Perturbatii de mod comun si de mod diferential

Perturbatii de mod comun si de mod diferential

1 Conexiuni simetrice si asimetrice

In sistemele electronice, semnalele utile sunt prelucrate, vehiculate prin succesiuni de circuite cu componente pasive si active.

Un circuit elementar cuprinde: (a) un ansamblu de componente in care se efectueaza o prelucrare de semnal - un etaj, formand sursa de semnal (comandata sau nu) pentru (b) urmatorul etaj care este receptor si constituie sarcina precedentului si (c) legatura - conexiunea sau calea de semnal, prin care se realizeaza transferul de energie, cuplajul sursa - sarcina.

Simplificand la maximum, circuitul elementar poate fi modelat printr-o sursa ideala (de tensiune sau de curent) cu impedanta interna si un receptor - impedanta de sarcina, interconectate, adica cuplate, printr-o conexiune sau cale de semnal - fig.

Conexiunea este realizata fizic prin conductoare cu impedanta (Z, Z^/) nenula - fig.

Un model de acest tip poate fi utilizat si pentru sisteme complexe, formate din subansamble sau circuite cuplate in care un subansamblu - sursa, debiteaza putere de semnal util pe altul - receptor (sarcina).

O modelare mai avansata, trebuie sa tina seama si de impedantele conexiunilor fata de elemente conductoare exterioare fata de care exista cuplaje, in primul rand fata de masa sau elemente conectate la masa, ca in fig. 2. Aceste impedante (,,,) sunt de regula parazite, adica datorate unor cuplaje nedorite.

O clasificare a conexiunilor, importanta din punct de vedere al CEM, le imparte in: conexiuni simetrice si conexiuni asimetrice.

Conexiunile simetrice sunt cele in care ambele conductoare ale conexiunii sunt parcurse de aceiasi curenti si sunt identice din punct de vedere constructiv - au aceleasi impedante proprii si de cuplaj parazit (,).

Conexiunile asimetrice sunt cele la care prin conductoare circula curenti diferiti si nu sunt identice constructiv, avand impedante proprii si/sau de cuplaj diferite. Un exemplu tipic este cazul in care una dintre conexiuni este si masa. De exemplu, daca conductorul 22^/ este de masa (conectat prin impedanta neglijabila la masa), va fi parcurs si de alti curenti decat cei prin conductorul 11^/, de regula va avea impedanta proprie diferita () iar impedantele de cuplaj vor fi foarte diferite (,).

2. Cuplaje si perturbatii de mod comun si de mod diferential

Pentru intelegerea fenomenelor de CEM, se va observa ca in modul cel mai simplu, o perturbatie poate fi considerata ca generata de o sursa de perturbatii (e_p) cu impedanta interna (Z_p) care include si impedanta de cuplaj, prin care se realizeaza transferul de energie EM. Acest model, asa simplu, este foarte util mai ales in joasa frecventa, dar poate fi folosit si pentru studiul cuplajului prin radiatie.

Indiferent de provenienta, perturbatiile pot patrunde in calea de semnal in doua feluri: prin cuplaj de mod diferential (MD) sau prin cuplaj de mod comun (MC).

2. Perturbatii de mod diferential

Perturbatiile de mod diferential sunt cele care determina aparitia la bornele receptorului a unei tensiuni diferita de tensiunea de semnal (data de curentul sursei de semnal). Acest tip de perturbatie se poate modela printr-o sursa de perturbatii (e_pd, cu Z_p) in serie pe calea de semnal, ca in fig. 3. Evident, e_pd, cu Z_p, trebuie sa produca la bornele R acelasi efect ca si sursa reala perturbatoare.

Exista cuplaje parazite, care prin natura lor fizica, produc astfel de perturbatii si se numesc cuplaje de mod diferential. Un exemplu tipic, este al cuplajului inductiv: un camp magnetic variabil induce in circuitul inchis o t.e.m. perturbatoate in serie pe calea de semnal.

2.2. Perturbatii de mod comun

Perturbatiile de mod comun se datoreaza surselor cuplate cu ambele conductoare ale conexiunii prin impedante de cuplaj. Mai clar, daca circuitul este cuplat cu un element conductor (ca in fig. 2) si intre acest element si ambele conductoare exista o sursa de perturbatii, ca in fig. 4, cuplajul este de mod comun.

Perturbatia de mod comun determina modificarea in acelasi sens si cu aceleasi nivele ale tensiunilor in punctele de conectare (1 si 1^/ in fig. 4). Daca circuitul este astfel incat nu exista curenti determinati de e_pc sau daca acestia se anuleaza la bornele receptorului, acesta nu este perturbat. Numai daca exista cai de inchidere cu impedante diferite pentru curentii produsi de catre e_pc, este posibila aparitia unor semnale, tensiuni, cu adevarat perturbatoare, a perturbatiilor de mod diferential.

Se va observa ca sursele perturbatoare nu actioneaza direct asupra circuitelor perturbate; intervin: modul de conectare si impedantele surselor perturbatoare echivalente.

3. Conversia perturbatiilor MC in MD. Efectele simetrizarii

Din fig. 3 si 4, se observa ca, "efectiv" perturbatoare sunt tensiunile produse de sursele perturbatoare la bornele receptorului (ΔU_p pe R) si ale sursei (ΔU_ps pe R_s); evident, nu toata tesiunea sursei perturbatoare echivalente se regaseste la bornele R respectiv R_s. Aceasta "reducere" a efectelor perturbatoare se apreciaza prin coeficientii de rejectie a perturbatiei:

- coeficient de rejectie a perturbatiei de MD: (dB) (1)

- coeficient de rejectie a perturbatiei de MD: (dB) (2)

Se definesc DMRR si CMRR la bornele receptorului si ale sursei; ΔU_p sunt tensiunile "efectiv" perturbatoare, la bornele receptorului sau sursei; E_pd si E_pc sunt tensiunile surselor perturbatoare de MD respectiv de MC. Tensiunile (E_pd, E_pc, ΔU_p) sunt amplitudini sau valori eficace.

3. Rejectia perturbatiilor de mod diferential

Considerand fig. 3, se observa ca tensiunile "efectiv" preturbatoare sunt:

(3)

(4)

(Impedantele proprii ale conexiunii, Z si Z^/ sunt mult mai mici decat ale sursei, sarcinii si suersei perturbatiare; de regula pot fi neglijate - dar nu intotdeauna.)

Se observa ca in acest caz, practic nu este nici o deosebire intre conexiunea simetrica si asimetrica.

3.2. Rejectia perturbatiilor de mod comun

Schema din fig. 4, cu sursa pasivizata, se poate redesena sub forma din fig. 5.a si apoi, dupa o transfigurare triunghi - stea, ca in fig. 5.b.

Relatiile sunt: