二、電場(chǎng)屏蔽及屏蔽物結(jié)構(gòu)

1．電場(chǎng)屏蔽原理

電場(chǎng)屏蔽的最簡(jiǎn)單的方法是在干擾源與受感器之間加一塊接地良好的導(dǎo)電性能良好的金屬板，就可以把感應(yīng)電荷短接到地以達(dá)到屏蔽的目的。我們可以分以下幾種情況討論其屏蔽原理。

(1)不加屏蔽時(shí)的干擾見(jiàn)圖2－40(a)。g為一帶電導(dǎo)體，為干擾源，其電壓為E_g。S為一不帶電導(dǎo)體，為受感器。g的電力線交鏈到S后，S上即感應(yīng)出電荷，從而使S與地之間形成電壓U_S，U_S即稱(chēng)為感應(yīng)電壓。這時(shí)S發(fā)出的電力線交鏈到地。為了便于計(jì)算，希望將圖2－40(a)的場(chǎng)的聯(lián)系方式變?yōu)殡娐返穆?lián)系方式。g與S之間的特點(diǎn)符合電容器的特點(diǎn)，因此用一個(gè)電容C_gs來(lái)代替。該電容稱(chēng)為分布電容或耦合電容。同理在S與地之間也用分布電容C_S代替，從而得到等效電路圖2－40(b)。順便提及，凡是由電場(chǎng)形成的干擾都可以用一個(gè)分布電容來(lái)代替。根據(jù)圖2－40(b)的電路，可得感應(yīng)電壓為:

圖2－40　不加屏蔽時(shí)電場(chǎng)干擾

從式(2－44)可知，要減小干擾，即減小感應(yīng)電壓U_S，可以從如下幾方面進(jìn)行:

1)減小干擾電壓E_g。

2)減小C_gs，即增大g與S之間的距離。

3)增大C_s，即減小S與地之間的距離，亦即受感器靠近地面或地線，可以減小干擾。

(2)在g與S之間加一塊良導(dǎo)體并良好接地，此時(shí)由分布電容形成的電路圖如圖2－41(a)所示。

圖2－41

J為金屬屏蔽板。C₁為g與J之間分布電容，C₂為J與S之間的分布電容，C_s為S與地之間的分布電容。C'_gs為越過(guò)J交連到S的分布電容，一般C'_gs很小，可忽略不計(jì)，圖2－41(b)為其等效電路圖。從圖2－41(b)可知:

因C'_gs很小，故此時(shí)U_s很小，即加入一個(gè)接地良好的良導(dǎo)體后，感應(yīng)電壓很小，亦即干擾很小。當(dāng)C'_gs減小到零時(shí)，U_s為零，即干擾消除了。

(3)從定性分析來(lái)看，因?yàn)槠帘误w是良導(dǎo)體，則其上的電阻忽略不計(jì)，而且屏蔽體與地良好接觸，則g通過(guò)C₁在M點(diǎn)感應(yīng)的電荷能不受阻礙地全部流到地。屏蔽體上沒(méi)有剩余電荷，也就不會(huì)干擾受感器S，起到了屏蔽作用?？梢?jiàn)，對(duì)S的干擾程度決定于金屬屏蔽體上有沒(méi)有剩余電荷及剩余電荷的多少。而這又取決于屏蔽金屬的導(dǎo)電性及金屬與地之間的接觸質(zhì)量。理想狀態(tài)下，金屬本身無(wú)電阻及接地阻抗為零。則S就不會(huì)受到干擾。這兩者的阻抗越大，電荷流到地就越困難，在金屬屏蔽體上剩下的感應(yīng)電荷越多，則對(duì)S的干擾就越嚴(yán)重?？梢宰C明當(dāng)金屬屏蔽體與地之間不良好接觸，如它們之間存在間隙時(shí)，會(huì)使干擾變得比不屏蔽時(shí)更嚴(yán)重。可以用一個(gè)物理模型來(lái)定性描述電場(chǎng)屏蔽原理，如圖2－42所示。圖2－42(a)當(dāng)帶正電荷+Q的導(dǎo)體A不屏蔽時(shí)，在導(dǎo)體與地之間就會(huì)形成一個(gè)電場(chǎng)。處在該范圍內(nèi)的電路等就會(huì)受到干擾;圖2－42(b)用一個(gè)不帶電的金屬殼B將A屏蔽起來(lái)但不接地，則B導(dǎo)體的內(nèi)部會(huì)感應(yīng)出負(fù)電荷，因B導(dǎo)體是電中性的，所以B導(dǎo)體的外部會(huì)感應(yīng)出同樣電量的正電荷+Q。則在B導(dǎo)體外部與地之間同樣存在電場(chǎng)。所以B不接地時(shí)沒(méi)有屏蔽作用。圖2－42(c)當(dāng)B導(dǎo)體外接一良導(dǎo)體且M、N處接觸良好，則B導(dǎo)體外部的感應(yīng)電荷沿導(dǎo)體MN流到地，從而把電場(chǎng)限制在B導(dǎo)體的內(nèi)部，起到了屏蔽作用。

圖2－42　電場(chǎng)屏蔽的物理模型

綜合上述討論得出電場(chǎng)屏蔽的重要結(jié)論是:

1)屏蔽體必須用良導(dǎo)體，常用銅、鋁等。

2)屏蔽體必須良好接地。

屏蔽物的形狀一般有板、殼、罩、柵等形狀。無(wú)論哪一種形狀，都必須保證感應(yīng)到屏蔽物上的電荷能順利暢通地流入地，即要保證這條通道上的阻抗小，為此要盡量保證這條通道上各點(diǎn)的接觸質(zhì)量。

2．屏蔽物常見(jiàn)結(jié)構(gòu)要點(diǎn)

(1)減少蓋與盒體間的接觸電阻。如圖2－43所示，圖2－43(a)為在盒體上安裝導(dǎo)電梳形簧片，以提高盒蓋與盒體之間的接觸質(zhì)量，降低接觸阻抗。圖2－43(b)是將套有金屬網(wǎng)的橡皮管填入蓋與盒的凹槽中，利用螺釘、螺母緊固，從而改善蓋和盒體的接觸。

圖2－43　改善電接觸的結(jié)構(gòu)

(2)用雙層屏蔽蓋結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步提高屏蔽效能，見(jiàn)圖2－44(a)。因?yàn)楹畜w的內(nèi)表面與內(nèi)層屏蔽蓋構(gòu)成了一個(gè)屏蔽盒，而盒體的外表面與外層屏蔽蓋又構(gòu)成了一個(gè)屏蔽盒。因此可以大大提高屏蔽效果。

圖2－44　雙層屏蔽

(3)在有隔板的屏蔽盒體上可采用公蓋和分蓋結(jié)構(gòu)。如圖2－44(b)、(c)所示，分蓋結(jié)構(gòu)比公蓋的屏蔽效果好。

(4)變量(壓)器的電屏蔽。變量器的初次級(jí)繞組之間存在較大的分布電容，若在二繞組之間加一電屏蔽層并接地，可以減少它們之間的寄生耦合。

(5)印制導(dǎo)線屏蔽。圖2－45(a)為單面印制板在兩信號(hào)線之間設(shè)置接地的印制地線可以起到屏蔽作用。圖2－45(b)為雙面印制板，除在信號(hào)線之間設(shè)置印制地線外，其背面銅箔也接地。

圖2－45　印制地線的屏蔽