WAVELET TEORİ ve UYGULAMALARI

ELEKTROMANYETĠK UYUMLULUK ve
GĠRĠġĠM
Temel Tanımlar
Doç. Dr. Şükrü ÖZEN
Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü, Akdeniz Üniversitesi,
07058-Antalya
[email protected]
http://www.akdeniz.edu.tr/muhfak/elekt/ozen_web/ozen.html
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
1
GiriĢ

Elektromanyetik uyumluluk (EMU), (Electromagnetic
Compatibility, EMC), Uluslararası standartlarca:
 “Bir aygıt, donanım veya sistemin, bulunduğu
elektromanyetik çevre içinde, bu çevreyi veya
diğer donanımları rahatsız edecek düzeylerde
elektromanyetik gürültü oluşturmadan ve
ortamdaki diğer sistemlerin oluşturduğu
girişimden
etkilenmeden,
kendisinden
beklenen işlevlerini yerine getirme yeteneği"
Ģeklinde tanımlanmaktadır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
2
GiriĢ

Bir sistem açısından elektromanyetik uyumluluğu iki
aşamada düşünebiliriz.
 Sistemin kendi donanımları arasında EMU sağlanmalıdır.
Sistemin kendi bileşenleri, bu sistem tarafından üretilen EM
çevrede işlevlerini sağlıklı olarak yerine getirebilmelidirler.
 Bir ortamda birlikte bulunan tüm sistemlerin birbirleri ile
elektromanyetik uyumluluğu sağlanmalıdır.
 Aynı ortamda dış kaynaklarca üretilen EM çevre içerisinde
bulunan
tüm
sistem
işlevlerini
problemsiz
olarak
yapabilmelidir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
3
GiriĢ
TĠPĠK EM ÇEVRE
Yıldırım DeĢarjı
Hava HaberleĢmesi ve
Navigasyon Ekipmanı
Nükleer EM
Darbe
Radyo ve TV Verici
Gemi
HaberleĢmesi
ve Navigasyon
Ekipmanı
HaberleĢme
Sistemleri
Radar
Enerji Nakil ve Ġletim Hatları
Trenler ve Enerji Hatları
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
4
EM ÇEVRE-IġIMA ÖRNEĞĠ
Ana-IĢın
Yana/Geriye
IĢıma
MD Röle
Vericisi
Ana-IĢın
HaberleĢme
AteĢleme/kontak
Gürültüsü
01.01.2016
MD Röle
Alıcısı
Yana/Geriye GiriĢim
IĢıması
S=İlgili Sinyal
Ic=Haberleşme kaynaklı girişim
Ir=Radar kaynaklı girişim
Inc=Haberleşme kaynaklı olmayan gürültü
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
5
EMG KAYNAKLARI
EMG KAYNAKLARI
Doğal
01.01.2016
Ġnsan
Yapımı
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
6
Doğal Kaynaklar
DOĞAL KAYNAKLAR
Yerküre
Kaynaklı
Gökyüzü Kaynaklı
Atmosferik
Meteor
hareketlerine bağlı
statik giriĢim
GüneĢ
Kozmik
Radyo star
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
7
Ġnsan Yapımı Kaynaklar
ĠNSAN YAPIMI
KAYNAKLAR
Endüstri
+ KiĢisel
HaberleĢme
Elektrik
Üretim
Yayın
Kaynak
&Isıtma
DönüĢüm
Telekom.
Temizleyici
Ġletim
Navigasyon
Medikal
Dağıtım
Radar
Bilgisayar
Kablosuz
Aydınlatma
Makina
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
8
EMG ALICI KAYNAKLAR
EMU ALICI (KURBAN)
KAYNAKLAR
ĠNSAN YAPIMI
KAYNAKLAR
DOĞAL
Ġnsan
HaberleĢme
Endüstri
+ KiĢisel
Kuvvetlendiriciler
Hayvanlar
Yayın
IF
Kontrol
elemanları
Navigasyon
Video
Tıbbi aletler
Radar
Audio
Telefonlar
Bitkiler
Bilgisayar
Sensörler
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
9
Ġletim Yollu GiriĢim Kaynakları ve Frekans Spektrumu
EMU Kaynağı
Frekans Spektrumu
Isıtıcı devreleri
50 kHz--25 MHz
Flüoresan lambaları
0.1--3 MHz (Max. at 1 MHz)
20 .. 300 μV/kHz
Cıva buharlı lambalar
0.1--0.1 MHz
8000 μV/kHz
Bilgisayar mantık kutusu
50 kHz--20 MHz
Sinyal hatları
0.1--25 MHz
Güç hatları
1--25 MHz
Çoklayıcılar
1--10 MHz
Mandallı kontaktör
1--25 MHz / 50 kHz--25 MHz
Transfer anahtarı
0.1--25 MHz
Güç kaynağı
0.5--25 MHz
Vakum temizleyici
0.1—1MHz
Güç kontrol elemanı
2--15 kHz
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
Genlik
300 μV/kHz
10
IĢıma Yayan GiriĢim Kaynakları
EMU Kaynağı
Frekans Spektrumu
Dengesiz devre
15 kHz--400 MHz
Harmonik üreteci
30 MHz--1 GHz
Isıtıcı termal anahtarı ve kontak arkı
30 kHz--300 kHz/
20 MHz--200MHz
Motor
10 kHz--400 kHz
Anahtar arkı
30 MHz--200 MHz
Çoklayıcı katı hal anahtarlama
300kHz—500kHz
Transfer anahtar bobin gecikmesi
15 kHz--150 kHz
Transfer anahtar kontak arkı
20 MHz--400 MHz
DC güç kaynağı anahtarlama devresi
100 kHz--30 MHz
Yazma magnetleri
1.0MHz—3.0MHz
Güç kontrol elemanı
30 MHz … 1 GHz
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
Genlik
100 μV/m/kHz
11
Tipik EM kaynak örnekleri

1.Yıldırım (Lightning)
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
12
Tipik EM kaynak örnekleri

2.Elektrostatik DeĢarj (ESD)
ESD Modeli
EĢdeğer Devre
Model parametreleri
Tipik ESD sinyali
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
13
Tipik EM kaynak örnekleri
ESD ve Yıldırım darbelerine bağlı indüklenen Gerilim
Model:



i(t)

di(t)/dt


Ui


01.01.2016
a
Ġndüklenen Gerilim Ui:
 Ui = M di/dt
V
s
b

Karşılıklı Endüktans M:
 M = 0.2 a ln(1+b/s)
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
μH
14
ESD ve Yıldırım darbelerine bağlı indüklenen Gerilim













Örneker:
1-Yıldırım Akımı
Kabul: s = 1 m
a = 10 m
di/dt = 100 kA/μs
M ve Ui yi bulmak için:
M = 0.2 *10 *ln(1+2/1) = 2.2 μH
Ui = 2.2 * 100 = 220 kV
2-ESD-Akımı
Kabul: s = 10 cm
a = 1 cm
di/dt = 35 A/ns
M ve Ui yi bulmak için:
M = 0.2 *10ln(1+1/10) = 0.19 nH
Ui = 0.19 *35 100 = 6.7 V
01.01.2016
b=2m
b = 1 cm
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
15
ELEKTROMANYETĠK GĠRĠġĠM(EMG)
EMG MODELĠ
Gürültü
Kaynağı

kuplaj
kanalı
Alıcı
Bir gürültü probleminin oluĢması için 3 eleman
gereklidir.
1.Gürültü kaynağı
2.Gürültüye duyarlı alıcı devre
3.Gürültüyü kaynaktan alıcıya iletecek kuplaj
kanalı
 Ġletim
 ıĢıma
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
16
Kuplaj Kanalları
220V/50Hz güç hattı

