谈电磁噪声来源与抗干扰方法

谈电磁噪声来源与抗干扰方法[摘要]本文我们主要了解电子仪器所受的噪声和可能产生的噪声以及电子仪器内部噪声的基本机理，并通过实例学习处理噪声的方法。【关键词】电磁；噪声；来源；抗干扰；方法噪声和干扰主要在半导体和电子元件以及电路、装置、仪器、系统的各种电平下产生。随着计算机和通信技术的发展，信息化社会的进程越来越快，产生干扰和易受干扰的电子仪器也在增多。因此要求电子仪器具备不干扰其他设备而且不受干扰的特性，对影响电路、仪器和系统正常工作的磁场及电源变化等各种电磁噪声的抑制和相应的防护措施的研究也越来越受到重视。1.噪声与干扰的来源1.1噪声和干扰噪声是因接点的开闭和放电等产生的无用电磁波，干扰是通信、广播时使接收电路和仪器上发生故障的电磁波。因此，即使有噪声，若电平低，或频带和定时不同，有时也不会造成干扰。而通信或广播信号并非噪声的电磁波，会对其他系统造成干扰，这种信号为干扰波。一般说，干扰属于外因引起，而噪声属电路内部及元器件产生。使各自的电路和仪器相互不发出噪声，不受噪声影响，做到电磁共存的性质称为电磁的相容性，电磁的相容性无论是对仪器内部还是对于社会系统都显得越来越重要。1.2噪声和干扰的发生源噪声是电路在运行过程中，其电流和电压由于某种原因发生突变而产生的。在电力输送线路中，电流流过导线会在导线周围产生磁场，而电位差会产生电场，随时间变化的磁场和电场自然形成电磁场，从而产生噪声源。另外，广播和通信用的业余无线电和手机等的发射电波也会对其他电子仪器产生干扰。1.2.1大气雷电噪声。由于雷电而产生的放电噪声对低频带至高频带的通信和广播的接收有很大影响。若雷电冲击从电源线侵入，则会切断接地并损伤电源电路；若从无线接收机的天线侵入，则会造成天线输入部分的故障等。1.2.2热噪声。热噪声为电阻所产生的噪声，一般在微伏以下，在低电平信号系统中使用高电阻值时需要注意。1.2.3静电放电干扰。静电主要由于物体的摩擦、剥离等原因使接触面上的电荷发生移动而产生。静电产生不仅限于固体，空气和液体的剧烈运动也能产生。人体所产生的静电电压有时可达几千伏，在没有实行静电对策的电子电路的组装现场中，因操作员的带电和放电可能导致半导体发生故障。由于静电放电电流中含有数百兆赫的高频成分，因此易与电路内部耦合而产生干扰。1.2.4小型电器设备。开关、恒温器、继电器等的接触点开闭时伴随的放电会产生很高电压的噪声，接触点电流越大，噪声电压也越大。如继电器接点接触不良，则在开闭时产生噪声，会干扰附近电视屏幕效果；接有感性负载的电路在电源开闭时，有时也会产生数千伏的噪声；还有荧光灯等放电管的辉光放电产生的噪声。1.2.5使用高频的仪器。工业用高频加热装置、电焊机、高频医疗器械、超声波仪等多使用大功率的高频波，也是噪声源，会使放置在这些设备附近的电视机和收音机产生噪声。1.2.6电力设备、送配电线。高压输电线的电晕放电产生的间歇电流会产生几兆赫以下的干扰信号；绝缘子等火花放电会产生中波电视频带的噪声；而且高电压、大电流造成的商用频带的电场、磁场也会成为干扰源。1.2.7磁场。变压器、电动机、螺线管等线圈元件以及电源线附近会产生磁场，CRT、磁头等抗磁能力差的元件需要注意。1.2.8无线设备、仪器。