Виды и источники помех

Помехи могут вызываться процессами, происходящими внутри ИС, а так­же влиянием внешних источников помех (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Физические величины, создающие помехи

Причинами внутренних помех могут служить тепловые шумы в резисторах, термо-ЭДС, изменение сопротивления изоляции, перекрестные влияния измери­тельных цепей, связи измерительных цепей с цепями питания. К внутренним помехам могут быть также отнесены изменения напряжения источников пи­тания, превышающие допустимые: не считается помехой только кратковремен­ное (от 1 до 30 периодов частоты сети) понижение напряжения сети питания до 30% номинального, полный перерыв в питании может быть до 5 периодов частоты сети (100 мс). Кроме того, через сеть питания могут проникать импульсные высокочастотные возмущения (до 20 МГц) с повышенной амплитудой и длительностью до нескольких микросекунд.

Внешние атмосферные помехи возникают в результате разрядов молний, возникающих в большом количестве (до сотен разрядов в секунду) на Земле, а также от электризации частиц (пыли, снега и т. п.) в атмосфере Земли.

К другому виду внешних электрических помех относятся индустриальные помехи, создающиеся промышленными установками, радиостанциями, электро­оборудованием автотранспорта и т. п.

Расположенные вблизи измерительных цепей электроэнергетические уста­новки и силовая проводка питания являются основными источниками так на­зываемых наведенных, или поперечных, помех. Эти помехи являются след­ствием воздействия внешних электромагнитных полей, а также реактивных свя­зей измерительных цепей с источниками помех. В свою очередь такие факторы, как изменение сопротивления изоляции (например, от влияния повышенной температуры), появление разности потенциалов в разных точках заземления аналоговой измерительной цепи, тепловые шумы могут явиться источниками помех другого вида, которые носят название продольных.

Приведем пример показывающий возможный уровень помех от электрической нагревательной печи, имеющей общую потребляемую мощность 60 кВт. В непосредственной близости от печи максимальное значение напряженности магнитного поля в эксперименте было равно 520 А/м, а на расстоянии 2м — примерно 40 — 70 А/м, причем напряженность магнитного поля довольно существенно изменялась по высоте. Напряженность электрического поля дости­гала 500 В/м. На проводах длиной 5 м при расстоянии между проводами 2мми расположении проводов вблизи печи на частоте 50 Гц может наводиться напряжение помехи порядка 2·10^-3 В. Если учесть, что чувствительность тер­мопар лежит в пределах от 0,5·10^-5 до 7·10^-5 В/°С, то становится понятной настоятельная необходимость защиты цепей от поперечных помех.

При длине соединительной линии около 30 м и расстоянии между проводами 2 мм на частоте 50 Гц в условиях промышленных помещений напряжение поперечной помехи может принимать значения от нескольких микровольт до десятков милливольт.

Если параллельно измерительным проводам проходят силовые провода, то из-за наличия взаимной индуктивности ЭДС, наводимая на измерительных проводах, может быть найдена из выражения

результате разрядов молний,

где l — длина проводов; М — коэффициент взаимной индуктивности; i — ток в проводах; а— расстояние между проводами.

Нужно учитывать и емкостные связи между проводами. Так, при длине соединительных линий 30м, погонной емкости 150·10^-12 Ф/м и сопротивлении линии 100 Ом может быть получено напряжение помехи порядка 15,5·10^-3В при напряжении на силовых проводах 220В.

По форме помехи любого происхождения разделяются на импульсные, флуктуационные и регулярные.

Импульсные помехи — это случайно появляющиеся импульсы (обычно интервалом не менее длительности импульса) произвольной формы. При независимости времени и амплитуды импульсов помех вероятность появления К импульсов в течение времени t будет

(где K₀ - среднее число импульсов в единицу времени), а плотность распределения ве­роятностей логарифмов амплитуд импульсов

Весьма часто форма импульсов имеет экспоненциальный характер:

Флуктуационные помехи — непрерывный случайный процесс, распределение вероятностей которого близко к нормальному:

или

Корреляционные функции помехи часто описываются выражениями

Регулярные помехи наиболее часто проявляются в виде наведенных помех с частотой сети и ее гармоник:

Весьма широко используется разделение помех на аддитивные, независимые от полезного сигнала, и мультипликативные. Аддитивные помехи y(t) могут суммироваться с полезным сигналом x{t), а мультипликативные помехи служат множителем этого сигнала.