Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи

Цель лекции: ознакомление магистрантов с источниками образования технических каналов утечки информации

Содержание: индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи:

а) микрофонный эффект;

б) пьезоэлектрический эффект.

5.1 Микрофонный эффект

Электромеханический вызывной звонок телефонного аппарата — типичный представитель индуктивного акустоэлектрического преобразователя, микрофонный эффект которого проявляется при положенной микротелефонной трубке. На рисунке 5.1 приведена схема телефонного аппарата, а на рисунке 5.1 — схема вызывного звонка.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru   Рисунок 5.1 – Схема телефонного аппарата
Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru   Рисунок 5.2 – Схема вызывного звонка  

ЭДС микрофонного эффекта звонка может быть определена по формуле:

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru  

где р — акустическое давление; Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru — акустическая чувствительность звонка; здесь F — магнитодвижущая сила постоянного магнита; S — площадь якоря (пластины); m0 — магнитная проницаемость сердечника; w — число витков катушки; SM — площадь плоского наконечника; d — значение зазора; zM — механическое сопротивление.

На таком же принципе (электромеханического вызывного звонка) образуется микрофонный эффект и в отдельных типах электромеханических реле различного назначения (см.рисунок 5.3). Акустические колебания воздействуют на якорь реле. Колебания якоря изменяют магнитный поток реле, замыкающийся по воздуху, что приводит к появлению на выходе катушки реле ЭДС микрофонного эффекта.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru КС — контактная система; К — катушка; С – сердечник. Рисунок 5.3 - Схема работы реле  
Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 5.4 - Схема громкоговорителя  

Динамические головки прямого излучения, устанавливаемые в абонентских громкоговорителях, имеют достаточно высокую чувствительность к акустическому воздействию (2–3 мВ/Па) и довольно равномерную в речевом диапазоне частот амплитудно-частотную характеристику, что обеспечивает высокую разборчивость речевых сигналов. Схема динамической головки представленана рисунке 5.3. ЭДС микрофонного эффекта динамической головки:



Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru  

где Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru — акустическая чувствительность;

l — длина проводника, движущегося в магнитном поле с индукцией В;

S — площадь поверхности, подверженной влиянию давления акустического поля;

zM — механическое сопротивление.

Известно, что абонентские громкоговорители бывают однопрограммные и многопрограммные. В частности, у нас в стране находят достаточно широкое распространение трехпрограммные абонентские громкоговорители.

Наличие сложной электронной схемы построения трехпрограммных громкоговорителей (обратные связи, взаимные переходы, гетеродины) способствует прямому проникновению сигнала, наведенного динамической головкой, на выход устройства (в линию). Не исключается и излучение наведенного сигнала на частотах гетеродинов (78 и 120 кГц).

Исполнительное устройство вторичных электрочасов представляет собой шаговый электродвигатель, управляемый трехсекундными разнополярными импульсами напряжением ±24 В, поступающими с интервалом 57 с от первичных электрочасов.

Микрофонный эффект вторичных часов, обусловленный акустическим эффектом шагового электродвигателя, проявляется в основном в интервалах ожидания импульсов управления. Схематически устройство шагового двигателя представлено на рисунке 5.5.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 5.5 – Устройство шагового двигателя  

Степень проявления микрофонного эффекта вторичных электрочасов существенно зависит от их конструкции: в пластмассовом, деревянном или металлическом корпусе; с открытым или закрытым механизмом; с жестким или "мягким" креплением.

В магнитоэлектрическом измерительном приборе имеются неподвижный постоянный магнит и подвижная рамка, которая поворачивается вокруг своей оси под воздействием собственного магнитного поля, создаваемого измеряемым напряжением, и магнитного поля постоянного магнита. Рамка соединена со стрелкой, конец которой перемещается по шкале измерения (см. рисунок 5.6).

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 5.6 - Устройство магнитоэлектрического измерительного прибора  

Если акустические колебания воздействуют на рамку, она вращается под их давлением и на ее концах возникает ЭДС индукции.

Практически аналогичная ситуация будет при воздействии акустических колебаний на электромагнитный измерительный прибор. Различие между магнитоэлектрическим и электромагнитным приборами сводится к тому, что в электромагнитном приборе вместо постоянного магнита используется электромагнит.

