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          EMC電磁兼容的設計思路和方法

          作者: 來源: 文字大小:[][][]
          為了提高電子設備的電磁兼容能力,必須從開始設計時就給予電磁兼容性以足夠的重視。電磁兼容的設計思路可以從電磁兼容的三要素,即電磁干擾源、電磁干擾可能傳播的路徑及易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件入手。也就是
          [1] 首先,要充分分析電子設備可能存在的電磁干擾源及其性質,盡量消除或降低電磁干擾源的參數(shù)。
          [2] 其次,要充分了解電磁干擾可能傳播的路徑,盡量切斷其路徑,或降低與電磁干擾耦合的能力。
          [3] 最后,要充分認識易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件,盡量杜絕其接收電磁干擾的可能性。
          據(jù)此,在設計時應采取相應對策,消除或部分消除可能出現(xiàn)的電磁干擾,以減輕調試工作的壓力。在調試中,針對具體出現(xiàn)的電磁干擾,以及接收電磁干擾的電路和元器件的表現(xiàn)進行分析,以確定電磁干擾源所在及電磁干擾可能傳播的路徑,再采取相應的解決辦法。
          [5.1] 對電磁干擾源的設計方法
              電磁干擾源的種類相當多,比如,自然的電磁干擾源包括:地球表面的最大磁場強度為52A/m,平均電場強度為130v/m,雷電的大氣干擾,靜電的電暈放電和宇宙噪聲等等。人為的電磁干擾源包括:含有整流子的直流電機換向時火花的電弧和電流變化,電器開關動作時產(chǎn)生的電弧和電流變化,非線性元器件工作時產(chǎn)生的諧波,高頻振蕩器和無線電發(fā)送設備的電磁輻射,汽車點火系統(tǒng),醫(yī)療用的超聲波發(fā)生器,生活用的微波爐以及電磁脈沖等等。可以說電磁干擾源無處不在,下面僅談論與我們相關的主要電磁干擾源。

              [5.1.1]供電電源
              供電電源,常由于負載的通斷過渡過程,半導體元件的非線性,脈沖設備及雷電的耦合等因素,而成為電磁干擾源。
              供電電源電磁兼容的設計方法為:

              [1]采用交流電源濾波器
              由于交流電源濾波器是低通濾波器,不妨礙工頻電能的通過,而對高頻電磁干擾呈高阻狀態(tài),有較強的抑制能力。使用交流電源濾波器時,應根據(jù)其兩端阻抗和要求的插入衰減系數(shù)選擇濾波器的型式。要注意其承受電壓和導通電流的能力,屏蔽與機殼要電氣接觸良好,地線要盡量短,截面足夠大,進出線要遠離,而且濾波器應盡量靠近供電電源。

              [2]采用電源變壓器加靜電屏蔽
              由于電源變壓器初、次級間存在分布電容,進入電源變壓器初級的高頻干擾能通過分布電容耦合到電源變壓器的次級。在電源變壓器的初次級間增加靜電屏蔽后,該屏蔽與繞組間形成新的分布電容。將屏蔽接地,可以將高頻干擾通過這一新的分布電容引入地,從而起到抗電磁干擾的作用。靜電屏蔽應選擇導電性好的材料,且首尾端不可閉合,以免造成短路。

              [3]脈沖電壓的吸收
              對脈沖電壓的電磁干擾可以采用壓敏電阻、固體放電管或瞬態(tài)電壓抑制二極管來吸收。當脈沖電壓吸收器件承受一個高能量的瞬態(tài)電壓脈沖時,其工作阻抗能立即降到很低,允許通過很大的電流,吸收很大的功率,從而將電壓鉗制在允許的范圍內(nèi)。

              壓敏電阻或固態(tài)放電管可應用于直流或交流電路。單向瞬態(tài)電壓抑制二極管應用于直流電路,而雙向瞬態(tài)電壓抑制二極管應用于交流電路。使用脈沖電壓吸收器件時,應選擇其額定電壓略高于設備的最大工作電壓,以保證無脈沖電壓時,吸收器件的功耗最小,當有脈沖電壓時,其鉗位的電壓應低于設備的最高絕緣電壓,以保證設備的安全。其通流能力應大于脈沖電壓所產(chǎn)生的電流。