İletim Yoluyla giriĢim
Ġletilen giriĢim sinyali
EM
Kaynak
Kurban

I
EM Radyasyon
Kaynağı
01.01.2016
EM ışıma yoluyla giriĢim
II
Alıcı
Sistem
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
17
EMG/EMI
EMG biçimleri
Elektromanyetik
Uyumluluk
(EMU)
EM IĢıma
Ġletilen
IĢıma
01.01.2016
Yayılan
IĢıma
EM
Hassasiyet
Ġletim
Hassasiyeti
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
IĢıma
Hassasiyeti
18
EMG OLUġUMUNUN TEMEL ESASLARI
EMG oluĢumunun temel esasları
Ġletilen
(Ġletim hatları)
Elektrik Kuplaj
(E-Alan)
EMG
Kaynağı
Kurban
Manyetik Kublaj
(H-Alan)
IĢıma
(E/H-Alanlar)
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
19
Seviye
Ör. dBV/m
Seviye
Ör. dBV/m
Frekans Etkisi
Limit
Fark
Ġletilen
Gerçek seviye bu
sınırları aĢabilir.
Ġletilen
Yayılan
Yayılan
Frekans
Frekans
Maksimum
Elınganlık
EĢiği
―Kurbanlar‖
Maksimum
IĢıma
Seviyeleri
İletilen
Işıma
Alınganlık
01.01.2016
Yayılan
Kablo CE
akımları
Alanlar
Kablo CE
akımları
Alanlar
RE
RE
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
20
Sistem seviyelerinde EMG modeli
EM Çevre
Sistem 1
Sistem 2
Sistem 3
Sistem A
Sistem B
Sistem C
Sistemler arası EMG
Ekipman 1
Devre 1
Sistem içi EMG
Devre 2
Ekipman 2
01.01.2016
Sistem içi girişim problemleri:
Radar vericisinden radar alıcısına giren kaçak
enerji
Otomobilin ateĢleme sisteminden, otomobilin
içindeki radyo alıcısına olan giriĢim
Bir radyo alıcı ya da verici devresinin geri besleme
yollarının etkisiyle kendiliğinden osilasyonu
YanlıĢ yapılan ara devre bağlantıları ve toprak
çevrim akımları
Bilgisayar sistemi içindeki düĢük seviyeli sayısal
devrelere disk-disket sürücüsünün manyetik alanının
sebep olduğu giriĢimdir.
•Sistemler arası girişim problemleri:
Radar ile hava taĢıtlarının navigasyon sistemlerinin giriĢimi
Güç hatlarıyla telekomünikasyon sistemleri arasındaki
giriĢim
Taksi telsizlerinin polis radyo sistemleriyle giriĢim
Hava taĢıtlarının gemi sistemleriyle giriĢimi
Akım hatlarındaki geçici olayların bilgisayar sistemlerine
giriĢimidir.
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
21
EM radyasyon kaynağına göre giriĢim alanlarının tanımı
GeçiĢ Bölgesi
EM
kaynak
H
Yayılma yönü
Ġletilen Alanlar
Yayılan Alanlar
Düzlemsel Dalga
E
YAKIN ALAN

UZAK ALAN
Elektrik alanın E manyetik alana H oranı dalga empedansı
olarak tanımlanır. Uzak alan bölgesinde bu oran, ortamın
karakteristik empedansı adını alır.
Z0 


 / 2

E
 120  377
H
Yakın alan bölgesinde E/H oranı kaynağın özelliklerine bağlı
olarak değiĢim gösterir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
22
Yakın alan bölgesinde E/H oranı kaynağın
özelliklerine bağlı olarak değiĢim gösterir:




Kaynak yüksek akım, düĢük gerilim karakterli ise yakın alan
bölgesinde manyetik alan H baskındır ve E/H<377Ω olur.
Bu bölgede kaynaktan uzaklaĢtıkça H ~ 1/r3 ve E ~ 1/r2 ile
azalır.
Kaynak yüksek gerilim, düĢük akım karakterli ise yakın alan
bölgesinde elektrik alan E baskındır ve E/H>377Ω olur.
Bu bölgede kaynaktan uzaklaĢtıkça H ~ 1/r2 ve E ~ 1/r3 ile
azalır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
23
Yüksek Empedanslı EA Kaynağı: Alan
dağılımı ve empedans değiĢimi
YAKIN ALAN
UZAK ALAN
UZAK ALAN
H
E
Alan Dağılımı
Yüksek empedanslı Elektrik Alan
Kaynağı
3000
Ohm
Dalga
Empedansı
ZW
377 Ohm
d
0
Mesafeye göre dalga empedansının
değiĢimi
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
24
DüĢük Empedanslı MA Kaynağı: Alan dağılımı
ve empedans değiĢimi
YAKIN ALAN
UZAK ALAN
UZAK ALAN
H
E
Alan Dağılımı
DüĢük empedanslı Manyetik Alan
Kaynağı
377 Ohm
Dalga
Empedansı
ZW
30 Ohm
d
0
Mesafeye göre dalga empedansının
değiĢimi
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
25
 EMG
01.01.2016
Örnekleri
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
26
1-Ekranlı DC Motor
Motor
kontrol
devresi
Ġletilen Gürültü
Alt
Devreler







Yayılan Gürültü
D.C
Motor
Ekran
Bu örnekte gürültü kaynağı bir motordur ve alıcı düĢük seviyeli devredir.
Kuplaj kanalı motor güç kaynağı bağlantı kabloları üzerindeki iletim ve kablolar
üzerindeki radyasyondan ibarettir.
Motor gürültüsü aynı ekipmanda düĢük seviyeli devre ile giriĢim yapmaktadır.
Motordan kaynaklanan komütatör gürültüsü bağlantılar üzerinden ekran dıĢında
devre kesicisine iletilir.
Kablolardan gürültü düĢük seviyeli devreye yayılarak ulaĢır.
Bu örnekteki gürültü kaynağı komütatör ve fırçalar arasındaki arklardır.
Kuplaj kanalının iki bileĢeni mevcuttur.
 Bu, motor kablolarındaki iletim ve kablolardan yayılımdır.
 Alıcı düĢük seviyeli devredir.
 Burada gürültü kuplaj kanalında kesilerek yok edilebilir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
27
2- Ortak Empedans Yoluyla Kuplaj
i1 +i2
i1
Ortak hat
empedansı
Güç
kaynağı
Kaynak
empedansı
Devre1
i2
Devre2


ġayet iki devre aynı güç kaynağından besleniyorsa, bir devrenin
çektiği akım diğer devre gerilimini etkiler.
Örneğin Devre 2 nin kaynaktan çektiği akımdaki herhangi bir
artıĢ, Devre-1 uçlarındaki gerilimi etkileyecektir.
 Bu etkileĢim her iki devre tarafından ortak kullanılan kaynak
empedansı ve hat empedansına bağlıdır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
28
3- Ġletim ve Kontak IĢıma Gürültü GiriĢimi
220V/50Hz
ġEBEKE
ARABA
ATEġLEMESĠNE
BAĞLI IġIMA
KONTROL
DEVRESĠ
ALICI
(RECEIVER)
iletim yolu
IĢıma yolu
MOTOR
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
29
ELEKTROMANYETĠK KUBLAJ