Следует отметить, что ЭДС микрофонного эффекта возникает и может использоваться в состоянии покоя прибора, когда он не используется для конкретных измерений.

Представителем индукционных акустоэлектрических преобразователей являются различные трансформаторы (повышающие, понижающие, входные, выходные, питания и др.).

Трансформатор состоит из замкнутого сердечника из мягкой стали или феррита, на котором имеются как минимум две изолированные друг от друга катушки (обмотки) с разными числами витков.

Акустическое влияние на сердечник и обмотку трансформатора (например,на входной трансформатор усилителя звуковых частот) приведет к появлению микрофонного эффекта. Если ЭДС индукции появляется в первичной обмотке, то во вторичной обмотке она увеличивается на значение коэффициента трансформации.

Магнитострикция — изменение размеров и формы кристаллического тела при намагничивании — вызывается изменением энергетического состояния кристаллической решетки в магнитном поле и, как следствие, расстояний между узлами решетки. Наибольших значений магнитострикция достигает в ферро‑ и ферритомагнетиках, в которых магнитное взаимодействие частиц особенно велико.

Обратное по отношению к магнитострикции явление — Виллари‑эффект (изменение намагничиваемости тела при его деформации). Виллари‑эффект обусловлен изменением под действием механических напряжений доменной структуры ферромагнетика, определяющей его намагниченность. В усилителях с очень большим коэффициентом усиления входной трансформатор на ферритах при определенных условиях вследствие магнитострикционного эффекта способен преобразовывать механические колебания в электрические.

5.2 Пьезоэлектрический эффект

Изучение свойств твердых диэлектриков показало, что некоторые из них поляризуются не только с помощью электрического поля, но и в процессе деформации при механических воздействиях на них. Поляризация диэлектрика при механическом воздействии на него называется прямым пьезоэлектрическим эффектом. Этот эффект имеется у кристаллов кварца и у всех сегнетоэлектриков. Чтобы его наблюдать, из кристалла вырезают прямоугольный параллелепипед, грани которого должны быть ориентированы строго определенным образом относительно кристалла. При сдавливании параллелепипеда одна его грань заряжается положительно, а другая — отрицательно. Оказывается, что в этом случае плотность поляризованного заряда грани прямо пропорциональна давлению и не зависит от размеров параллелепипеда. Если сжатие заменить растяжением параллелепипеда, то заряды на его гранях изменяют знаки на обратные.

У пьезокристаллов наблюдается и обратное явление. Если пластину, вырезаннуюиз пьезокристалла, поместить в электрическое поле, зарядив металлические обкладки, то она поляризуется и деформируется, например, сжимается. При перемене направления внешнего электрического поля сжатие пластинки сменяется ее растяжением (расширением). Такое явление называется обратным пьезоэлектрическим эффектом.

Чтобы воспринять изменение заряда или напряжения, к пьезоэлектрическому материалу подсоединяют две металлические пластины, которые фактически образуют пластины конденсатора, емкость которого определяется соотношением:

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru    

где Q — заряд; U— напряжение.

На практике в качестве пьезоэлектрического материала применяются кристаллы кварца, рочелиевая соль, синтетические кристаллы (сульфат лития) и поляризованная керамика (титанат бария).

Кварцевые пластины широко используются в пьезоэлектрических микрофонах, охранных датчиках, стабилизаторах генераторов незатухающих колебаний. На рисунке 5.7 показано устройство пьезоэлектрического микрофона. Когда звуковое давление Р отклоняет диафрагму 1, ее движение вызывает деформацию пьезоэлектрической пластины 2, которая, в свою очередь, вырабатывает электрический сигнал на выходных контактах.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru   Рисунок 5.7 - Устройство пьезоэлектрического микрофона

6 Лекция №6. Паразитные связи и наводки

Цель лекции: ознакомление магистрантов с паразитными связями и наводками

Содержание:

а) паразитные емкостные связи;

б) индуктивные связи;

в) электромагнитные связи;

г) нежелательные излучения технических средств обработки
информации.