              [4]直流電源的電磁兼容措施
              ——整流電路的高頻濾波  即在整流管上并聯(lián)小電容(0.01uF)進一步濾掉從變壓器進入的高頻干擾。
              ——直流退耦  即在直流電源和地之間并聯(lián)2個電容,大電容(10uF—100uF)濾掉低頻干擾,小電容(0.01—0.22uF)濾掉高頻干擾。

              [5]電源的其它電磁兼容措施
              ——控制電路和功率電路采用分相供電或采用不同的電源供電。
              ——采用UPS(不間斷電源)供電。
              ——采用電源電壓監(jiān)視集成電路

              [5.1.2]暫態(tài)過程
              暫態(tài)過程是由于電路機械觸點的分合,負載的通斷和電路的快速切換導致電路電壓或電流發(fā)生快速變化,而成為電磁干擾源。

              暫態(tài)過程的電磁兼容設計方法為
              [1]電路機械觸點的熄火花電路
              電路機械觸點的熄火花電路由電阻(R)和電容(C)串聯(lián)組成。其原理是用電容轉換觸點分斷時負載電感(L)上的能量,從而避免在觸點上產(chǎn)生過電壓和電弧造成的電磁干擾,最終有電阻吸收這部分能量。
              電路參數(shù)計算如下:

                  R>2(L/C)1/2        (Ω)        (1)
                  C1=4L/R2           (uF)        (2)
                  C2=(Im/300)2L    (uF)        (3)

          式中:R為電阻(Ω);
                L為負載電感(uH);
                Im為負載電感中的最大電流(A);
                C取C1、C2、中最大者。

              [2]電感負載的續(xù)流電路和吸收電路
              直流電路電感負載的續(xù)流電路是用二極管反并聯(lián)在電感負載上。當切斷電感負載時,其上的電流經(jīng)二極管續(xù)流,不會產(chǎn)生過電壓而危及電路上的其它器件。
              參數(shù)選擇如下:

                  IF>2IN          (4)
                  VRRM>2VN        (5)

          式中:IF為二極管正向平均電流;
                VRRM二極管反向重復峰值電壓;
                IN為電感負載的額定電流;
                VN為電感負載的額定電壓。

              如果用壓敏電阻代替二極管,其效果會更好。因為壓敏電阻吸收能量快,從而減小了動作響應時間。另外,壓敏電阻還可以應用在交流電路電感負載的場合。應用壓敏電阻時應注意以下幾點:
              ——壓敏電阻的標稱電壓;
              ——壓敏電阻的壓比;
              ——壓敏電阻的吸收能量的能力;
              ——壓敏電阻的前沿響應時間;
              ——壓敏電阻應當盡量緊靠電感使用;

              [3]電容負載的限流電路
              電容負載的限流電路由電阻(R)和開關并聯(lián)組成。其原理是用電阻限制電容負載開始投入時的短路電流,從而避免短路電流造成的電磁干擾。經(jīng)過時間(t)將開關閉合,切除限流電阻。
              參數(shù)選擇如下:

                  R>2VN/I    (6)
                  t >3RC     (7)

              式中:IN為負載的額定電流。
                    VN為電源的額定電壓。
                    C為負載的電容。

              [4]電路快速切換的電磁兼容措施
              電路快速切換(包括晶閘管換流、直流斬波、二極管關斷時的電荷存儲效應等)將導致電壓或電流的快速變化,而成為電磁干擾源。
              對此可采用如下電磁兼容措施
              ——串聯(lián)緩沖電感,以降低電流變化率。
              ——用電感電容諧振電路代替直流斬波,以降低電流變化率或電壓變化率。

          [5.1.3]電磁輻射
              電磁輻射包括電子設備內(nèi)部和外部兩種電磁輻射源。其實任一電流的周圍都存在磁場,而變化的磁場會產(chǎn)生變化的電場,這種電磁場就是電磁干擾源。

              電子設備中主要的電磁輻射源是大電流,高電壓的強功率電路和器件,電壓或電流快速變化的電路和器件以及高頻電路和器件。

              對電磁輻射的電磁兼容設計是,采用電磁屏蔽方法,即用屏蔽材料將電磁輻射源封閉起來,使其外部電磁場強低于允許值。

              電磁屏蔽的技術原理主要有兩種:
              是一反射,由于空氣和金屬屏蔽的電磁阻抗不同,使入射電磁電波產(chǎn)生反射作用。磁場中的反射損耗R(dB),對磁場源而言