1.İletim Yollu Ortak Mod Girişimi


01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
Z : Ortak Empedans
Girişim, I ve II
çevrimlerindeki akımların
ortak Z empedansı
üzerinden akması
sonucunda oluşur.
30
Ġletim Yollu Ortak Mod GiriĢimi

Ortak Mod Empedans Kublajı
Rg1
I1
Rg2
Uc = U1 Z/(Z+Rg1+RL1)
I2
RL1
U1
Ui
Uc
U2
Z << Rg1 + Rg2
RL2
Uc = U1 Z/(Rg1+RL1)
I1+I2
Z
Ui = Uc RL2 / (Rg2+RL2) = U1 Z RL2/([(Rg1+RL1)(Rg2+RL2)]
―Cross-Talk―
01.01.2016
CT = 20 log(Ui)
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
31
Sayısal Örnek

Uc = U1 Z/(Z+Rg1+RL1)
Z << Rg1 + Rg2
Uc = U1 Z/(Rg1+RL1)

Ui = Uc RL2 / (Rg2+RL2) = U1 Z RL2/([(Rg1+RL1)(Rg2+RL2)]

―Cross-Talk―





CT = 20 log(Ui)
Sayısal Örnek:
Kabul: Rg1=Rg2=50 Ohm
Z=0.2 Ohm
RL1=50 Ohm
U1=5 V
RL2=10 MOhm
 Ui ve CT değerleri:
 Ui = 5 * 0.2*107/100*107) = 0.1 V
 CT = 20 log(10-1) = -20 dB
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
32
Elektromanyetik Kublaj
2.Elektrik Alana Bağlı (Capacitively)

Vi:
dV(t)/dt
C
Z
Elektrik-Alan Modeli

1
V1
01.01.2016
2

Devre Modeli

1
C12
2
Et

Z2
V1
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
Ġki devre (devre) arasında
zamanla değiĢen E-alan
mevcutsa,
bu durum iki iletkeni
birbirine bağlayan bir
kapasite olarak
modellenebilir.
33
Elektromanyetik Kublaj

3.Manyetik alana bağlı(Inductively)
Vi:
di(t)/dt
M
Manyetik-Alan Modeli

M12
01.01.2016
Devre Modeli
2
1
Is

Vn=jwM12Is
Ġki iletken bir manyetik alana kuple
iken, kuplaj karĢılıklı endüktansla
temsil edilebilir.
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
34
EMG de MOD TANIMLARI
1-Diferansiyel Mod (DM)
2-Ortak Mod (CM)
3-Anten Modu
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
35
1-Diferansiyel Mod (DM) Kuplajı
IDM
DEVRE
1
IDM
DEVRE
2
IDM
z2
z1



GiriĢim sonucu indüklenen akımlar ters yönde akar.
Bu durumda hassas bölge iletkenler arası bölge ile sınırlıdır.
Z1 ve Z2 sırası ile Devre-1 ve Devre-2 ile toprak arası
empedanslardır.
 Empedanslar, gerçek empedanslar olabilecekleri gibi, toprağa
göre saçılmıĢ kapasitelerin eĢdeğer empedansları veya toprak
bağlantı iletkenlerinin eĢdeğer empedansları olabilir.
 IDM akımları üzerinde herhangi bir etkileri yoktur.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
36
2-Ortak Mod (CM) Kuplajı
ICM
DEVRE
2
DEVRE
1
ICM
z2
z1
2ICM



GiriĢim sonucu indüklenen akımlar (ICM) aynı yönde akar (dönüĢ akımı
hariç).
Bu durumda hassas alan toprak düzlemini de içerir (ġekilde koyu bölge).
Z1 ve Z2 empedansları ICM akımları üzerinde hem genlik hem de
spektrum açısından etkilidir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
37
3-Anten Modu
IAM
DEVRE
2
DEVRE
1
IAM
z2
z1
IAM


Bu durumda Devre-1 ve Devre-2 bağlantı iletkenleri ile toprak düzleminin
hepsi birden giriĢim alanlarına karĢı bir alıcı anten gibi davranır.
Bağlantı iletkenleri ve toprak düzlemi tarafında taĢınan akımların hepsi
aynı yöndedir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
38
DM ve CM Akımlarının Ölçümü
Akım Probu
CM Akım
ölçümü
(ICM/2 + ICM/2) = ICM
DM Akım
ölçümü
(IDM + IDM) = 2IDM
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
39
Özet

Gürültü kaynakları 3 grupta incelenebilir
 Gerçek gürültü kaynakları
 Ġnsan-yapımı kaynaklar
 Çevresel Gürültü kaynakları

Elektromanyetik giriĢim kaynaktan kurbana 2 yolla ulaĢır
 Ġletim
 IĢıma (radyasyon)

EMG de 3 temel kuplaj modu tanımlıdır.
 Diferansiyel mod (DM)-Fark Modu
 Ortak Mod (CM)
 Anten Modu (AM)

IĢımaya bağlı gürültü kurbana 3 temel yolla ulaĢır.
 Kapasitif kuplaj (Elektrik-alan E)
 Manyetik kuplaj (Manyetik –alan H)
 Elektromanyetik Alan kuplajı (EMA)
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
40
EKRANLAMA
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
41
EMG in önlenebilmesi için temel yöntemler