6.1 Паразитные связи

Элементы, цепи, тракты, соединительные провода и линии связи любых электронных систем и схем постоянно находятся под воздействием собственных (внутренних) и сторонних (внешних) электромагнитных полей различного происхождения, индуцирующих или наводящих в них значительные напряжения. Такое воздействие называют электромагнитным влиянием, или просто влиянием на элементы цепи. Так как такое влияние образуется непредусмотренными связями, то говорят о паразитных (вредных) связях и наводках, которые также могут привести к образованию каналов утечки информации.

Основными видами паразитных связей в схемах электромагнитных устройств являются емкостные, индуктивные, электромагнитные, электромеханические и связи через источники питания и заземления радиоэлектронных средств. Рассмотрим паразитные связи и наводки на примере широко распространенных усилительных схем различного назначения.

Паразитные емкостные связи.

Эти связи обусловлены наличием электрической емкости между элементами, деталями и проводниками усилителей, несущих потенциал сигнала. Так как сопротивление емкости, создающей паразитную емкостную связь, падает с ростом частоты Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru , проходящая через нее энергия с повышением частоты увеличивается. Поэтому паразитная емкостная связь может привести к самовозбуждению на частотах, превышающих высшую рабочую частоту усилителя.

Чем больше усиление сигнала между цепями и каскадами, имеющими емкостную связь, тем меньшей емкости достаточно для его самовозбуждения. При усилении в 105 раз (100 дБ) для самовозбуждения усилителя звуковых частот иногда достаточно емкости между входной и выходной цепями Спс = 0,01 пФ.

Индуктивные связи.

Такие связи обусловлены наличием взаимоиндукции между проводникамии деталями усилителя, главным образом, между его трансформаторами. Паразитная индуктивная обратная связь между трансформаторами усилителя, например между входным и выходным трансформаторами, может вызвать самовозбуждение в области рабочих частот и на гармониках.

Для усилителей с малым входным напряжением (микрофонные, магнитофонные и др.) очень опасна индуктивная связь входного трансформатора с источниками переменных магнитных полей (трансформаторами питания). При расположении такого источника в нескольких десятках сантиметров от входного трансформатора наводимая на вторичной обмотке трансформатора средних размеров ЭДС может достигнуть нескольких милливольт, что в сотни раз превосходит допустимое значение. Значительно слабее паразитная индуктивная связь проявляется при тороидальной конструкции входного трансформатора. Паразитная индуктивная связь ослабляется при уменьшении размеров трансформаторов.

Электромагнитные связи.

Паразитные электромагнитные связи приводят к самовозбуждению отдельных каскадов звуковых и широкополосных усилителей на частотах порядка десятков и сотен мегагерц. Эти связи обычно возникают между выводными проводниками усилительных элементов, образующими колебательную систему с распределенными параметрами на резонансной частоте определенного значения.

Электромеханические связи.

Паразитные электромеханические связи проявляются в устройствах, корпус которых имеет жесткую механическую связь с включенным на вход усилителя громкоговорителем, в усилителях, расположенных близко от громкоговорителя, а также в усилителях, подвергающихся вибрации (сотрясению). Механические колебания диффузора близкорасположенного громкоговорителя через корпус последнего и шасси усилителя, а также через воздух передаются усилительным элементам. Вследствие микрофонного эффекта эти колебания вызывают в цепях усилителя появление переменной составляющей тока, создающей паразитную обратную связь.

Транзисторы почти не обладают микрофонным эффектом, поэтому паразитная электромеханическая связь проявляется в основном в ламповых усилителях.

Обратная связь в усилителях.

Обратная связь представляет собой передачу сигналов из последующих цепей в предыдущие, т.е. в направлении, обратном нормальному, например, из выходнойцепи усилительного элемента или усилителя в его входную цепь.

В системах с обратной связью, используемых в качестве усилителя, термином устойчивость определяют наличие или отсутствие в системе собственных установившихся колебаний. В то время как система, не имеющая цепей обратной связи, всегда устойчива, введение обратной связи может оказаться причиной возникновения колебаний в системе.

Амплитудные и фазовые характеристики усилителя и цепи обратной связи являются функциями частоты, и по этой причине обратная связь может быть положительной при одних частотах и отрицательной – при других. Следовательно, система, имеющая отрицательную обратную связь в среднечастотном диапазоне, может оказаться системой с положительной обратной связью при частотах, удаленных от этого диапазона, и быть каналом утечки информации.

