky s elektronkami vůbec nevadí. Jsou daleko názornější než stejný případ na desce s plošnými spoji.
K stínění obvodů můžeme přistupovat dvěma způsoby. Buď zabraňujeme zdroji energie ve vyzařování, nebo chráníme obvody proti vlivu záření. Nás dnes bude zajímat druhý případ.
Nejčastěji se jedná o elektromagnetické stínění. Princip funkce je, že se ve stínění indukují vířivé proudy které vytvářejí elektromagnetické pole opačného smyslu. To působí proti původnímu poli a ruší ho. Stínící účinek bude tím větší, čím menší bude odpor materiálu stínění. Železný plech je ale pro větší elektrický odpor méně vhodný. Používá se jen u poměrně nízkých kmitočtů. Situaci trochu komplikuje tak zvaný skin efekt. S rostoucím kmitočtem je totiž magnetickými siločárami proud vytlačován k povrchu materiálu. Čím vyšší je kmitočet, tím je tento efekt větší. Proto při stínění na KV kmitočtech stačí měděný plech o síle 0,2 mm, hliníkový 0,08 mm a železný 0,008 mm. Tak se za určující bere v úvahu pouze mechanická pevnost stínění. Proto se velice často používají nejen na stínící přepážky desky pro výrobu plošných spojů. Ale velice problematické je použití jedné strany oboustranného plošného spoje jako stínění, pokud jsou na druhé straně VF spoje a součástky. Materiál desky nemívá zaručené parametry a vzniklé kapacity mezi měděnými plochami desky jsou velice nekvalitní s nedefinovatelnými parametry. To v žádném případě nepřispívá ke stabilitě a kvalitě zařízení. Pokud máme požadovanou část stínit, musíme také vyřešit napájení a ostatní spoje.
Na obrázku je znázorněno jak můžeme stínící účinek přepážky znehodnotit. Správně by do průchodu patřil průchodkový kondenzátor. Vodič je totiž použit pro stejnosměrný proud. (Vysokofrekvenčně je uzemněn přes kondenzátory.) Na fotografii jsou dva typy průchodkových kondenzátorů. Jeden se závitem a maticí, druhý se pájí za střední pocínovanou část do otvoru v přepážce. Střední vodič je průchozí. Druhý vývod kondenzátoru je buď závit, nebo ta část která se připájí k přepážce.
V [1] je uveden výsledek měření různého provedení průchodu přepážkou při kmitočtu 50 MHz. Příklad účinnosti na obrázku vlevo sestavil W1DBM.
Jak tedy prakticky stínění provést? Začal jsem tedy hledat v literatuře a na internetu nějaký souvislejší materiál vhodný pro začátečníky. Bohužel jsem nic nenašel. To mne vedlo k tomu, že jsem spáchal toto povídání. Pokud by někdo chtěl zajít do podrobností, odkazuji ho na [3].
Dřív než začneme hovořit o stínění, je nutné si připomenout několik věcí. Nežádoucí vazby v zařízení vznikají mezi součástkami, spoji, cívkami a zemnícími body s různým potenciálem. Jsou to vazby kapacitní, induktivní a galvanické. Pro zamezení nebo omezení těchto vazeb musíme dodržet několik zásad. Jednotlivé stupně se stejným kmitočtem se montují do jedné řady. Montáží do úhlu se snižuje vzdálenost mezi signály s různou úrovní a zvyšuje se možnost nežádoucích vazeb.
Další zásada je připojení jednoho stupně do jednoho bodu s nulovým potenciálem. To je většinou uzemnění. Tak zamezíme vzniku bludných proudů a brumových smyček.
To, že jsou obrázky s elektronkami vůbec nevadí. Jsou daleko názornější než stejný případ na desce s plošnými spoji.
K stínění obvodů můžeme přistupovat dvěma způsoby. Buď zabraňujeme zdroji energie ve vyzařování, nebo chráníme obvody proti vlivu záření. Nás dnes bude zajímat druhý případ.