                  R=20log10{[0.012(μτ/fδτ)1/2/D]+5.364D(fδτ/μτ)1/2+0.354}        (8)

              式中:μτ為相對磁導率
                    δτ為相對電導率
                    f為電磁波頻率
                    D為輻射源到屏蔽體的距離(m)

          對電場而言

                  R=322+10log10(δτ/μτf3D2)        (9)

              二是吸收,進入金屬屏蔽內(nèi)的電磁波在金屬屏蔽內(nèi)傳播時,由于衰減而產(chǎn)生吸收作用。吸收損耗A(dB)為:
                  A=0.131d(μτfδτ)1/2        (10)

              式中:d為屏蔽材料厚度(mm)。

              [1] 磁場屏蔽 一般采用磁導率高的材料作屏蔽體,它給低頻磁通提供一個閉合回路,并使其限制在屏蔽體內(nèi)。屏蔽體的磁導率越高,厚度越大,磁阻越小,磁場屏蔽的效果越好。當然屏蔽的設計要與設備的重量相協(xié)調。在雜散耦合可能引起有害作用的電路中,應選用帶有屏蔽的電感器和繼電器,并將屏蔽有效地接地。

              [2] 磁場屏蔽 一般采用電導率高的材料作屏蔽體,并將屏蔽體接地。使電力線在此終止,因而電場不會泄漏到屏蔽體外部。電場屏蔽以反射為主,因此屏蔽體的厚度不宜過大,而以結構強度為主要考慮因素。

              應當特別注意電磁屏蔽的完整性,特別是電磁場屏蔽,因為它是利用屏蔽體在高頻磁場的作用下產(chǎn)生反方向的渦流磁場與原磁場抵消而消除高頻磁場干擾的。如果屏蔽體不完整,則渦流的效果降低,導致電磁場泄漏,屏蔽效果將大打折扣。

              [5.1.4]雷電
              雷電是帶電云對地或帶電云之間的放電現(xiàn)象。帶電云對地放電為直接雷擊,而非直接雷擊時設備所受到的干擾為感應雷擊。由于雷電具有非常大的能量和非常短的持續(xù)時間,因此雷電是非常強的干擾源。

              雷電的電磁兼容設計方法是
              [1] 對直接雷擊采用的設計方法 采用閃接器、避雷引線和避雷接地組成的避雷系統(tǒng)。將直接雷擊的能量引入大地,以保護電子設備。

              [2] 對感應雷擊采用的設計方法 采用氣體避雷管、壓敏電阻、電壓瞬變吸收二極管或固體放電管。利用其非線性特性,對感應雷擊的高電壓尖峰削波和能量吸收,以保護電子設備。

              [5.1.5]靜電
              當不同介質的材料相互摩擦時,會產(chǎn)生電荷轉移而產(chǎn)生靜電。當然靜電也可能以其它方式產(chǎn)生,比如受到其它帶電體的感應。靜電場強的高低取決于材料所攜帶的電荷量多少和對地電容的大小。當這種材料對電子設備的場強超過絕緣介質的擊穿強度時,會發(fā)生電暈放電或火花放電,形成靜電干擾,可能導致電力設備損壞。

              防靜電的電磁兼容設計方法是
              ——防止靜電的產(chǎn)生,例如阻止靜電荷的積累、泄放積累的電荷,采用防靜電地板和靜電消除器等等。
              ——采用靜電屏蔽和接地措施,將靜電產(chǎn)生的電荷引走。
              ——采用靜電保護措施,例如增加串聯(lián)電阻以降低靜電放電電流,增加并聯(lián)元件以把靜電放電電流引走,對靜電作用下易損壞器件的操作防護和軟件的靜電防護等等。

              [5.1.6]無線電發(fā)射源
              無線電發(fā)射機的頻率范圍為103—1012Hz。
              無線電發(fā)射機的有效輻射功率(ERB)很高。例如軍用雷達10GW,氣象雷達1GW,船用雷達100MW,電視廣播50MW,商用電臺300kW,廣播電臺100kW,業(yè)余通訊1kW,車用通訊100W。

              因此無線電發(fā)射源對電子設備是一很強的干擾源。
              對無線電發(fā)射源的電磁兼容的設計方法是
              ——嚴格控制無線電發(fā)射的方位角,以減小無線電發(fā)射源干擾的空間范圍。
              ——采用完整的電磁屏蔽和可靠的接地措施,以減小無線電發(fā)射源的泄漏干擾。