6.2 Нежелательные излучения технических средств обработки
информации

Технические средства, не являющиеся радиопередающими устройствами, являются источниками нежелательных электромагнитных излучений. Такие излучения называются побочными электромагнитными излучениями. Существуют различные причины их возникновения. В цепях различных устройств протекают переменные электрические токи, порождающие электромагнитные поля, излучаемые в окружающее пространство. Структура и параметры электромагнитных полей, создаваемых токоведущими элементами, определяются конструктивными особенностями систем и средств информатизации и связи, а также условиями их размещения и эксплуатации. Такие электромагнитные излучения являются потенциальными носителями опасного сигнала.

Технические средства различного назначения могут иметь в своем составе устройства, которые для выполнения своих основных функций генерируют электромагнитные колебания (эталонные и измерительные генераторы, генераторы тактовых частот, генераторы развертки электронно-лучевых трубок, гетеродины радиоприемных устройств и т.д.).

В отдельных технических средствах, например в усилительных каскадах, могут возникать паразитные излучения, обусловленные их самовозбуждением за счет паразитных положительных обратных связей. Причины возникновения нежелательных обратных связей в усилителях могут быть различными. Параметры элементов радиоэлектронной аппаратуры — конденсаторов, резисторов, катушек индуктивности, отрезков соединительных линий — вне полосы рабочих частот существенно отличаются от соответствующих параметров на рабочих частотах. Наличие конечной индуктивности выводов элементов, различных паразитных емкостей, проявление свойств цепей с распределенными параметрами, различные межэлементные соединения образуют большое количество паразитных колебательных систем и обратных связей, свойства которых невозможно предусмотреть и учесть заранее.

Причины возникновения нежелательных обратных связей в усилителях можно разделить на две группы. Первая группа причин связана с наличием внутренних обратных связей через усилительный прибор. Ко второй группе относят внешние обратные связи через паразитные индуктивности, емкости, цепи питания, регулировок и т.д.

К таким каналам можно отнести все виды обратной связи между входной и выходной цепями, в пределах каждого отдельного каскада, в пределах двух, трех и более каскадов. Практически напряжение с выхода усилителя на его вход может передаваться в результате действия следующих основных видов внешних обратных связей:

через емкость между выходной и входной цепями усилителя. Этот вид связи имеет место в тех случаях, когда провода входной цепи проходят рядом с проводами выходной цепи (емкость C1, рисунке 6.1), когда отсутствуют экраны между каскадами или когда они недостаточно экранированы (емкость С2 рисунке 6.1), когда среди монтажных проводов имеются провода, не имеющие отношения к высокоточным цепям, но связанные с ними емкостями (емкости С3 и С4, рисунке 6.1);

— через взаимоиндуктивности между выходным и входным контурами избирательного усилителя;

— через провода питания активных элементов усилителя;

— через провода регулировок, подключенные к различным точкам усилительных каскадов;

— через шасси и корпус усилителя, являющиеся общим проводом, соединяющим ряд его точек.

В определенных условиях нежелательная обратная связь может оказаться положительной, а условия самовозбуждения - выполненными. Это приводит к возникновению паразитной генерации устройства на этой частоте, предсказать которую заранее практически невозможно.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 6.1 – Образование паразитной емкостной обратной связи в многокаскадном усилителе  

Побочные излучения технических средств обработки информации могут иметь место в различных участках частотного диапазона. Низкочастотными излучателями электромагнитных колебаний являются, например, усилительные устройства различного функционального назначения и конструктивного исполнения. На более высоких частотах наблюдаются излучения гетеродинов радиоприемных устройств, измерительных генераторов, генераторов тактовых частот электронно-вычислительной техники и т.д.

Нежелательные излучения различных устройств могут содержать опасные сигналы. В процессе функционирования технических средств обработки информации элементы генераторов, усилителей и других излучающих электромагнитные поля устройств могут оказаться в зоне действия электромагнитных полей опасных сигналов. Воздействие электромагнитного поля опасного сигнала на рассматриваемые устройства может привести к изменению параметров отдельных элементов генератора или усилителя. Результатом такого изменения является паразитная модуляция опасным сигналом нежелательных излучений технических средств. Следствием этого является появление в окружающем пространстве нежелательных излучений, модулированных опасными сигналами, т.е. создаются предпосылки для утечки информации, обрабатываемой техническими средствами.