Nejčastěji se jedná o elektromagnetické stínění. Princip funkce je, že se ve stínění indukují vířivé proudy které vytvářejí elektromagnetické pole opačného smyslu. To působí proti původnímu poli a ruší ho. Stínící účinek bude tím větší, čím menší bude odpor materiálu stínění. Železný plech je ale pro větší elektrický odpor méně vhodný. Používá se jen u poměrně nízkých kmitočtů. Situaci trochu komplikuje tak zvaný skin efekt. S rostoucím kmitočtem je totiž magnetickými siločárami proud vytlačován k povrchu materiálu. Čím vyšší je kmitočet, tím je tento efekt větší. Proto při stínění na KV kmitočtech stačí měděný plech o síle 0,2 mm, hliníkový 0,08 mm a železný 0,008 mm. Tak se za určující bere v úvahu pouze mechanická pevnost stínění. Proto se velice často používají nejen na stínící přepážky desky pro výrobu plošných spojů. Ale velice problematické je použití jedné strany oboustranného plošného spoje jako stínění, pokud jsou na druhé straně VF spoje a součástky. Materiál desky nemívá zaručené parametry a vzniklé kapacity mezi měděnými plochami desky jsou velice nekvalitní s nedefinovatelnými parametry. To v žádném případě nepřispívá ke stabilitě a kvalitě zařízení. Pokud máme požadovanou část stínit, musíme také vyřešit napájení a ostatní spoje.
Na obrázku je znázorněno jak můžeme stínící účinek přepážky znehodnotit. Správně by do průchodu patřil průchodkový kondenzátor. Vodič je totiž použit pro stejnosměrný proud. (Vysokofrekvenčně je uzemněn přes kondenzátory.) Na fotografii jsou dva typy průchodkových kondenzátorů. Jeden se závitem a maticí, druhý se pájí za střední pocínovanou část do otvoru v přepážce. Střední vodič je průchozí. Druhý vývod kondenzátoru je buď závit, nebo ta část která se připájí k přepážce.
V [1] je uveden výsledek měření různého provedení průchodu přepážkou při kmitočtu 50 MHz. Příklad účinnosti na obrázku vlevo sestavil W1DBM.
- Stínění provést z dobře vodivých materiálů.
- Spoje u stínění důkladně spojit pájením tak, aby spoje měly co nejmenší odpor.
- U pájených spojů nechat pokud možno přesah plechů ve spojích, opět snížení odporu.
- Stínění musí být mechanicky stabilní aby svým pružením nebo pohybem neovlivňovalo stíněné zařízení.
- Stínění z ocelového pocínovaného plechu je méně kvalitní než z měděného. Dobře se s ním ale pracuje a je dobře dostupné. Na drobná stínění můžeme použít i pocínovaný plech z konzervy. Na větší plochy použijeme desku na výrobu plošných spojů.
- Otvory ve stínění děláme pokud možno co nejmenší. U kmitočtů UHF by neměly být větší než je jedna setina vlnové délky.
Stínění cívek.
- Platí všechny předešlé body.
- Nejmenší vzdálenost cívky bez jádra od krytu má být nejméně jedna polovina průměru stíněné cívky.
- Indukčnost cívky se stíněním je menší než stejné cívky bez stínění.
- Pokud to rozměry dovolí, do krytu cívky umístíme i kondenzátor laděného obvodu.
- U cívek s dolaďovacími jádry a hrníčkových cívek můžeme udělat stínění těsnější než u cívek vzduchových.
- Nejlepší je koupit si celou sadu na zhotovení cívky. Např. v GM položka MT-211.
Stínění toroidních cívek
většinou vůbec nemusíme dělat. Rozptylové pole u těchto cívek na toroidním jádře je prakticky nulové. Jejich nevýhodou ale je, že nejdou doladit na potřebnou hodnotu.
Toroidní jádra Pramet T10 z materiálu N1 - žluté. Vlevo normální jádro, vpravo povlakované.
Stínění oscilátoru.
Požijeme dvojité stínění. To znamená, že cívku stíníme podle předešlého popisu a navíc stíníme ještě celý oscilátor. Oscilátor uděláme na jednostranném plošném spoji který uzavřeme do stínícího krytu. Pokud si kryt nemůžeme vyrobit sami, mů
žeme třeba použít krabičku z ocelového pocínovaného plechu GM položka
U-AH-100. Tak nejen odstíníme oscilátor ale i jeho uzavřením podstatně zvýšíme stabilitu. Napájení je většinou připojeno přes průchodkové kondenzátory. Modul krystalového oscilátoru a směšovače. Bude zabudován do samostatného stínícího boxu.