          [5.3] 對易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件的設計方法

              [5.2.1] 電路性耦合
              當兩個電路存在公共阻抗時,一個電路的電參數(shù)通過公共阻抗對另一個電路的電參數(shù)產(chǎn)生影響。而這種影響造成誤動作時,即為通過電路性耦合的路徑產(chǎn)生的電磁干擾。公共阻抗主要有回路導線、共地阻抗和共電源內(nèi)阻。

              電路性耦合的電磁兼容設計方法是
              [1]. 對共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電磁干擾,可以用不同的電源分別供電的方法,以去除共電源內(nèi)阻產(chǎn)生的電路性耦合。

              [2]. 對共回路導線產(chǎn)生的電磁干擾,可以用對導線阻抗加以限制或去耦的方法,以減低共回路導線產(chǎn)生的電路性耦合。共回路導線的阻抗包括電阻和電感。

              ——限制電阻的方法 增大共回路導線的截面,減少共回路導線的長度和降低接觸電阻。
              ——限制電感的方法 減小共回路導線的長度和來回線的距離。
              ——電路去耦的方法 去掉共回路導線,而將不同的回路僅在一點接地。

              [3]. 對共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾,可以用降低共地阻抗的方法,以去除共地阻抗產(chǎn)生的電路性耦合。
              ——接地的種類和作用
              電子設備一般有兩種接地,一種是安全接地,即將機殼接地。當機殼帶電時,電源的保護動作,切斷電源,以保護工作人員的安全。另一種是工作接地,給電路系統(tǒng)提供一個基準電位,同時也可將高頻干擾引走,但是,不正確的工作接地反而會增加干擾,比如共地線干擾,地環(huán)路干擾等等。

              工作接地按工作頻率采用不同的接地方式。工作頻率低的(小于1MHz)采用單點接地式,即把整個電路系統(tǒng)中的一個結構點點看作接地參考點,所有對地連接都接到這一點上,并設置一個安全接地螺栓。工作頻率高的(大于30MHz)采用多點接地式,即在該電路系統(tǒng)里,用一塊接地平板代替電路中每部分各自的地回路。其主要原因是接地引線的感抗與頻率和長度成正比,工作頻率高時將增加共地阻抗,從而將增大共地阻抗產(chǎn)生的電磁干擾。工作頻率在上述兩者之間的可采用混合接地方式。

              此外,還有一種浮接地式,即該電路的地與大地無導體連接。其優(yōu)點是該電路不受大地電性能的影響。其缺點是該電路易受寄生電容的影響,而使該電路的地電位變動和增加了對模擬電路的感應干擾。

              ——對接地電阻的要求
              接地電阻越小越好。因為當有電流流過接地電阻時,其上產(chǎn)生的電壓,將產(chǎn)生共地阻抗的電磁干擾。另外,該電壓不僅使設備受到反擊過電壓的影響,而且使操作人員受到電擊傷害的威脅。因此,一般要求接地電阻小于4Ω。

              接地電阻由接地線電阻、接觸電阻和地電阻組成。為此降低接地電阻的方法有以下三種:
              一是降低接地線電阻,為此要用總截面動和長度小的多股細導線。

              二是降低接觸電阻,為此要將接地線與接地螺栓和接地極作緊密又可靠地連接,并要增加接地極和土壤之間的面積與接地緊密度。

              三是降低地電阻,為此遙控增加接地極的表面積和增加土壤的電導率(如在土壤中注入鹽水)。

              ——低頻電路地
              工作頻率低于1MHz的一個電路采用單點接地式,以防兩點接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合。多個電路的單點接地式又分為串聯(lián)和并聯(lián)兩種,由于串聯(lián)接地產(chǎn)生共地阻抗的電路性耦合,所以低頻電路最好采用并聯(lián)的單點接地式。

               為防止工頻和其它雜散電流在信號地線上產(chǎn)生干擾,信號地線應與功率地線和機殼地線絕緣。且只在功率地,機殼地和接往大地的接地線的安全接地螺栓上相連(浮地式除外)。

               地線的長度(L/m)與截面積(S/mm2)的關系為:
                   S>0.83L        (11)