7 Лекция №7. Утечка информации по цепям заземления

Цель лекции: ознакомление магистрантов с утечками информации по цепям заземления.

Содержание:

а) утечка информации за счет падения напряжения на сопротивлении заземляющего устройства;

б) утечка информации по общей цепи заземления двух различных устройств.

Заземлением называется преднамеренное соединение объекта с заземляющим устройством, осуществляемое путем создания системы проводящих поверхностей и электрических соединений, предназначенных для выполнения различных функций.

Заземление экранирующих поверхностей способствует ослаблению нежелательных связей и является составной частью системы экранирования. Проводящие поверхности и электрические соединения системы заземления экранов предназначены для протекания обратных токов в сигнальных цепях и цепях электропитания.

Одной из причин попадания опасного сигнала в систему заземления является наличие электромагнитного поля — носителя опасного сигнала в местах расположения элементов системы. Это электромагнитное поле будет наводить в расположенной поблизости системе заземления ток опасного сигнала.

Проникновение опасного сигнала в цепи заземления может быть связано с образованием так называемых контуров заземления. Рассмотрим два устройства, соединенные парой проводников, один из которых является сигнальным, а другой служит для протекания обратных токов (см. рисунок 7.1).

Пусть возвратный проводник соединен с корпусом первого (I) устройства, а корпус - с землей. Если этот проводник соединен с корпусом второго (II) устройства, также имеющего электрический контакт с землей (соединение 2'‑3'), то образуется замкнутый проводящий контур 2‑2'‑3'‑3‑2. Внешнее электромагнитное поле источника опасного сигнала наводит в этом контуре ЭДС, вызывая протекание тока Iос, который, в свою очередь, создает на участке 2‑3 падение напряжения Uос (опасного сигнала) равное:

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru    

где Z23 — сопротивление участка цепи 2-3.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru   Рисунок 7.1 - Образование контуров заземления между двумя устройствами  

Если отсутствует проводник 2'-3' или соединение проводника 2-2' с кор­пусом второго устройства, то возможность образования контура заземления полностью не исключается. В этих случаях контур может состоять из провод­ников 2-2', 3-3', земляной шины и паразитных емкостей между сигнальной цепью и корпусом второго устройства С2, а также между корпусом второго устройства и землей С23.

Еще одна причина появления опасного сигнала в цепи заземления связана с конечным значением величины сопротивления заземляющих проводников. По заземляющему проводнику протекает обратный электрический ток опасного сигнала (см. рисунок 7.2).

Из-за конечного сопротивления Rз земляной шины на этом сопротивлении создается падение напряжения:

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru  

где UC – напряжение источника сигнала;

RC1, RC2 — внутреннее сопротивление источника сигнала и сопротивление нагрузки соответственно.

При Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru :

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru  
Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 7.2 - Утечка информации за счет падения напряжения на сопротивлении заземляющего устройства  

Напряжение опасного сигнала в цепи заземления будет тем больше, чем больше величина сопротивления Rз.

Утечка информации по цепям заземления может также происходить вследствие того, что общая земля служит обратным проводом для различных контуров. Рассмотрим ситуацию, представленную на рисунке 7.3.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 7.3 - Утечка информации по общей цепи заземления двух различных устройств  

В этом случае для двух различных контуров — сигнального и постороннего — общая земля является обратным проводом с эквивалентным сопротивлением Rз.

На эквивалентном сопротивлении земли Rз возникает падение напряжения за счет протекания обратного тока опасного сигнала -Ic, равное:

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru при Rз<< Rc1+ Rc2  

где RC1, RC2 — внутреннее сопротивление источника опасного сигнала Uc и сопротивление нагрузки в цепи сигнального контура.

На сопротивлении нагрузки R2 постороннего контура имеет место падение напряжения Uос, вызванное протеканием обратного тока опасного сигнала -Iс по общей цепи заземления, которое равно:

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru при Rз<< R1+ R2,  

где R1 — внутреннее сопротивление источника напряжения U2 в цепи постороннего контура. Подставляя (25) в (26), получим выражение для определения величины падения напряжения опасного сигнала на нагрузке постороннего контура:

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru  

Возможность утечки информации, связанная с цепями заземления, обусловлена также наличием электромагнитного поля опасного сигнала в грунте вокруг заземлителя. Из-за большого затухания, вносимого грунтом, магнитное поле в землю практически не проникает. Электрическое поле в земле определяется величиной потенциала заземлителя и параметрами грунта, где происходит растекание тока опасного сигнала. С помощью дополнительных заземлителей можно осуществить перехват опасного сигнала (рисунок 7.4).