广播台、电视台等无线电台的发射电波和移动电话信号等对有些自动售货机等的控制电路会形成干扰。1.2.9接触噪声。直流放大电路中，低电平输入电路产生的热电动势会产生噪声。导线的夹头与焊线端子等的不完全接触会因温度变化和振动而产生噪声。2.噪声和干扰的抑制方法由上述可见，噪声一般是含有数百赫兹至数千赫兹的高频成分，主要通过寄生在仪器内部的配件、元件和绝缘材料的电容和电感耦合，影响电路的正常工作。因此，不仅要在旁路电容器与滤波器接入电路、元件的选择上考虑噪声问题，而且对配线板寄生电感、线间的杂散电容、仪器内外的实际配线以及在配置结构上也要考虑噪声问题，在电路、仪器、系统等各个设计环节中采取适当的措施，抑制噪声对电路的干扰。2.1电路和部件中噪声的抑制方法在模拟电路中，热噪声和接触噪声等低电平的噪声将形成干扰。因而应尽量利用产生噪声比较小、对外来噪声抵抗强的部件，并采用差动输入等电路以及变压器与光电耦合器进行电的隔离，以达到抑制噪声的目的。在数字电路中，高速、高频的IC产生的噪声大，因此，非必要时不使用它。2.2利用元器件抑制噪声的方法2.2.1利用电容滤波作用抑制噪声。在高频时为低阻抗，可通过并联接入将高频噪声旁路，所以又称作旁路电容器。在10MHz左右以上的高频段中由于导线的阻抗有可能使旁路电容失去作用，所以优先使用非导线的贯通形、三端子形及点接触型电容。2.2.2利用扼流线圈作用抑制噪声。自传导线路中串联接入的电感器阻抗为2πfL，因此线圈有通低频、阻高频的作用，所以广泛采用磁性材料扼流线圈来抑制噪声。磁性材料有硅钢、非晶体、铁氧体等多种，其频率特性和饱和特性各不相同。所以选择适当的材料非常重要，而且在数十兆赫以上的高频段中线圈间的杂散电容将成为问题，需引起注意。2.3利用滤波器滤除噪声用由扼流线圈和电容组合而成的滤波器来滤除噪声是抑制电源线和信号线等传导噪声的有效方法，但所选用的电容和电感的频率特性很重要。在电源部分使用的滤波器有低通滤波器和只让特定频率通过的带通滤波器，或在电路中加特定通带或阻带滤波电路环节或加负反馈。根据噪声发生源和负荷侧阻抗的不同，单独使用电容或电感有时也会有效果。2.3.1电路板设计时噪声的处理方法印制电路板设计中元器件的配置、配线也很重要，应避免由于配置、配线上的问题引入噪声。因此需注意以下几点：部件配置要按信号流动方向，电源功率和信号部分，数字和模拟部分要模块化再分离。配线时要避免线的东拉西扯，应注意将信号往复的回路面积最小化。为此，应尽量缩短配线的长度，靠近机柜接地端配线。在配线板和仪器输人输出端插入噪声滤波器。必须有稳定的接地端，整个面接地时最好有多层基板。高速信号、微小信号的输入输出线采用屏蔽线，屏蔽层接地。用双股线减少低频波的耦合。为降低地面和接地线的高频波阻抗，印制电路板的接地配线要尽可能粗短。在低频电路中一点接地，在高频电路中应多点接地。屏蔽电缆的接地：电缆长小于噪声波长1/20时一点接地，大于噪声波长1/20时多点接地，大信号输出线在印板上远离小信号输人线。2.4利用屏蔽原理抑制噪声利用屏蔽可以隔离传输空间的电磁波。所谓屏蔽是指采用金属薄板制成屏蔽罩将干扰源或受干扰元器件及组件屏蔽起来，并妥善接地。屏蔽分为以下3种：静电屏蔽：用高导电率的金属材料并使其接地；磁性屏蔽：对于低频，需要利用较高导磁率的铁磁材料；电磁屏蔽：利用铜、铝、铁等。