              ——高頻電路地
              工作頻率高于30MHz的電路采用多點接地式。因為接地引線感抗與頻率和長度成正比,所以地線的長度要盡量短。多點接地時,盡量最接近的低阻值接地面接地。

              ——混合接地式
              工作頻率介于1—30MHz的電路采用混合接地式。當接地線的長度小于工作信號波長的1/20時,采用單點接點式,否則采用多點接地式。

              ——屏蔽地
              電路的屏蔽體,即用屏蔽材料將電磁輻射源屏蔽起來,并將屏蔽體接地,以降低電磁輻射的干擾。屏蔽體內(nèi)的電路電地線只能一點接屏蔽體,而不得利用屏蔽體作返回導體。

              ——電纜的屏蔽層
              對于多層屏蔽電纜,每個屏蔽層應在一點接地,各屏蔽層應相互絕緣。

              當電纜長度大于工作信號波長的0.15倍時,采用間隔工作信號波長的0.15倍的多點接地式。如果不能實現(xiàn),則至少應將屏蔽層兩端接地。

          [4]. 電位隔離
              電位隔離分機械、電磁、光電和浮地幾種隔離方式,其實質是人為地造成電的隔離,以阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。

              ——技術隔離采用繼電器來實現(xiàn)
              其線圈接收信號,機械觸點發(fā)送信號。機械觸點分斷時,由于阻抗很大,電容很小,從而阻止了電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。缺點是線圈工作頻率低,不適合于工作頻率高的場合使用。而且存在觸點通斷的彈跳和干擾以及接觸電阻等。

              ——電磁隔離采用變壓器來實現(xiàn)
              通過變壓器傳遞電信號,阻止了電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。對于交流電的場合使用較為方便,由于變壓器繞組間分布電容較大,所以使用時應當與屏蔽和接地相配合。

              ——光電隔離采用光電耦合器來實現(xiàn)
              通過半導體發(fā)光二極管(LED)的光發(fā)射和光敏半導體(光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光敏晶閘管等)的光接收來實現(xiàn)信號的傳遞。光電耦合器的輸入阻抗相對比較小,因此分壓在光電耦合器輸入端的干擾電壓較小,而且一般干擾源的內(nèi)阻較大,它能提供的電流并不大,因此不能使發(fā)光二極管發(fā)光。光電耦合的外殼是密封的,它不受外部光的影響。光電耦合器的隔離電阻很大(約為1012Ω),隔離電容很?。s為數(shù)pF)能阻止電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。只是光電耦合器的隔離阻抗隨著頻率的提高而降低,抗干擾效果也將降低。

              ——浮地
              浮地可使功率地(強電地)和信號地(弱電地)之間的隔離電阻很大,所以能阻止共地阻抗電路性耦合產(chǎn)生的電磁干擾。

              [5.2.2] 電容性耦合
              任何兩個導體之間都存在著電容。電容值與介質的介電常數(shù)ε和兩個導體的有效面積成正比、與兩個導體之間的距離D成反比。當兩個平行圓導體直徑為d時,其電容C為

                  C=πε/ln(D/d)

              當一個導體對地具有電位U1,阻抗Z1,另一個導體對地具有阻抗Z2,兩個導體具有相同的地電位,通過兩個導體之間的電容,在另一個導體上將產(chǎn)生干擾電壓U2為

                  U2=U1Z2/(Z1+Z2+1/jωC)

              當阻抗Z1和阻抗Z2中含有電感分量時,產(chǎn)生的干擾電壓U2有可能大于導體1對地的電位U1。
              電容性耦合的等值電路圖見圖1。
              在上述分析中,兩導線間的有效耦合長度應遠小于信號波長(一般為1/10)時,才允許使用集中參數(shù)的等效電路來分析線間耦合,否則必須應用電磁場理論的傳輸方程來分析線間耦合。

              電容性耦合的電磁兼容設計方法是
              (1).盡可能減小干擾源U1的幅值和干擾源的變化速度ω。
              (2).Z1和Z2設計得盡可能大些,且Z1遠大于Z2。
              (3).耦合電容設計得盡可能小
              ——盡量加大兩個導體間的距離;
              ——盡量縮短兩個導體的長度;
              ——盡量避免兩個導體平行走線;