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 7.4 - Утечка информации по цепям заземления, обусловленная наличие электромагнитного поля в грунте

8 Лекция №8. Утечка информации по цепям электропитания

Цель лекции: ознакомление магистрантов с утечками информации по цепям заземления.

Содержание:

а) утечка информации за счет падения напряжения на сопротивлении заземляющего устройства;

б) утечка информации по общей цепи заземления двух различных устройств.

Как правило, провода общей сети питания распределяются по различным помещениям, где расположены технические системы, и соединены с различными устройствами. Вследствие этого образуется нежелательная связь между отдельными техническими средствами. Кроме того, провода сети питания являются линейными антеннами, способными излучать или воспринимать электромагнитные поля. На практике значительная часть нежелательных наводок между удаленными друг от друга устройствами происходит с участием сети питания. При этом возможны различные ситуации. В случае асимметричной наводки, когда провода сети питания прокладываются вместе и имеют одинаковые емкости относительно источников и приемников наводки, в них наводятся напряжения, одинаковые по величине и по фазе относительно земли и корпуса приборов. На рисунке 8.1 представлены действительная и эквивалентная схемы нежелательной асимметричной связи двух устройств, питающихся от общей сети.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru а) Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru б) Рисунок 8.1- Действительная (а) и эквивалентная (б) схемы нежелательной асимметричной связи двух устройств  

На рисунке 8.2 показан прием опасного сигнала через сеть питания, в которой наводятся напряжения за счет электромагнитного поля, излучаемого техническими средствами, а на рисунке 8.3 показано излучение опасного сигнала через цепи питания источника наводки.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 8.2 – Утечка информации по цепям электропитания за счет побочных электромагнитных наводок  

Все рассмотренные виды распространения наводок по сети питания являются асимметричными или однопроводными, поскольку оба провода сети питания передают сигнал наводки в одном направлении.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 8.3 – Утечка информации по цепям электропитания за счет побочного электромагнитного излучения  

Симметричное распространение наводки имеет место в тех случаях, когда на проводах сети индуцируются различные напряжения относительно земли. Тогда между проводами образуется высокочастотная разность потенциалов, и по проводам сети проходят токи наводки в разных направлениях (см. рисунок 8.4).

Вследствие этого в приемнике наводки индуцируются равные по величине обратные по знаку напряжения. Поэтому симметрично распространяющаяся наводка не может проникнуть в высокочастотную часть приемника наводки. Проникновение симметричной наводки через силовой трансформатор путем передачи напряжения, наведенного в первичной обмотке, во вторичную маловероятно вследствие существенных отличий частот сети питания и сигнала наводки. Симметричное распространение наводки опасно только при асимметрии приемника наводки относительно проводов сети питания. Например, если в один из проводов сети питания ввести предохранитель, то провода сети будут иметь разные емкости относительно приемника наводки. Через них будут передаваться напряжения, разность которых приведет к наводке в приемнике.

Одними из основных устройств, без которых невозможна работа любого технического средства, являются вторичные источники питания, предназначенные для преобразования энергии сети переменного тока или постоянного тока в энергию постоянного или переменного тока с напряжением, необходимым для питания аппаратуры технических средств.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 8.4- Симметричное распространение наводки по цепям электропитания  

При определенных условиях вторичные источники питания совместно с подводящими питающими линиями могут создавать условия для утечки информации, циркулирующей в техническом средстве. Несмотря на большое разнообразие конкретных технических решений схем построения таких источников питания, все они содержат в своем составе трансформаторы, выпрямители, сглаживающие фильтры, стабилизаторы и обладают конечным внутренним сопротивлением. При наличии в составе технических средств усилительных каскадов токи усиливаемых в них сигналов замыкаются через вторичный источник электропитания, создавая на его внутреннем сопротивлении падение напряжения, изменяющееся в соответствии с законом изменения усиливаемого (опасного) сигнала.