Stínění síťového transformátoru
je dnes většinou zbytečné. Síťový zdroj bývá od našich zařízení oddělen a jeho vzdálenost bývá poměrně velká. Zdroje na velké proudy (4 až 30A) stavíme do skříní z ocelového plechu. Pokud potřebujeme síťový transformátor v zařízení odstínit, měli bychom použít ocelový plech o síle nejméně 0,8 mm. Kryt by měl být svařený. Každá mezera z nemagnetického materiálu mezi spoji plechu totiž podstatně zvyšuje magnetický odpor a tak stínění znehodnocuje.
Kvalitní síťové transformátory mají mezi primárním a sekundárním vinutím jeden nebo několik otevřených závitů měděné nebo hliníkové fólie. Ta slouží k elektrickému odstínění obou vinutí. Fólie má jen jeden vývod který se připojuje do zemního bodu.
Rušení podstatně sníží použití toroidních síťových transformátorů. Jejich nevýhodou je ale velký nárazový proud při zapnutí.
Stínění vodičů
je kapitola sama pro sebe. Stíněné vodiče totiž podstatně zvyšují parazitní kapacitu spoje. Také je nutno přihlížet k délce stíněného vodiče.
- Stínění vodiče musí být spojeno se zemí pouze na jednom místě.
- Spojení stínění vodiče se zemí musí být co nejkratší.
- Stínění se připojuje na té straně, kde vstupuje signál.
- Podstatného snížení vyzařování jde dosáhnout zkroucením vodičů. Toto řešení se dnes velice často používá u strukturované kabeláže - tak zvané twistované vedení.
- Snížení rušení a vyzařování lze dosáhnout vedením vodičů těsně u kovových uzemněných ploch - kryty, přepážky, šasi atd.
- Vodiče do kterých může být indukován rušivý signál se nemají vést poblíž síťových transformátorů a mají být vedeny rovnoběžně s magnetickým polem.
- Stíněné vodiče by měly být elektrickou délku kratší než je jedna čtvrtina vlnové délky vedeného signálu. Potom se totiž stíněný vodič začne chovat jako koaxiální vedení s nedefinovanými (většinou velice bídnými) parametry.
Dalších pár zásad.
- Díváme se jak obdobné zařízení dělají ostatní.
- Předem si vše rozmyslíme a nakreslíme na papír.
- Vývody u součástek mají být co nejkratší.
- Nestíněné cívky mají mít pro zmenšení vazeb na sebe kolmé osy.
- Radši použijeme víc blokovacích kondenzátorů. Pokud se zařízení rozkmitá, příčina se špatně hledá a ještě hůř odstraňuje.
- Přívod napájecího napětí blokujeme vždy. A to jak elektrolytickým (10 až 200 µF), tak i keramickým (10 až 100 nF) kondenzátorem. Pochopitelně použijeme kondenzátory na příslušné nebo vyšší napětí.
- Desku s plošnými spoji prohlédneme lupou a proměříme. Měřením odporu spojů zjistíme nejen jejich průchodnost ale i izolační odpor spojů navzájem. Vodivé můstky mezi spoji dovedou potrápit víc než vlasové trhlinky ve spojích.
- Na stínění není žádný stoprocentně zaručený konstrukční návod. Je to otázka technického citu, pečlivé práce a zkušeností.
To je asi tak v krátkosti všechno. Pokud mne chce někdo doplnit, rád článek zveřejním. Také pokud budou dotazy, budu se snažit odpovědět.
Odkazy:
[1] [2] [3] [4] [5] |
V článku použity obrázky z publikací [1] a [4]. Amatérská technika velmi krátkých vln Radiotechnická a elektroakustická příručka Stínění Elektromagnetická kompaktibilita Příručka radiotechnické praxe | A. Rambousek M. Baudyš a kol. Ing. Bajer VUT Brno Ing. Bajer VUT Brno M. Havlíček a kol. | Naše vojsko 1961 ESČ 1949 internet internet Naše vojsko 1961 |