Ekranlama
Topraklama
Dengeleme
Filtreleme
Ġzolasyon
Ayırma ve Devre Uyumu
Devre Empedans Seviyesi Kontrolü
Kablolar
Frekans veya Zaman Domeni Teknikleri
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
42
EKRANLAMA
 Elektromanyetik enerjinin tanımlanmıĢ bir bölgeye giriĢini
tamamen veya kısmen engellemek ya da tanımlanmıĢ bir
kaynak bölgesi sınırları içerisinde kontrol altında tutmak
amacıyla yapılan iĢlem ekranlama adını alır.
 Bir baĢka ifade ile Ekranlama: kart, devre ya da cihaz düzeyinde
―iki ortamı birbirinden elektromanyetik anlamda izole etmek‖
anlamına gelir.
 Ekranlama malzemesi olarak genellikle mükemmel iletken
malzeme kullanılır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
43
EKRANLAMA
EKRAN
EKRAN
Gürültü
Kaynagi
Gürültü
Kaynagi
İÇ ALAN
YOK
DıĢ Alan Yok
Ekranın dıĢında
bulunan ortamın
giriĢimden korunması
için kullanılan ekran
modeli
01.01.2016
Ekranın
içinde bulunan ortamın
giriĢimden korunması için kullanılan
ekran modeli
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
44
EKRANLAMA
Ekrana gelen EM dalgalar üç temel
aşamada zayıflar.
Soğurulan
Dalga
Gelen Dalga
1-Ġlk olarak, gelen EM dalganın bir
kısmı hava-ekran sınırında yansır.
Yansıyan Dalga
Ġletilen Dalga
2-Daha sonra bir kısmı ekran içerisinde
yutulur
Çoklu Yansımalar
Metal
d
3-Ayrıca ekran içerisinde çoklu
yansımalara uğrar.
Ekran Modeli
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
45
Ekranlama Etkinliği (SE)
 SR=Yansıma kaybı [dB]
 SA=Soğurulma kaybı [dB]
 SMR=Malzeme içerisindeki tekrarlı yansıma kaybı
[dB]
 Olmak üzere ekranlama etkinliği bu üç kaybın
toplamı olarak yazılır.
S E  S R  S A  S MR
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
46
Ekran Etkinliği Ġçin Seviye Tanımları
Ekran Zayıflatma Seviyesi (dB) Düzey Tanımı
0-10dB
Kötü
10-30dB
Zayıf
30-60dB
Orta
60-90dB
Ġyi
>90dB
Mükemmel
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
47
Kaynağa olan mesafeye göre ekranlama
etkinliği ifadeleri[1]
Bu ifadelerde f(Hz), r(m) ve d(m) olarak alınmıĢtır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
48
Bazı metallerin bakıra göre bağıl sabitleri
r
r
1,05
1
Bakır
1
1
Altın
0,7
1
Alüminyum
0,61
1
Pirinç
0,26
1
Bronz
0,18
1
Teneke
0,15
1
KurĢun
0,08
1
Nikel
0,2
100
Paslanmaz Çelik (430)
0,02
500
Çelik (SAE 1045)
0,1
1000
Malzeme
GümüĢ
r: bağıl iletkenlik, r:bağıl manyetik sabit
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
49
Ekranlama Malzemelerinin Sınıflandırılması
 1- Ekranlama Etkinliği Yüksek Malzemeler:
 Çelik, bakır, paslanmaz çelik gibi malzemelerden
yapılmıĢ ve tamamen metal kaplı kutu (80-120 dB
ekranlama etkinliği)
 2- Ekranlama Etkinliği Standart Malzemeler:
 Ġletken metal tabakalar ya da Metal parçacıklı plastikler
(20-40 dB ekranlama etkinliği)
 3- Ekranlama Etkinliği Zayıf Malzemeler:
 MetalleĢtirilmiĢ kumaĢ yapılar Ġletken kağıt malzemeler
(iletken polimerler) (15-30 dB ekranlama etkinliği)
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
50
Ekran Etkinlik Seviyeleri (SE-dB)
Ekranlama Etkinliği (SE)
EdıĢ/Eiç
Ekran Seviyesi
10dB
%32
Kötü
20dB
%10
Alt Sınır
30dB
%3.6
Ortalama
60dB
%0.1
Ġyi
90dB
%0.0031
Çok Ġyi
120dB
%0.0001
Mükemmel
Kaynak tarafındaki alan Ģiddeti (EdıĢ)
SE=20log
[dB]
Ölçülen taraftaki alan Ģiddeti (Eiç)
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
51
Ekranlama Etkinliğinin Frekans, Malzeme ve Kanyak
özelliğine göre (MA, EA, DD) Değerlendirilmesi
Frekans
f (kHz)
Soğurma Kaybı
(SA)* (Tüm
Manyetik
Alanlar için)
Alan**
Yansıma Kaybı
Elektrik
Alan
Düzlemsel
Dalga
f<1
Kötü-zayıf
Kötü
Mükemmel
Mükemmel
1<f<10
Orta-iyi
Kötü-zayıf
Mükemmel
Mükemmel
10<f<100
Mükemmel
Zayıf
Mükemmel
İyi
Çok Mükemmel Zayıf-orta
İyi
Orta-iyi
f<1
Kötü
Zayıf
Mükemmel
Mükemmel
Manyetik
Olmayan
Malzeme
1<f<10
Kötü
Orta
Mükemmel
Mükemmel
10<f<100
Zayıf
Orta
Mükemmel
Mükemmel
(r=1, r=1)
100<f
Orta-iyi
İyi
Mükemmel
Mükemmel
Ekran
Malzemesi
Manyetik
Malzeme
(r=1000, r=0.1) 100<f
*0.08 mm kalınlığına sahip ekran için Soğurma Kaybı
** Kaynaktan 1m mesafe için Manyetik Alan yansıma Kaybı
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
52
Ekranlamada Genel YaklaĢımlar
 1-Sadece kritik devreler ekranlanmalıdır.
Önemli bir performans iyileĢtirmesi olmaksızın
gereksiz yere maliyet artıĢına neden olur.
 Pratikte hem ıĢıma yapan kaynak hem de kurban
ekranlanmalıdır.
 Ekranlama etkinliği ekranlamanın mekanik
donanımına bağlıdır.
Paslanma,
yüksek kontak direnci,
EM sızıntılar
ve ekran açıklıkları
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
53
Ekranlamada Genel YaklaĢımlar