При недостаточном затухании в фильтре источника питания это напряжение может быть обнаружено в питающей линии.

9 Лекция №9. Утечка информации по акустическим каналам

Цель лекции: ознакомление магистрантов с утечками информации по цепям заземления.

Содержание:

а) утечка информации за счет падения напряжения на сопротивлении заземляющего устройства;

б) утечка информации по общей цепи заземления двух различных устройств.

9.1 Прямой акустический канал

Наиболее простым способом перехвата речевой информации является подслушивание (прямой перехват). Разведываемые акустические сигналы могут непосредственно приниматься ухом человека, реагирующим на изменение звукового давления, возникающего при распространении звуковой волны в окружающем пространстве. Диапазон частот акустических колебаний, слышимых человеком, от 16-25 Гц до 18-20 кГц в зависимости от индивидуальных особенностей слушателя. Человек воспринимает звук в очень широком диапазоне звуковых давлений, одной из базовых величин этого диапазона является стандартный порог слышимости. Под ним условились понимать эффективное значение звукового давления, создаваемого гармоническим звуковым колебанием частотой F=1000 Гц, едва слышимым человеком со средней чувствительностью слуха. Порогу слышимости соответствует звуковое давление Р=2×10-5 Па. Верхний предел определяется значением Р=20 Па, при котором наступает болевое ощущение (стандартный порог болевого ощущения).

В случаях, когда уровни звукового давления, создаваемого звуковой волной, ниже порога слышимости, когда нет возможности непосредственно прослушивать речевые сообщения или требуется их зафиксировать (записать), используют микрофон.

Микрофон является преобразователем акустических колебаний в электрические сигналы. В зависимости от физического явления, приводящего к такому преобразованию, различают основные типы микрофонов:

— электродинамические;

— электромагнитные;

— электростатические;

— пьезоэлектрические;

— магнитострикционные;

— контактные и т.д.

К микрофонам, используемым в технике акустической разведки, предъявляют высокие требования. Преобразование звука в электрический сигнал должно осуществляться с высокой информационной точностью, необходимо обеспечить высокую разборчивость и узнаваемость речевого сигнала, избежать появления различных искажений в пределах динамического диапазона в заданной полосе частот. Кроме того, микрофоны должны обладать направленными свойствами, высокой чувствительностью и приемлемыми массогабаритными характеристиками.

При необходимости передать перехваченное речевое сообщение на расстояние используют проводные, радио- и другие каналы, по которым сообщение, преобразованное в электрический, оптический, радио- или другого вида сигнал, передается на пункт прослушивания. В этих случаях используемые устройства называются закладными устройствами для перехвата акустической информации. В состав радиозакладки может быть включено запоминающее устройство, в которое предварительно записывается перехваченная речевая информация. Ее передача в пункт прослушивания в этом случае осуществляется не в реальном масштабе времени, а с определенной временной задержкой, что повышает скрытность радиозакладных устройств.

Структурная схема, иллюстрирующая прямой перехват акустической информации, представлена на рисунке 9.1.

Лекция №5. Индуктивные акустоэлектрические преобразователи, емкостные преобразователи - student2.ru Рисунок 9.1- Структурная схема прямого перехвата акустической информации  

К настоящему времени разработано достаточно большое количество типов направленных микрофонов и закладных подслушивающих устройств.

Виброакустический канал.

Воздействие акустических волн на поверхность твердого тела приводит к возникновению в нем вибрационных колебаний в результате виброакустичесого преобразования. Эти колебания, распространяющиеся в твердой среде, могут быть перехвачены специальными средствами разведки, а речевая информация, содержащаяся в акустическом поле, при определенных условиях может быть восстановлена. С этой целью используют устройства, преобразующие вибрационные колебания в электрические сигналы, соответствующие соответствующим звуковым частотам. Такие устройства называются вибродатчиками. Сигнал, снимаемый с выхода вибродатчика, после усиления может быть прослушен, зарегистрирован на магнитном или другом носителе или передан в пункт приема, находящийся на удалении от места прослушивания, по проводному, радио- или иному передачи информации. Обобщенная структурная схема виброакустического канала утечки информации представлена на рисунке 9.2.

Наши рекомендации