电场屏蔽及屏蔽物结构

二、电场屏蔽及屏蔽物结构

1．电场屏蔽原理

电场屏蔽的最简单的方法是在干扰源与受感器之间加一块接地良好的导电性能良好的金属板，就可以把感应电荷短接到地以达到屏蔽的目的。我们可以分以下几种情况讨论其屏蔽原理。

(1)不加屏蔽时的干扰见图2－40(a)。g为一带电导体，为干扰源，其电压为E_g。S为一不带电导体，为受感器。g的电力线交链到S后，S上即感应出电荷，从而使S与地之间形成电压U_S，U_S即称为感应电压。这时S发出的电力线交链到地。为了便于计算，希望将图2－40(a)的场的联系方式变为电路的联系方式。g与S之间的特点符合电容器的特点，因此用一个电容C_gs来代替。该电容称为分布电容或耦合电容。同理在S与地之间也用分布电容C_S代替，从而得到等效电路图2－40(b)。顺便提及，凡是由电场形成的干扰都可以用一个分布电容来代替。根据图2－40(b)的电路，可得感应电压为:

图2－40　不加屏蔽时电场干扰

从式(2－44)可知，要减小干扰，即减小感应电压U_S，可以从如下几方面进行:

1)减小干扰电压E_g。

2)减小C_gs，即增大g与S之间的距离。

3)增大C_s，即减小S与地之间的距离，亦即受感器靠近地面或地线，可以减小干扰。

(2)在g与S之间加一块良导体并良好接地，此时由分布电容形成的电路图如图2－41(a)所示。

图2－41

J为金属屏蔽板。C₁为g与J之间分布电容，C₂为J与S之间的分布电容，C_s为S与地之间的分布电容。C'_gs为越过J交连到S的分布电容，一般C'_gs很小，可忽略不计，图2－41(b)为其等效电路图。从图2－41(b)可知:

因C'_gs很小，故此时U_s很小，即加入一个接地良好的良导体后，感应电压很小，亦即干扰很小。当C'_gs减小到零时，U_s为零，即干扰消除了。

(3)从定性分析来看，因为屏蔽体是良导体，则其上的电阻忽略不计，而且屏蔽体与地良好接触，则g通过C₁在M点感应的电荷能不受阻碍地全部流到地。屏蔽体上没有剩余电荷，也就不会干扰受感器S，起到了屏蔽作用。可见，对S的干扰程度决定于金属屏蔽体上有没有剩余电荷及剩余电荷的多少。而这又取决于屏蔽金属的导电性及金属与地之间的接触质量。理想状态下，金属本身无电阻及接地阻抗为零。则S就不会受到干扰。这两者的阻抗越大，电荷流到地就越困难，在金属屏蔽体上剩下的感应电荷越多，则对S的干扰就越严重。可以证明当金属屏蔽体与地之间不良好接触，如它们之间存在间隙时，会使干扰变得比不屏蔽时更严重。可以用一个物理模型来定性描述电场屏蔽原理，如图2－42所示。图2－42(a)当带正电荷+Q的导体A不屏蔽时，在导体与地之间就会形成一个电场。处在该范围内的电路等就会受到干扰;图2－42(b)用一个不带电的金属壳B将A屏蔽起来但不接地，则B导体的内部会感应出负电荷，因B导体是电中性的，所以B导体的外部会感应出同样电量的正电荷+Q。则在B导体外部与地之间同样存在电场。所以B不接地时没有屏蔽作用。图2－42(c)当B导体外接一良导体且M、N处接触良好，则B导体外部的感应电荷沿导体MN流到地，从而把电场限制在B导体的内部，起到了屏蔽作用。

图2－42　电场屏蔽的物理模型

综合上述讨论得出电场屏蔽的重要结论是:

1)屏蔽体必须用良导体，常用铜、铝等。

2)屏蔽体必须良好接地。

屏蔽物的形状一般有板、壳、罩、栅等形状。无论哪一种形状，都必须保证感应到屏蔽物上的电荷能顺利畅通地流入地，即要保证这条通道上的阻抗小，为此要尽量保证这条通道上各点的接触质量。

2．屏蔽物常见结构要点

(1)减少盖与盒体间的接触电阻。如图2－43所示，图2－43(a)为在盒体上安装导电梳形簧片，以提高盒盖与盒体之间的接触质量，降低接触阻抗。图2－43(b)是将套有金属网的橡皮管填入盖与盒的凹槽中，利用螺钉、螺母紧固，从而改善盖和盒体的接触。

图2－43　改善电接触的结构

(2)用双层屏蔽盖结构可以进一步提高屏蔽效能，见图2－44(a)。因为盒体的内表面与内层屏蔽盖构成了一个屏蔽盒，而盒体的外表面与外层屏蔽盖又构成了一个屏蔽盒。因此可以大大提高屏蔽效果。

图2－44　双层屏蔽

(3)在有隔板的屏蔽盒体上可采用公盖和分盖结构。如图2－44(b)、(c)所示，分盖结构比公盖的屏蔽效果好。

(4)变量(压)器的电屏蔽。变量器的初次级绕组之间存在较大的分布电容，若在二绕组之间加一电屏蔽层并接地，可以减少它们之间的寄生耦合。

(5)印制导线屏蔽。图2－45(a)为单面印制板在两信号线之间设置接地的印制地线可以起到屏蔽作用。图2－45(b)为双面印制板，除在信号线之间设置印制地线外，其背面铜箔也接地。

图2－45　印制地线的屏蔽