Ekran, içerisine yerleĢtirilen devrenin toprağına
elektriksel olarak bağlanmalıdır.
Yani korunan devrenin sinyal toprağı ile ekran
bağlanmalıdır.
Ekranın fiziki boyutu /20 den küçükse, tek bir
bağlantı noktası yeterli olur,
değilse birkaç noktadan daha belli aralıklarla
bağlantı yapılmalıdır
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
54
Ekran Üzerindeki EM Kaçaklar
 Pratik uygulamalarda ekranlar üzerinde:
bağlantı noktaları,
anahtarlar,
ölçü aletleri,
havalandırma,
kablo bağlantıları vb. nedenlere bağlı olarak
açıklıklar ve delikler bulunabilmektedir.
 Bu açıklık ve delikler ekranda süreksizliğe neden
olmakta ve ekranlama etkinliğini azaltmaktadır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
55
Ekran Üzerindeki EM Kaçaklar
 Özellikle manyetik alanın ekranlanmasında
bu açıklıklar nedeniyle kaçaklar meydana
gelir.
 Bir ekran üzerindeki süreksizlik noktaları
nedeniyle oluĢan kaçak miktarı temel olarak
üç ana faktöre bağlıdır.
1-Açıklık boyutu,
2-Dalga empedansı ve
3-Kaynak frekansı
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
56
Ekrandaki Açıklıklar
H
I
I
Ekran üzerinden indüklenmiĢ
ekran akımlarının dağılımı
01.01.2016
Üzerinde bir açıklık bulunan ekranda
manyetik alan kaçağının oluĢumu
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
57
Ekrandaki Açıklıklar
I
h
d
Frekans [MHz], W ve d [mm] olmak üzere
ekranlama etkinliği:
W
S E  100  20 log W  20 log f  27.3
d
W
[dB]
Ekran üzerinde dikdörtgen yapıda
bir açıklık olması durumunda akım dağılımı
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
58
Ekrandaki Açıklıklar
I
s
D
D
D
d
h
s
d
Ekran üzerindeki delikler
ve ekran akım dağılımı
Havalandırma amaçlı çok
sayıda açıklığa sahip ekran
Arı peteği şeklinde
açıklık modeli
Genel olarak en büyük geniĢliği D olan herhangi bir açıklık için
ekran zayıflatması Ģu ifade ile verilir. ( f<fc , fc kesim frekansı)
d
S A  30
D
01.01.2016
[dB]
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
59
Örnek:
h
Bir bakır ekran üzerinde bulunan açıklık için
ekran etkinliğindeki zayıflamanın frekansa göre değişimi
d
W
W=150mm, d=h=0.1mm
120
100
E
S [dB]
80
60
40
20
0
-3
10
01.01.2016
-2
10
-1
10
0
10
f [MHz]
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
1
10
2
10
3
10
Kesim frekansı f=1GHz
60
ÖZET
EKRANLAMA
Manyetik Alanın Ekranlaması
Elektrik Alanın Alanın Ekranlaması
 Daha çok düşük frekanslarda
 Daha çok yüksek frekanslarda
(f<30 MHz) önem arz eder.
(f > 30MHz) önem arz eder.
 Ekran Zayıflaması frekansla
 Değişik parçalar arasındaki
artar.
 Ekran direnci mümkün
kontak direncinin kalitesi
önemlidir (izole edilmiş
parçalar anten gibi davranır).
olduğunca düşük tutulmalıdır.
 Delikler ve açıklıklar daha az
 Delikler ve açıklıkların etkisi
frekansa bağımlıdır.
önemlidir.
 Kablo bağlantısı ya da
havalandırma nedeniyle
bırakılan açıklıklar ekranlamayı
etkiler.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
61
ÖZET
 Ekranlı bir yapıya giren tüm kablolar filtrelenmelidir.
 Ekranlı kabloların ekranlı bir yapıya giriĢ noktasında ekranları
gövdeye bağlanmalıdır.
 Yansıma kaybı elektrik alanlar ve düzlemsel dalgalar için
oldukça büyüktür.
 Yansıma kaybı düĢük frekanslı manyetik alanlar için küçük
değerlerde kalır.
 Manyetik alanların ekranlanması elektrik alana nazaran daha
zordur.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
62
ÖZET
 DüĢük frekanslı manyetik alanların ekranlanması için manyetik
malzemeler kullanılmalıdır.
 E-alan, Düzlem dalga ve yüksek-frekanslı manyetik alanların
ekranlanmasında iyi iletken malzemeler kullanılmalıdır.
 Ekrandaki açıklıkların neden olduğu kaçak miktarı açıklığın en
büyük boyutuna bağlıdır.
 Ekran üzerinde aynı toplam alandaki çok sayıdaki deliğin neden
olduğu kaçak miktarı, aynı alandaki daha büyük boyutlu
açıklığın neden olduğu kaçak miktarından azdır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
63
Kablolar ve Ekranlama
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
64
Kablolar
 Kablolar, EMU kalitesi bakımından en önemli sistem
parçalarıdır.
 Sistemde istenmeyen gürültü sinyalleri kablolar
aracılığı ile taĢınırlar. Kablolar,
• Ġletim yolu olarak
• Anten gibi davranarak ıĢıma kaynağı olarak iĢlev
görürler.
 Sistem içerisinde ve sistemler arasında kapalı çevrim
alanlarına neden olurlar, ve halka anten etkisi
yaratabilirler.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
65
Kablolar
 EMU da kablo kalitesini belirleyen en temel unsurlar:
 Kablo ekran malzemesi ve kalitesi
 Kablo ekranının topraklanmasıdır.
 GiriĢim riskinin yüksek olduğu ortamlarda ekranlı
kablolar kullanılmalıdır.
 Koaksiyel kablolar ekranlı kablolardır.
 Tek ve çift ekranlı kablo tipleri mevcuttur
 Elektrik alan ve manyetik alanın
ekranlanması için ekran yapıları farklıdır.
 Burgulu kablolar da manyetik alan giriĢiminde ektin kablo tipidir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
66
KOAKSĠYEL KABLO
Sadece Elektrik alana karşı etkin
ekranlı koaksiyel kablo
Elektrik ve manyetik alana karşı
ekranlanmış koaksiyel kablo
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
67
Akım taĢıyan iletkenlerde E ve H alan değiĢimi
Elektrik
Alan
Ġletken
Ekran
Elektrik
Alan
Manyetik
Alan
Manyetik
Alan
Akım taşıyan bir iletken
çevresinde E ve H alanlar
Ekran
Ekranlı bir iletken
çevresinde E ve H alanlar;
ekran tek noktadan topraklı
Ekranlı iletken çevresindeki alanlar;ekran topraklı ve
Elektrik ekran akımı iletken akımına eşit fakat ters yönlü
Alan
•Ġletkenler arası giriĢim Ģekilleri:
Manyetik
Alan
01.01.2016
•1-Ġletkenler arası kapasitif kuplaj
•2-Ġletkenler arası manyetik kuplaj
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
68
KABLOLARIN EKRANLANMASI VE KUPLAJ ETKĠSĠ
Kablo

ekranlamalarında
temel
amaç
gerçekleşen EMG in azaltılmasıdır.
kapasitif
ve
endüktif
yolla
R direnci sıfıra eĢit alınabilir. Rg
L
ise sonsuz değerde kabul edilir.
1
Vg
R
Ekran
Ie
Rg
Kablo ekranlaması
L1
1
V1
Me1
R
E
Le
Ie
Re
Ve
Vg
Rg
Eşdeğer devre
01.01.2016
L
: Kablo boyu
Ie
: Ekran akımı
V1
: Ġç iletken gerilimi
Ve
: Ekran gerilimi
L1
: Ġç iletken endüktansı
Le
: Ekran endüktansı
Me1
: Ekran ile iletken arası
karĢılıklı endüktans
Vg
: GiriĢ gerilimi (Fark gerilimi)
Ortak Mod akımına bağlı transfer empedansı:
ZT 
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
Ve  V1
LI e
69
EKRANLI ĠLTKEN MANYETĠK KUPLAJ MODELĠ
I1
M1e
1
V1g
M1e
Me2
M12
I1
E
R1
1
R2
M12
V1g
2
E
R1
R2
2
a)
R
R
Topraklanmamış
kablo ekranı ve
manyetik kuplaj
modeli
A) Ekranı iki ucundan topraklı kablo manyetik kuplaj
modeli
2
I1
1
M12
VN
R2
2
R2
I1
1
R
M12
VN
R
Me2
V1g
V1g
Ie
M1e
R1
M1e
R1
E
E
b) Eşdeğer devresi
B) Eşdeğer devresi
01.01.2016
Ve
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
70
Ekranlı kablo manyetik kuplaj modeli
I1
1
M1e
+
R1
+
Le
V1g
E
c 
Ve
Re
M12
Ekran kesim frekansı:
-
Me2
+
R2 iç iletken üzerindeki gürültü gerilimi:
VN
VC
2
Re
R
 fc  e
Le
2Le
 c 

VN  VC  jM 12 I1 
 j  c 
R
 Burada VC , ekran akımı Ie nedeniyle iç iletkende (2) indüklenen gerilimi
 VN ise I1 gürültü akımının iç iletkende indüklediği gerilimi
 VN- VC iç iletken üzerindeki gerilimi temsil etmektedir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
71
EKRANLI ve EKRANLANMAMIġ ĠLETKEN ÜZERĠNDEKĠ GÜRÜLTÜ
GERĠLĠMĠNĠN FREKANSLA DEĞĠġĠMĠ
V N  jM 12 I 1
VN-VC
Gürültü Gerilimi
(dBV)
EMU da kullanılacak
ekranlı kabloların kesim
EkranlanmamıĢ
Ġletken
R 
VN  VC  M 12 I1  e 
 Le 
frekansları fc bilinmelidir.
Ekranlama
Etkinliği
f<fc iken akranlama
etkili olmaz.
3dB
Ekranlı Ġletken
c 
Ekran kesim
frekansı
Re
Le
 
