CAPITOLUL 3SURSE DE PERTURBAII3.1. Clasificarea perturbaiilor Prin semnal, n cazul cel mai general, se nelege orice manifestare fizic care sepoatepropagaprintr-unmediudat.Perturbaiareprezintoricesemnal carese suprapune, n mod nedorit, peste semnalul util; ntruct n compatibilitatea electromagnetic, nmod paradoxal, semnalul ideal este 0, prinurmare, toate semnalele reprezint perturbaii!Apar ns dou probleme:unele semnale sunt utile pentru anumite aplicaii i de aceea admitem anumite excepii, iar pe de alt parte, din punct de vedere tehnic, nu se pot rezolva toate problemele i din aceast cauz suntem tolerani cu unele perturbaii!Mai general, avnd n vedere marea diversitate a perturbaiilor considerate ca semnale nedorite care se suprapun n mod nedorit peste semnalul util i/sau semnale care pot s afecteze funcionarea sau pot s distrug echipamentele electrice, electronice sau de radio respectiv, canalele de transmisie - exist mai multe criterii de clasificare a acestora; astfel, dupbandade frecveneocupat de spectrele lor, perturbaiile pot fi de joas frecvensau de nalt frecven(eventual, completat cu frecvene foarte joase, frecvene foarte nalte etc.), sau duplimea benzii de frecvene: deband ngustsau deband larg. Ca provenien,perturbaiile pot fi naturale(zgomotul termic, descrcrile electrice atmosferice etc.) sauprodusen activitileumaneman-made - (echipamente electrice, descrcri electrostatice, explozii nucleare etc.).Din punctul de vedere al mediului de transmitere, perturbaiile pot fi conduse dac exist un suport fizic prin care se propag, sau radiate, n cazul n care cuplajul se realizeaz prin cmp electromagnetic. Dupduratade manifestare, perturbaiile pot fipermanente(n und continu), sau de regim tranzitoriu (n impuls sau semnale singulare cu durat finit). Referitor la poziia sursei n raport cu victima, perturbaiile pot fi interne sau externe. Fa de maniera n care afecteaz cile de semnal, perturbaiile pot fi de mod comun - MC sau de mod diferenial - MD. Camrimi fizice, perturbaiile pot fi: cureni, tensiuni, cmpuri electrice, magnetice sau electromagnetice i sunt caracterizate prin banda de frecvene, nivel de vrf, vitez de variaie a fronturilor, timp de cretere, durat, putere, energie etc. Este important s se cunoasc tipurile i sursele de perturbaii n vederea reducerii efectului acestora prin msuri adecvate; de asemenea, cunoaterea formelor de und ale 62perturbaiilor, precum i a nivelurilor acestora, permite stabilirea unor norme care s includ, n afara unor cerine legate de sintetizarea i generarea acestora i metodele de msurare i de testare ale echipamentelor. Deoarece perturbaiile sunt extremde diverse, cu o form de und complex, de regul, nerepetitiv, ele pot fi studiate prin msurri i prelucrri statistice.3.2. Reprezentarea semnalelor n domeniul timp i n domeniul frecvene O pondere important n CEM o au impulsurile perturbatoare (fig. 3.1), care pot fi caracterizate prin urmtoarele elemente: amplitudinea impulsului: S0 sau amplitudinea vrf la vrf: S0 + S0', timpul de cretere corespunztor variaiei semnalului de la 0,1 S0 la 0,9 S0: tc, durata impulsului (timpul la jumtate), pentru care semnalul este mai mare ca jumtate din amplitudinea acestuia: t1/2, perioada oscilaiei de baz: T0 sau frecvena oscilaiei de baz: f0=1/T0, duratatotala impulsului:Tsauperioadaderepetiiea impulsului:Tr, (respectiv, frecvena de repetiie a impulsurilor: fr).Caracterizarea impulsurilor se face prin : amplitudine datorit necesitii de cunoatere a comportrii dinamice a semnalului, timp de cretere pentru a caracteriza banda spectruluidefrecvenei prin timpul lajumtate din amplitudine (inclusiv amplitudine) prin care se fac referiri la nivelul energetic al semnalului.Semnalele de testare folosite n CEM pot fi:a)Impulsuridubluexponenialecufronturiledecreterei decdereexponeniale, caracterizate prin amplitudine, timpul de cretere definit pentru variaia semnalului de 63S00,9S00,5S00,1S0tct0,5T0tcb)Fig. 3.1. a) Impuls dublu exponenial; b) Impuls sinus amortizat0,9S00,1S0la 10 % la 90 % i durata impulsului - egal cu intervalul de timp pentru care semnalul este mai mare ca jumtate din amplitudine. Denumirea impulsului se compune din: 1) raportul timp de cretere/durat (exprimate n s), 2) amplitudine i unitatea de msur a acesteia (de exemplu, 1,2/50 s, 6 kV).b) Oscilaiile amortizate, caracterizate prin amplitudine, timpul de cretere i frecvena acestora; se noteaz prin:1) raportul timp de cretere/frecvena semnalului, 2) amplitudinea primului impuls al undei i unitatea de msur (de exemplu, 0,5 ms/100 kHz, 10 V).Ambele impulsuri pot fi descrise matematic prin relaia:( ) ( )0 0exp cos _ + ,abs t S t tt(3.1)unde a i b sunt constante cuprinse, de obicei, ntre 1 i 5.De multe ori se face distincie ntre semnalul de regim tranzitoriu i impuls. Pentru aceasta, se definete factorul de umplere: =rf (3.2)unde:este limea impulsului la 50% din