           
              (4).屏蔽
              屏蔽的目的 切斷干擾源和被干擾對象之間的電力線,以免除電容性耦合的電磁干擾。

              屏蔽的方法 采用與干擾源基準電位相連的屏蔽,采用與被干擾對象基準電位相連的屏蔽,或者上述兩者都用,其效果更好。

              屏蔽的注意事項
              ——要有完整的屏蔽,否則屏蔽的效果降低。
              ——要用導電性能好的材料作屏蔽,否則屏蔽的效果降低。
              ——要有良好的屏蔽接地,否則屏蔽的效果降低。當導線的長度小于工作信號波長的1/20時,采用單點接地式,否則采用多點接地式。接地的長度要盡可能短。

              (5).平衡
              平衡的目的 當干擾源和被干擾對象的基準電位是相互獨立時,可以采用平衡的方法,致使干擾源和被干擾對象的耦合電容平衡,以免除電容性耦合的電磁干擾。

              平衡的方法
              ——干擾源和被干擾對象均采用絞合導線。
              ——采用四芯導線,使干擾源和被干擾對象的導線交叉對稱。

          [5.2.3] 電感性耦合
              任何兩個回路之間存在著互感?;ジ兄蹬c介質的導磁率μ成正比,并與兩個回路的幾何尺寸有關。兩個回路的布局如圖2所示。

           

              圖中的1—1為第一回路,2—2為第二回路,a、b、c、d為回路的間距。另外設l為回路的長度。
              兩個回路的互感M為

                  M=μlln(ac.bd)/2π     (14)

              當?shù)谝粋€回路具有電流i1,通過兩個回路之間的互感M,在第二個回路產(chǎn)生的干擾電壓u2為

                  u2=Mdi1/dt    (15)

              電感性耦合的電磁兼容設計方法是
           
              (1).盡可能減小干擾源電流i1的變化速度。
              (2).盡可能設計得使兩個回路的互感M小,為此。
              ——盡量加大兩個回路間的距離;
              ——盡量縮短兩個回路的長度;
              ——盡量避免兩個回路平行走線;
              ——盡量縮小兩個回路的面積,并減低重合度。

              (3).屏蔽
              屏蔽的目的 切斷干擾源和被干擾對象之間的磁力線,以免除電感性耦合的電磁干擾。

              屏蔽的方法 采用鐵磁性導體的靜態(tài)磁屏蔽,采用良導體感應渦流的動態(tài)磁屏蔽。

              屏蔽的注意事項
              ——鐵磁性導體的靜態(tài)磁屏蔽適用于低頻磁場。屏蔽的效果與屏蔽材料的相對磁導率μ、厚度d、幾何形狀以及磁場方向有關。例如橫向磁場中的園球的屏蔽系數(shù)ax為

              ax=20log(1+μd/2r)        (16)

              式中:r為園球的內(nèi)徑
              ——良導體感應渦流的動態(tài)磁屏蔽適用于高頻磁場。屏蔽的效果與屏蔽材料的性質,幾何形狀、屏蔽的密閉程度以及磁場的頻率有關。屏蔽系數(shù)ad可用式(17)進行近似計算

              ad=20log(1+μof/2Zk)        (17)

              式中:μo為真空導磁率;
                    f為磁場的頻率;

                    Zk為耦合阻抗;
              ——網(wǎng)孔狀的屏蔽系數(shù)與孔的面積占總面積的比例有關。

              (4).平衡
              平衡的目的 采用平衡的方法,可以減小或免除電感性耦合的電磁干擾。

              平衡的方法
              ——磁場去耦 致使被干擾回路耦合的干擾源磁場最少。例如安排兩個回路垂直放置,可達到磁場去耦的目的。
              ——磁場抵消 因為干擾磁場引起的感應電流在相鄰絞線回路的同一根導線上方向相反,相互抵消。為對磁場干擾取得較好的抑制效果,磁場抵消效果越好。

              [5.2.3] 輻射性耦合
              輻射性耦合是電磁場通過空間耦合到被干擾對象的,如被干擾對象是兩根導線,它就是接收天線。天線的等效電路見圖3。

           

              等值電源U(即接收的干擾電壓)為

                    U=Eh        (18)

              式中:E為電場強度
                     h為天線有效高度。
                     內(nèi)阻R為
                    R=1580(h/λ)2        (19)