5 Re
Le
f>fc durumunda etkin
ekranlama sağlanır.

Frekans
 Ekran üzerinden akım akmaya devam ettikçe, kesim frekansının yaklaĢık 5
katı bir frekans değerinden büyük frekanslar için mükemmel ekran etkinliği
sağlanır ve bu bölgede manyetik alana karĢı etkili ekranlama elde edilir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
72
KABLO EKRANLARININ TOPRAKLANMASI
Ekranın tek noktadan topraklanması elektrik alan kuplajı için etkili
olurken,
Manyetik gürültü kuplajı üzerinde çok az bir etkiye sahiptir.
Manyetik kuplajda ekran ve toprak dönüĢündeki akımlar önemlidir.
Ekran
1
V1g
Ie
Toprak üzerinden akan akımlar
ekran etkinliğini azaltacaktır (ICM).
I1
R1
ICM
Ekran kesim frekansı üst
bölgesinde ekran akımı merkez
iletken akımına yaklaĢır.
Etkin bir ekranlama elde
edebilmek için dönüĢ akımının
ekran üzerinden akmasının
sağlanması gerekir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
73
KABLO EKRANLARININ TOPRAKLANMASI
DönüĢ akımının tamamının ekran üzerinden akması
sağlanır. Bu yöntem düĢük frekanslar için etkin bir
ekranlama sağlar.
Ġki ucundan topraklı bir iletkeni manyetik alan
giriĢiminden korumak için, iletken ekranlanmalıdır ve
ekran iki ucundan topraklanmalıdır.
Bu, (f > fc ) ekran kesim frekansından büyük
frekanslarda iyi manyetik alan erkanlaması sağlar.
Frekans < 5fc
olduğu zaman; dönüĢ akımının
çoğunluğu toprak düzlemi kullanacağından, kablonun
manyetik alan erkanlama etkinliği azalacaktır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
74
KABLO EKRANLARININ TOPRAKLANMASI

ġekilde görüldüğü gibi kablo sonundaki toprak bağlantısı iptal
edilirse; dönüĢ akımının tamamı ekran üzerinden akar.
Bu, genellikle f<fc için uygun bir yöntemdir.

Ekranın 2 ucundan topraklanması, toprak dönüĢ yolu üzerinden
bir miktar akım akacağı için ekranlamayı azaltır.
Ekran
1
I1
I1
V1g
01.01.2016
R1
Ie=I1
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
Toprak
bağlantısı
yok
75
KABLO EKRANLARININ TOPRAKLANMASI



Kablo ekranı iki ucundan topraklandığı zaman, oluĢan
toprak çevrimindeki gürültü akımları nedeniyle manyetik
alana karĢı sınırlı bir ekranlama sağlanır.
Kablo ekranı sadece bir uçta topraklanmıĢ olsa bile,
gürültü akımları ekrana olan kapasitif kuplaj yoluyla hala
ekran üzerinden akabilir.
Bu nedenle düĢük frekanslarda çok iyi bir ekranlama elde
edebilmek için, ekran sadece sinyal dönüĢ iletkeni
olmamalı aynı zamanda bir ucu da mutlaka topraktan
izole olmalıdır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
76
EkranlanmıĢ Burgulu Çift Ġletken
Elektrik alan etkili biçimde
ekranlanır
Manyetik alan etkili biçimde
zayıflatılır
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
77
Ekranı Yük Tarafından Topraklı Kablo
Elektrik alan etkili biçimde ekranlanır
Manyetik alan için ekranlama
sağlamaz.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
78
Ekran Konnektör Bağlantısı
EMU uygulamalarında kablo konnektör bağlantıları da çok dikkatli yapılmalıdır.
Koaksiyel kablonun dıĢ iletkeni ekrana bağlanmıĢtır. Bu kolay ve pratik bir çözümdür, ancak yüksek
frekanslarda anten etkisi oluĢarak EM ıĢıma meydana gelir.
360o derece bağlantı sağlayan ekranlı
D-Tipi bağlantı konnektörü
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
79
Ekran Konnektör Bağlantısı
Kötü
Uygun bir Ekran
Sonlandırması için:
1-Toprak bağlantı
empedansı çok küçük
olmalıdır.
Yüksek frekanslarda bir anten gibi
davranarak ışıma yapacaktır.
2-360o de çok net bir Ekran
teması sağlanmalıdır.
İyi
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
80
Kablo Ekranlarının Toprak Bağlantı Örnekleri
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
81
Kablo Ekranlarının Toprak Bağlantı Örnekleri
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
82
Ekranlı Kablo Bağlantı Elemanları
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
83
Ekranlı Sistemler Arasında Kablo Bağlantıları
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
84
Ferrit Bilezik
Ġstenmeyen yüksek frekanslı
iĢaretleri süzmek için ferrit bilezik
içersinde iĢaret kabloları sargı
Ģeklinde dolaĢtırılabilir.
Yüksek frekanslarda saçılı kapasitesi
minimuma çekmek ve zayıflamayı
artırmak için Ferrit bilezikler (Ģok)
kullanılır.
Sargı sayısı ferrit bileziğin
empedans etkisini arttırır ancak
ferromanyetik rezonans
frekansını düĢürür.
Pratikte, sargılar arası kaçak
kapasitif etki oluĢtuğundan,
ikiden fazla sarım kullanılmaz.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
85
EMU Contaları
Örgülü contalar
Elastomer contalar
Tekstil contalar
Spiral yay contalar
Karbon Katkılı
Elastomer contalar
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
86
Ekranda EM GiriĢimin önlenmesi
Doğru
YanlıĢ
Ekranlı kutularda doğru Conta bağlantıları
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
87
KABLO BAĞLANTILARI
 Kabloları birbirine, belli bir panele ya da yüzeye
bağlarken sıkı temas çok önemlidir. Sıkı geçme yanında
geniĢ Ģeritlerle topraklama sağlanması da önemlidir.
 Çevre yüzeylerin iyi teması açısından iletken katkılı
plastikler, contalar ya da yaylar kullanılır. Ġletken katkılı
plastikler ve contalar ucuz ve kolay monte edilebilir
olmalarına karĢın izolasyonu düĢük ve ömürleri kısadır.
 Uygulamada plastik, örgülü, tekstil, karbon katkılı conta
tipleri kullanılır. Yaylar sıkı geçme sağladığından iyi
izolasyon sağlarlar, kendi kendilerini aĢınmaya karĢı
korurlar, ancak pahalı ve montajı zordur.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
88
KABLO BAĞLANTILARI
 Yüzey montajlarında iletkenlerin kontak yüzeyleri
temiz olmalı ve tam temas sağlanmalıdır. Yüzeyler
arasında yağ, toz ve pas gibi maddeler
bulunmamalıdır.
 Yüzey montajlarında zamanla paslanma önemli bir
EMU sorunu oluĢturur. Paslanmanın iki temel nedeni
Ģunlardır:
 Galvanik Etki: Farklı türden iki metalin oluĢturduğu
kontak yüzeyindeki rutubetten kaynaklanır. Zamanla bir
pil gibi yüzeyi aĢındırır.
 Elektrolitik Etki: Nem ve bağlantılar üzerinden akan
akım bağlantı üzerinde elektrolitik etkiler oluĢturur. Bu
etki kullanılan metallerden bağımsızdır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
89
TOPRAKLAMA
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
90
TOPRAKLAMA

IEEE topraklama tanımını

“Bir elektrik devresi yada cihazın, iletken bir ara
bağlantı ile, istemli ya da istem dışı olarak,
yeryüzü (toprak potansiyeline) yada toprak
yerine geçebilecek büyüklükte referans olan bir
yüzeye bağlanması”
şeklinde vermiştir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
91
TOPRAKLAMA

EMG problemlerinin azaltılmasında uygun
yapılmıĢ bir topraklama çok önemlidir.

Özellikle EMG sinyallerinin topraklanmasında
frekans faktörü belirleyici rol oynar.