amplitudine (timpul la jumtate), iarfr- frecvena de repetiie a impulsului.Dac factorul de umplere,< 10-5, se consider perturbaie de regim tranzitoriu, ncazcontrarseconsiderimpuls(ncadrul zgomotului continuu). n tabelul 3.1se prezint caracteristicile regimului tranzitoriu/zgomotului produs de unele echipamente electrice.Tabelul 3.1. Caracteristicile regimului tranzitoriu/zgomotului produs de unele echipamente electrice Echipamentul Frecvena[Hz]Limea impulsului[s]Factorul de umplereTuburi fluorescente 10010-710-5Motoare cu perii10310-810-5Relee industriale 1010-710-6Maini automate 110-710-7Comutatoare iluminat casnic10-310-610-964Comutatoare echipamente casnice10-410-610-10Caracterizarea n domeniul frecvene a semnalelor are la bazseriasau transformata Fourier; dac semnalul este periodic, de perioad T, adic, s(t) = s(t +T), el poate fi pus n forma:( ) ( ) ( )011cos exp j2 + + + + k k kks t A A k t A k t (3.3)unde:=2/T, iarAkreprezintamplitudineacomponentei spectrale/armoniciide ordinul k i este dat de relaia:( ) ( ) tkdt t jk t sTA0exp2(3.4)n figura 3.2.se prezint ntr-o reprezentare tridimensional, maniera n care se realizeaz descompunerea/compunerea unui semnal periodic n componentele sale spectrale. nmodnormal, suntemobinuii cureprezentareavariaiei semnalelorn domeniul timp; se observ ns, c prinnsumarea unor semnale sinusoidale cu frecvene multipli ai frecvenei de baz, cuanumite amplitudini i faze, rezult semnalul periodic iniial. Dac se consider planul frecven-amplitudine,semnalele sinusoidale vor fi reprezentate prin proieciile acestora, rezultnd o diagram format din bare care reprezint nivelul componentelor spectrale. Rezult c spectrul semnalelor periodiceestediscret i uniformrepartizat peaxafrecvenelor; pentru impulsurile singulare spectrul este continuu.Aplicaia 3.1.S se reprezinte grafic fazorul corespunztor semnalului ( ) ( ) cos + s t A tpornind de la reprezentarea temporal.Soluie:n figura 3.3 se reprezint desfurarea semnalului n timp; dac se construiete un cerc cu diametrul egal cu amplitudinea semnalului A i un cerc cu raza egal cu nivelul semnalului n origine, adicAcos, punctul de intersecieB, corespunde direciei fazorului n raport cu originea O. ntr-adevr, triunghiul OBC este dreptunghic n B, de unde rezult c unghiul BCO este egal cu i deci, unghiul BOt este egal cu ; evident, c segmentul OM, de lungime A, va reprezenta fazorul corespunztor aplicaiei.Trebuie reinut faptul c la trecerea semnalelor prin sisteme, ele pot s sufere o serie de transformri care depind de caracteristicile de transfer ale acestora; astfel, 65TimpFrecvenAmplitudineFig. 3.2. Explicativ la seria FourierFig. 3.3. Reprezentarea grafic a fazoruluitOBM+A Cc cT0tFrecvena Frecvena FrecvenaTimpTimpReea linearFig. 3.4. Efectul modificrii nivelului unei componente spectralepentru sistemele liniare, pot interveni modificri ale amplitudinii i/sau fazei componentelorarmonicecare, nfinal, conduclaschimbareaformei semnalului n domeniul timp. Dac se consider semnalul ( ) ( ) ( ) sin 1 3 sin3 1 5 sin5 f t t t t + +, la trecerea acestuia printr-un circuit rezonant derivaie, se poate produce atenuarea uneia dintre componentele spectrale i de aici, modificarea formei de und de la ieire (fig. 3.4). Aplicnd acelai semnal unui circuit care modific faza uneia dintre componentele spectrale, se produce din nou modificarea formei de und a semnalului de la ieire (fig. 3.5).n afara acestor distorsiuni liniare,la trecerea semnalelor prin circuite neliniare, se produc distorsiuni neliniare care se manifest prin prezena unor componente spectrale i/sau produse de intermodulaie, inexistente n semnalul iniial.Pentru CEMprezint importan trenurile de impulsuri dreptunghiulare, triunghiulare i trapezoidale i mai rar, cele nform de dinte de fierstrusau exponeniale. ntabelul 3.2sunt prezentate componentele spectrale pentructeva trenuri de impulsuri reprezentative. Uneori, n CEM, se folosete o alt abordare pentru determinarea componentelorspectralealeunui trendeimpulsuri; deexemplu, pentruuntrende impulsuri cu forma dreptunghiular, toate componentele spectrale admit ca nfurtoare funcia sinc(x) = sinx/x. Dac se consider c forma de und dreptunghiular este normat, adicare amplitudinea egal cuunitatea, atunci la frecvene nalte (k >> 1), deoarece( )0sin 1 k T , se poate scrie:66c cT0tReea linearTimpTimpFrecvena FrecvenaFrecvena0-180-360Fig. 3.5. Efectul modificrii fazei unei componente spectralemax2 1kAk (3.5)sau n uniti logaritmice:[ ] [ ]max 120lgkL A L A k (3.6)unde:[ ]1220lg 4 L A dB _ ,(3.7)Tabelul 3.2. Componentele spectrale pentru trenuri de impulsuriForma impulsului Ak( )00 0sin2k TAT k T( )200 0sin2k TAT k T 1 1 ]( )( )00212 sinccTA k TkDin relaia 3.6 se observ c nivelul componentelor armonice de ordin superior(lafrecveneridicate), scadecu20dB/decadpentruuntrendeimpulsuri dreptunghiulare (fig. 3.6).La frecvene joase, n cazul n care 01 T