              式中:λ為電磁場波長
           
              如被干擾對象是一環(huán)線,通過環(huán)線面積S的磁場將產(chǎn)生干擾電壓為
                 
              式中:B為磁感應強度。

              輻射性耦合的電磁兼容設計方法是
              (1).采用空間分離的方法 即把相互容易干擾的設備和導線盡量安排得遠一些,并調整電磁場矢量方向,使接收設備耦合的干擾電磁場最低。

              (2).采用時間分離方法 即使產(chǎn)生輻射的設備和易接收輻射的設備在不同的時間工作。

              (3).采用頻率分離方法 即使產(chǎn)生輻射的設備和易接收輻射的設備的工作頻率不同。

              (4).采用屏蔽的措施 即用屏蔽材料將被干擾對象封閉起來,使其內(nèi)部電磁場強度低于允許值的一種措施。屏蔽的效果用屏蔽系數(shù)來衡量。

              (5).減小天線的有效高度。

              (6).減小環(huán)線面積。

          [5.3] 對易接收電磁干擾的電磁敏感電路和器件的設計方法

              通常用敏感度來描述敏感設備對電磁干擾響應的程度。敏感度越高,表示對干擾作用響應的可能性越大,即抗電磁干擾的能力越差。因此,一般認為電子設備的敏感度主要取決于它的靈敏度和頻帶寬度。電子設備主要由模擬電路和數(shù)字電路組成。

              [5.3.1] 模擬電路

              模擬電路的電磁兼容設計方法是
              [1]. 優(yōu)選電路
              例如,設計低噪聲電路,減少帶寬,抑制干擾傳輸,平衡輸入,抑制干擾,選用高質量電源等。

              [2]. 采用以下幾種信號濾波器
              ——低通濾波器 當干擾信號的頻帶高于有用信號的頻帶比較遠時,可采用低通濾波器來濾除干擾信號。
              RC低通濾波器的信噪比σL為

                  σL={1+[SRL/(R+RL )]2}1/2    (21)

              式中:S=2лfRC;
                 f為信號的頻率(Hz);
                 R為濾波器的電阻(Ω);
                 RL為負載的電阻(Ω);
                 C為濾波器的電容(F);

              ——高通濾波器 當干擾信號的頻帶低于有用信號的頻帶比較遠時,可采用高通濾波器來濾除干擾信號。
              RC低通濾波器的信噪比σG為

                  σG=[S2/(1+S2)]1/2    (22)

              式中:S=2лfRC;
                 f為信號的頻率(Hz);
                 R為濾波器的電阻(Ω);
                 C為濾波器的電容(F);

              ——LC濾波器 當干擾信號的頻帶雖高于、但接近于有用信號的頻帶時,可采用LC濾波器濾除干擾信號。
              LC濾波器的信噪比σY為(當L=CRL2時)

                  σY=[(1-ω2LC)2]1/2    (23)

              式中:ω=2лf;
                 f為信號的頻率(Hz);
                 RL為負載的電阻(Ω);
                 C為濾波器的電容(F);
                 L為濾波器的電感(H)。

              ——選通濾波器 當干擾信號的頻帶不連續(xù)時,可應用LC選通濾波器或RC選通濾波器。其中LC選通濾波器分并聯(lián)諧振式和串聯(lián)諧振式兩種型式。

              [5.3.2] 數(shù)字電路

              數(shù)字電路的電磁兼容設計方法是
              [1]. 在工作指標許可的情況下,采用直流噪聲容限高的數(shù)字電路。例如CMOS數(shù)字電路的直流噪聲容限遠高于TTL數(shù)字電路的直流噪聲容限。

              [2]. 在工作指標許可的情況下,采用開關速度低的數(shù)字電路。因為開關速度越高,由它引起的電壓或電流的變化越快,就越容易產(chǎn)生電路間的耦合干擾。

              [3]. 提高門檻電壓,可以利用在電路前設置分壓器或穩(wěn)壓管的方法來提高門檻電壓。

              [4]. 懸空長線具有天線效應,易接收電磁波而產(chǎn)生干擾,為此可用RC網(wǎng)絡加以吸收,或作不懸空處理。

              [5]. 采用負載阻抗匹配的措施,即使負載阻抗等于信號線的波阻抗,這樣一來將會消除數(shù)字信號在傳輸過程中由于折射和反射的作用而產(chǎn)生的畸變。比如在測量一個方波時,如果阻抗不匹配,示波器顯示的將不是一個方波,而是一種多次振蕩的波形,其原因除了波形失真外,還由于方波信號的多次折射和反射。

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