Shielding

การชีลด์(Shielding)

                การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถมีผลกระทบทางลบต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ เพราะสามารถเกิดจากหลายแหล่ง เช่น สายส่งไฟฟ้ากำลัง ระบบแสงฟลูออเรสเซนท์ มอเตอร์ไฟฟ้า จอภาพ(CRT) เครื่องมือสื่อสาร ระบบดิจิตอลความเร็วสูงในคอมพิวเตอร์ Transmitter และเครื่องมือไฟฟ้า หรือ อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ เป็นต้น

                การแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบไปด้วย การแปรเปลี่ยนสนามแม่เหล็ก และสนามไฟฟ้าตามเวลา สนามสัญญาณเหล่านี้ จะขึ้นในลักษณะแปรเปลี่ยนความแรงสัมพัทธ์ ยิ่งแรงดันไฟฟ้ายิ่งสูง วงจรกระแสยิ่งต่ำ มีแนวโน้มที่จะแผ่คลื่นสนามไฟฟ้า(E) เป็นส่วนใหญ่ หรือถ้าแรงดันไฟฟ้ายิ่งต่ำ วงจรกระแสยิ่งสูง มีแนวโน้มที่จะมีสนามแม่เหล็ก(H) ที่มีอิทธิพลเหนือกว่าในวงจรแรงดันต่ำกว่า และกระแสสูงกว่า

การชีลด์จากสนามไฟฟ้า

                แหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนธรรมดาทั่วไปมักจะเรียกว่า สัญญาณกวน(noise) ซึ่งมีอิทธิพลต่อสนามไฟฟ้าในธรรมชาติ คือ แสงฟลูออเรสเซนท์ สายไฟฟ้ากำลัง ซีอาร์ที(CRT) และวงจรดิจิตอลความเร็วสูง รูปแบบง่ายที่สุดของการกวนจากสนามไฟฟ้าที่เป็นตัวสร้างสัญญาณรบกวนในลักษณะแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าแบบตัวเก็บประจุต่อควบเข้ากับวงจรที่เราสนใจ 

สเตรย์คาปาซิแตนซ์ (Stray Capacitance: CS) จะเป็นต้นเหตุให้มีกระแสไฟไหลผ่านอิมพีแดนซ์ขาเข้าของมิเตอร์และขาออกของแหล่งจ่าย สิ่งนี้เป็นเหตุให้เกิดความผิดพลาดในการวัด ในสภาพทั่วไปที่เกี่ยวข้องกับแสงฟลูออเรสเซนท์ แหล่งจ่าย แรงดันไฟฟ้าระดับหลายร้อยโวลต์ที่ความถี่ของแหล่งจ่ายไฟฟ้ากำลัง ค่าสเตรย์คาปาซิแตนซ์จะอยู่ในระดับ     พิโคฟารัด (picofarad) ค่าความผิดพลาดของการวัด ขึ้นอยู่กับค่าอิมพีแดนซ์ขาออกของแหล่งจ่ายสัญญาณ และระดับแรงดันไฟฟ้าที่ทำการวัด ค่าผิดพลาดนี้ สามารถมีตั้งแต่ระดับละทิ้งได้จนถึงมากระดับมีผลกระทบเลวร้ายที่สุดเมื่อ      อิมพีแดนซ์ขาออกของแหล่งจ่ายสัญญาณสูง แต่ระดับแรงดันไฟฟ้าต่ำ

                การลดความผิดพลาดเนื่องมาจากการเกิดค่าตัวเก็บประจุเชื่อมต่อ(Coupling) นี้ทำได้ดีที่สุดโดยการใช้ฟาราเดย์ชีลด์ (Faraday Shield) การชีลด์แบบนี้โดยปกติก็จะประกอบด้วยชิ้นส่วนโลหะที่ถูกต่อลงดิน (Ground) ระหว่างแหล่งกำเนิดสัญญาณกวนกับวงจรที่ไวต่อสัญญาณ (Sensitive)

ค่า C12 คือ ค่าตัวเก็บประจุจากแหล่งสัญญาณรบกวนไปยังตัวชีลด์ C23 คือ ค่าตัวเก็บประจุจากตัวชีลด์ไปยังวงจรไวต่อสัญญาณขาเข้าของมิเตอร์ และ C13 คือ ค่าตัวเก็บประจุผ่านตัวชีลด์ (ค่าตัวเก็บประจุทะลุผ่าน) ระหว่างแหล่งกำเนิดสัญญาณรบกวนกับวงจรไวต่อสัญญาณกวน ค่า C13 จะมีขนาดต่ำกว่าค่าสเตรย์คาปาซิแตนซ์ต้นกำเนิด (CS)         หลายออร์เดอร์ ตัวฟาราเดย์ชีลด์จะต้องครอบคลุมวงจรทั้งหมด โดยไม่มีการขาดตอนที่ตำแหน่งใด ๆ และตัวชีลด์จะต้องทำจากวัสดุที่มีความต้านทานต่ำ เพื่อให้กระแสไฟไหลผ่านตัวชีลด์กลับสู่แหล่งกำเนิดสัญญาณได้ง่าย มิฉะนั้นแล้วกระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่าน C12 จะเป็นเหตุให้เกิดแรงดันตกไปตามความยาวของตัวชีลด์ ผลตามมา คือ มีกระแสไหลผ่าน C23 เข้าสู่วงจรไวต่อสัญญาณที่จุดต่อ (node) 1

การต่อชีลด์ที่จุดใช้งานจะให้ผลดีที่สุด การชีลด์ที่สมบูรณ์ที่สุดระหว่างแหล่งสัญญาณกวนกับวงจรไวต่อสัญญาณจะประสบความสำเร็จถ้าทั้งแหล่งกำเนิดและวงจรถูกแยกการชีลด์จากกัน โดยการใช้การชีลด์แบบใกล้ชิดมาก และแต่ละชีลด์ก็ถูกต่อเข้ากับระบบกราวด์(Ground) ของเครื่องเอง

ตัวอย่างการชีลด์ที่ถูกนำมาใช้ในชีวิตประจำวัน และสามารถพบเห็นได้ง่าย

Coaxial Cable

ขอบคุณอาจารย์ที่ปรึกษา
         อาจารย์ ธวัชชัย ชยาวนิช ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้า มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีพระจอมเกล้าธนบุรี
ผู้จัดทำ
        1. นายพรภวิษย์ เลี้ยงพานิชย์  2A 55070500431
        2. นายอนวัช บัวคำ                    2B 55070500451

อ้างอิงจาก
1. Vadim Manassewitsch. Frequency Synthesizers. Third Edition. New York : Wiley Interscience, 1987
2. Stanley Wolf. Student reference manual for electronic. For electronic instrumentation laboratories. New Jersey : Prentice Hall, 1990
3. Walter H. Buchsbaum. Complete guide to digital test equipment. New Jersey : Prentice Hall, 1977
4. รศ.ดร. เอก ไชยสวัสดิ์. (2539). การวัดและเครื่องมือวัดทางไฟฟ้า. กรุงเทพฯ : สมาคมส่งเสริมเทคโนโลยี ไทย-ญี่ปุ่น
5. สุพจน์ ตุงคเศรวงค์. (2554). มาตรวิทยาการสอบเทียบมาตรฐานไฟฟ้า. กรุงเทพฯ : บริษัท เมเซอร์โทรนิกส์ จำกัด