Bundan dolayı EMG sinyal topraklamaları,
50Hz DC ve AC hatlar için yapılan
topraklamaya göre bazı farklılıklar içerir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
92
TOPRAKLAMA

Tüm iletkenler belli bir Z empedansına sahiptirler.
Empedans genellikle Z=R+jXL yapısındadır.
XL=2fLf   Z 

EMU da sinyal topraklaması yanında 50 Hz güç
topraklaması çok daha az öneme sahiptir.
 Güç toprağı üzerinde ölçülen gerilim değeri genellikle
100-200mV lar mertebesinde veya V mertebesindedir.
 Güç topraklamasında tek noktadan topraklama
güvenlik için gereklidir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
93
Pratikte toprak yerine geçebilecek yapılardan bazıları:
 • Çelik kafes binalar
 • Araç gövdesi (otomobil, uçak, gemi, uzay
gemisi)
 • Su boruları
 • Toprak elektrotlu sistemler
 • Topraklama plakası ve kafesi vb.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
94
TOPRAKLAMA



Farklı birimlerin veya elemanların bağlantı yapılarına göre, farklı
topraklama biçimleri mevcuttur.
EMG açısından öne çıkan ve yaygın kullanılan Temel Yöntemler:
 Tek-nokta topraklaması
 Çok-nokta topraklaması
 Hibrit Topraklama
Bu topraklama yöntemlerinden hangisinin kullanılacağı topraklanacak
sistemin çalıĢma frekans sınırları ile ilgilidir.
 Sinyal frekansı 300kHz e kadar olan analog devreler tek-nokta
topraklaması için uygundur.
 Buna karĢın sinyal frekansı MHz lerde olan analog/dijital devreler
için çok-nokta topraklaması tercih edilir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
95
Toprak Empedansı


Ġyi bir EMU topraklaması, sinyal referans gerilimleri için sıfır
empedans düzlem olarak düĢünülebilir.
Pratik uygulamalarda, iki toprak noktası arasındaki ortak empedans
üzerindeki toprak akımına bağlı olarak, iletim yollu giriĢim meydana
gelir.
Devre-2
Devre-1
V=Zt I
Toprak yüzeyi
I
Zt>0
Sıfır olmayan toprak empedansı nedeniyle ortak empedans girişimi
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
96
Tek-Nokta Topraklaması
 Her alt sistem referans toprağa ayrı ayrı bağlanır.
 Pratikte basit yapısı nedeniyle Seri-Bağlı sistem
yapısı kullanılır.
 Küçük sistemler için oldukça kullanıĢlıdır.
 Farklı güç seviyeleri içeren büyük yapılı sistemlerde
kullanılmamalıdır.
 Yüksek seviyeli devre yapıları daha büyük toprak
akımına neden olur, bu diğer alt seviyeli devrelere
zarar verebilir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
97
Tek-Nokta Topraklaması (f<<)
Seri Bağlı Sistem:
Kaynak
Devre-1
Z1
Devre-2
Z2
VA
I1+I2+I3
Devre-3
Z3
VB
I2+I3
VC
I3
VA < VB < VC
Farklı sistem noktaları arasında gerilim farklarına neden olabilir
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
98
Tek-Nokta Topraklaması (f<<)
Paralel Bağlı Sistem:
Kaynak
Devre-1
Z1
Devre-2
Devre-3
I1
Z2
I2
Z3 I3
Paralel bağlı toprak sistemi f<< için çok tercih edilir.
Tesis bakımından sağlıklı fakat kablo uzunluğu bakımından ekonomik değildir.
f>> için Z artar.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
99
Tek-Nokta Topraklama Sisteminde:



f    XL=2fL ve buna bağlı olarak toprak
empedansı Z  artar.
Yüksek Frekanslarda iletken boyutu /4 ün tek
katlarında bir uzunluğa eriĢirse;
 Toprak iletken empedansı daha yüksek değerlere
ulaĢabilir.
Bu durumda sadece Z artmayacak, aynı zamanda
iletken bir anten gibi davranarak IŞIMA ya neden
olacaktır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
100
Tek-Nokta Topraklama Sisteminde:

Toprak iletkeni boyu L,
L  /20 olması gerekir.

Böylece Toprak iletkeni ANTEN davranıĢı
gösteremez.

Toprak empedansı ZT düĢük tutulur.

Yüksek Frekanslarda Tek-nokta topraklaması tercih
edilmez.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
101
Tek-nokta topraklama sistemi, sistem ve alt sistem uygulaması
Sistem-X
Sistem-Y
X1
X2
X3
Sistem-Z
Sistem-X
topraklama
noktası
Topraklama
Barası
Yıldırım koruma
01.01.2016
Alt sistem X3
topraklama
noktası
Toprak elektrot
sistemi
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
102
Çok-nokta Topraklaması

Sinyal topraklamasında yüksek frekanslar (f >10MHz)
için çok nokta topraklaması öne çıkar.

Bu sistemde her bir eleman en kısa yoldan toprağa
bağlanır.
Kaynak
Devre-1
Z1
Devre-3
Z2
Devre-3
Z3
Toprak Düzlem
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
103
Çok-nokta Topraklaması

YF larda ve dijital devrelerde toprak empedansını
minimuma indirmek için kullanılır.

Yüksek frekanslarda iç sistemler arasında farklı
notalarda farklı gerilimler oluĢabilir.

Bu potansiyel farklarını sıfır toprak potansiyeline
getirebilmek için çok noktadan yapılan topraklama iyi
sonuç verir.

Çünkü her bir devre elemanı ortak toprak empedansı
üzerinden akar.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
104
Frekansa Göre Topraklama Tipi Seçimi

f 1 MHz Tek-Nokta Topraklaması

f> 10 MHz  Çok-Nokta Topraklaması



1 f < 10MHz Aralığında Tek-Nokta Topraklaması
kullanılabilir.
Ancak; topraklama iletken boyutu L < /20
olmalıdır.
ġayet L > /20  Çok-Nokta Topraklaması
uygulanabilir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
105
Sistem ve alt sistem içeren çok-nokta topraklama örneği
Sistem-Y
Sistem-Z
Sistem-X
X1
X2
X3
Bina çelik bağlantıları
Toprak elektrot
sistemi
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
106
Hibrit Topraklama
Farklı frekanslarda topraklama yapısı değiĢebilen toprak sistemidir.
1
2
Harici koaksiyel kablosunun her iki
ucunun Ģase üzerinden topraklanması
AF Topraklama

