Co to są pierścienie ochronne?

Słyszałem o tym Guard Ringswiele razy i wiem, że powinny unikać prądów w miejscach, w których nie powinno być prądów, ale nigdy nie znalazłem dobrego tekstu, aby przeczytać o tym więcej.

Czy ktoś może je odpowiednio opisać lub polecić jakiś materiał do dalszej lektury?

Od mojej odpowiedzi do wcześniejszego pytania :

Pierścień ochronny jest tradycyjnie stosowany do ochrony węzłów o wysokiej impedancji w obwodzie przed prądami upływu powierzchniowego. Pierścień ochronny jest pierścieniem miedzianym napędzanym przez źródło o niskiej impedancji do tego samego napięcia, co węzeł o wysokiej impedancji. Zwykle byłby to pin wejściowy wzmacniacza operacyjnego.

Oto przykład klasycznego układu pierścienia ochronnego dla metalowej wzmacniacza operacyjnego z AN-241 National Semi :

Tak to działa, powiedzmy, że w pobliżu jest węzeł o niskiej impedancji, jak V-na zdjęciu. Prąd nie może płynąć z V-wrażliwych styków wejściowych, ponieważ najpierw dotrze do pierścienia ochronnego i zostanie zużyty przez źródło, które napędza pierścień ochronny. Jednocześnie pierścień ochronny nie doprowadzi własnego prądu upływowego do podatnego węzła, ponieważ ma bardzo podobny potencjał.

Pierścienie ochronne są analogiczne do przewodu ochronnego dla kabli trójosiowych. Podczas korzystania z kabla trójosiowego zewnętrzny oplot jest podłączony do uziemienia i działa jak konwencjonalny ekran elektrostatyczny. Wewnętrzny oplot jest osłoną i będzie prowadzony przez urządzenie pomiarowe do przybliżonego potencjału sygnału wejściowego na wewnętrznym przewodzie. To minimalizuje prądy upływowe związane z sygnałem wejściowym, ponieważ otaczający materiał jest bardzo zbliżony do tego samego potencjału. Minimalizuje także wpływ szumu sprzężenia poprzez pojemność kabla, w tym niektóre mikrofony, utrzymując obie strony pojemności, która wiąże się z sygnałem wejściowym na tym samym potencjale.

Doskonałym odniesieniem do efektów o niewielkich sygnałach jest „ Podręcznik pomiarów niskiego poziomu ” opublikowany przez Keithley Instruments . Jest dostępny na ich stronie internetowej lub możesz porozmawiać z przyjaznym przedstawicielem z papierowej kopii w celu częstego korzystania.

Zamiast przesuwać szum w trybie wspólnym do ziemi, gdzie pojemność sprzężenia może pobierać prąd na sygnały prądu przemiennego, pierścienie ochronne używają sygnału wyjściowego do bocznikowania pól E w pobliżu, eliminując przepływ prądu bez różnicy napięć na wejściu, zmniejszając w ten sposób efektywną pojemność szumu błądzącego a także zmniejszyć wpływ obciążenia na spadek napięcia z obciążenia pojemnościowego.

Pomyśl więc o osłonie jako o metodzie ekranowania i zmniejszania efektów pojemnościowych, które indukują napięcie szumowe z ziemi. Sprzężenie szumu z ziemią do sygnału jest znacznie zmniejszone dzięki ochronie.

Ochronę stosuje się również w komorach jonowych do pomiaru promieniowania, aby zapobiec upływowi prądu powierzchniowego do złącza. Wewnętrzne połączenie sygnałowe, środkowa osłona i zewnętrzne połączenie. Wewnętrzne połączenie jest z przewodem wewnątrz komory, a zewnętrzne jest z korpusem komory. Kiedy kilkaset woltów napięcia zostanie przyłożonych między tymi dwoma przewodnikami, wówczas upływ powierzchniowy i kablowy może łatwo zamienić interesujące sygnały nanoampowe. Rozwiązaniem jest doprowadzenie przewodu ochronnego do tego samego potencjału, co przewód wewnętrzny. Prąd upływowy przepływa tylko od zewnętrznej do ochronnej, a sygnał na wewnętrznej jest chroniony. Łatwo jest uzyskać mniej niż pikoamp upływu ze stuprocentowym odchyleniem (jednak dość trudne jest dokładne zmierzenie tego wycieku).

Podręcznik Keithleya jest świetnym odniesieniem do tego tematu i wielu innych rzeczy, które mogą powodować błędy przy pomiarze małych sygnałów.