f<< için Tek-nokta
topraklaması (C açık
devre)
f>> için Çok-nokta
topraklaması (C Kısa
devre)
YF Topraklama
Hibrit topraklama tasarımında, toprak düĢük frekanslarda tek
nokta, yüksek frekanslarda çok noktalı toprak gibi iĢlev görür.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
107
Hibrit Topraklama
Bilgisayar terminali
ve klavye
Güç Kaynağı
CPU Bilgisayar
Güç ve yüksek frekansa
karĢın düĢük empedanslı
güvenlik topraklaması
Topraklama kablosu
 f<< için Çok-nokta topraklaması olarak iĢlev görür
(L kısa-devre)
 f>> için Tek-nokta topraklaması olarak iĢlev görür
(L açık-devre)
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
108
YAPISINDA ÇELĠK ĠÇEREN BĠNA
Hibrit Topraklama
YÜKSEK FREKANS EKĠPMANLARI
ALÇAK FREKANS EKĠPMANLARI
TOPRAK ELEKTROT SĠSTEMĠ
TOPRAK
ELEKTROT
SĠSTEMĠ
YILDIRIM
KORUMA
SĠSTEMĠ
HĠBRĠT TOPRAKLAMA SĠSTEMĠ
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
109
YÜK FREKANLARDA KABLO EKRANI TOPRAKLAMASI
 f<1MHz için:
 Ekran normal olarak tek-uçtan topraklanır
 Aksi halde büyük değerli 50Hz gürültü akımları ekran
üzerinde dolaĢabilir ve sinyal iletkenine giriĢim yapar.
 Tek uçtan yapılan topraklama, ekran-toprak çevrimini
ortadan kaldırır ve manyetik giriĢimi yok eder
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
110
YÜK FREKANLARDA KABLO EKRANI TOPRAKLAMASI
 f>1MHz ise veya L> /20 ise:
 Bu durumda kablo ekranı 1 den fazla noktadan topraklanmalıdır ki
ekran potansiyeli toprak potansiyelinde kalsın.
 f>> olduğu zaman ekran ile toprak arasında oluĢan saçılı kapasite
problemi ortaya çıkar. Bu durumda ekran-toprak arasında kapalı çevrim
oluĢur.
Vs
Cs
Yüksek frekanslarda saçılı Cs ile oluĢan ekran-toprak çevrimi
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
111
YÜK FREKANLARDA KABLO EKRANI TOPRAKLAMASI
 f>1MHz de ―skin effect‖ kuplaj etkisin azaltır.
 Gürültü akımları ekran yüzeyinden akmaya baĢlar.
 Sinyal ekranın iç yüzeyinden akmaya devam eder.
 Çoklu noktadan topraklama; koaksiyel kablo
kullanılması durumunda yüksek frekanslarda
manyetik alana karĢı ekranlama etkinliğini artırır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
112
YÜK FREKANLARDA KABLO EKRANI TOPRAKLAMASI
 ġekilde görüldüğü gibi, Cs saçılı kapasite eĢdeğeri
yerine gerçek değerli bir kapasite bağlanırsa Hibrit
Topraklama sağlanmıĢ olur.
 Bu yapı düĢük frekanslarda tek-nokta topraklama sı
olacaktır.
 Yüksek frekanslarda Cs kısa devre olur ve sistem çok-
nokta topraklamaya dönüĢür.
 Bu konfigürasyon sistemin geniĢ bir frekans aralığında
çalıĢmasını sağlar
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
113
ÖZET
 Alçak frekanslarda Tek-nokta topraklaması kullanılmalıdır.
 YF da ve dijital devre topraklamalarında Çok-nokta topraklama
sistemi kullanılabilir.
 2 yada daha fazla noktada toprağa bağlı hatlarda, bağlantı
noktaları arasında ortak mod için gerilim düşümü oluşabilir.
 Topraklama hattının en uzun boyutu, en yüksek frekanstaki en
küçük dalga boyu ile kıyaslanır.
 Pratikte; Topraklama Boyu</10 kuralı yeterli bir yaklaĢım
sağlar.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
114
ÖZET
 YF da, sinyal kabloları etrafındaki ekranlar, genellikle bir noktadan daha
fazla noktada topraklanmalıdır.
 Düşük frekanslı sistem en az üç ayrı toprak dönüşüne sahip olmalıdır.
• Sinyal toprağı
• Gürültü Toprağı
• Donanım toprağı
 Sinyal devresi 2 ucundan topraklanmış ise, oluşan toprak çevrimindeki
• Manyetik alanlar
• Toprak Fark gerilimlerinin neden olduğu gürültülere hassas hale gelir.
 Toprak çevrimlerini yok etme yöntemleri:




Ġzolasyon trafosu
CM ġok Bobini
Optik kuplör
Diferansiyel Amplifikatörler
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
115
BASKI DEVRELERDE (PCB) PRATĠK
EMG KONTROL YÖNTEMLERĠ
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
116
PCB tasarımında özellikle ESD etkisine karĢı temel önlemler

Basit PCB devresi için sinyal ve toprak hattı arasında oluşan kapalı çevrim
örneği:
+5V
IC
IC
GND
 Sinyal-toprak hattı arasındaki ÇEVRİM ALANININ küçültülmesi
gerekir.
 Bunun için Sinyal
yerleştirilmelidir.
01.01.2016
ve
Toprak
iletkenleri
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
birbirlerine
yakın
117
Sinyal ve Toprak iletkenleri birbirlerine yakın yerleĢtirilmelidir.
+5V
+5V
GND
IC
GND
İYİ
ZAYIF
+5V
ÇOK
İYİ
GND
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
118
Paralel iletken yollar azaltılmalıdır.
İYİ
YANLIŞ
Dairesel (Loop) anten olarak iĢlev görürler.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
119
Sinyal yolları toprağa yakın olmalıdır.
+5V
IC
GND
IC
ZAYIF
+5V
IC
GND
IC
İYİ
+5V
IC
GND
IC
TOPRAK DÜZLEMİ
MÜKEMMEL
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
120
Özellikle hassas elemanlarda, uzun sinyal ve güç hatları için belli
ararlıklarla iletkenlerin toprak hattı ile yerleri değiĢtirilebilir (transpose).
IC
IC
IC
IC
Böylece çok küçük alana sahip kapalı
çevrimlerin oluĢması sağlanır.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
121
Mümkünse Sinyal Beslemelerinin PCB KöĢeleri Yerine
Merkezden Yapılması
20cm
10cm
10cm
10cm
10cm
15cm
Sinyal Beslemesi
Merkezden
Sinyal Beslemesi Köşeden
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
122
ÖZET
 Sistemde endüktans etkisi azaltılmalıdır. Bunun için L ya da akımın
değiĢim hızı (di/dt) minimuma çekilmelidir.
 Endüktansın azaltılmasında devre yerleĢimi en önemli faktördür.
 Çevrim kapatan devre yollarının alanları olabildiğinde
küçültülmelidir.
 Eleman bacakları kısa tutulmalıdır.
 ĠĢaretin gidiĢ ve dönüĢ yolları birbirine yakın tutulmalıdır.
 Mümkün ise burgulu (twisted pair) hatlar kullanılmalıdır.
 Ana iĢaret hatları referansın yakınında olmalıdır.
 Yüzey montajlı elemanların kullanımı tercih edilmelidir.
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
123
Kaynaklar
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
ġükrü Özen, Niyazi Arı, Elektromanyetik Uyumluluk, Palme Yayınevi 2008
Leven Sevgi, Tasarımdan Üretime Elektromanyetik Uyumluluk, Eksen Yayıncılık,2006
IEEE, IEE, URSI yayınları
C.R. Paul, Introduction to Electromagnetic Compatibility, John Wiley Interscience, NY, 1992.
David Morgan, IEE A Handbook for EMC testing and Measurement, Peter
Peregrinus Ltd., 1996
Don White, The EMC, Telecom and Computer Encyclopedia Handbook, emfemi
control inc. Viginia, USA
Marshman Ch.
Guide to the EMC DIRECTIVE 89/336/EEC 1995
ICNIRP, International Non-Ionizing Radiation Committee of the IRPA
Guidelines on limits of Exposure to Radio Frequency EM Fields in the Frequency
Mardigiuan M.
Electrostatic Discharge, Inc. Gainesville 1986
Sten Benda, Interference-free electronics, Design and applications, Studentlitteratu, Sweden,
1991
Jasper J. Goedbloed, Electromagnetic Compatibility, Prentice Hall, 1990
Michel Mardiguian, Controlling Radiated Emissions by Design, Second Edition, Kluwer Academic
Publisher, 2001
V.Prasad Kodali, Engineering Electromagnetic Compatibility, IEEE Pres, 1996
Rocco F. Ficchi, Practical Design for Electromagnetic Compatibility, Hayden Book Company,
INC, 1971
Henry W. Ott, Noise Reduction Techniques in Electronic Systems, 2nd Edition, John Wiley &
Sons, 1988
01.01.2016
Doç.Dr.ġükrü ÖZEN
124