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1、2008.10.10电子仪器设计电子仪器设计主讲教师：郝晓剑主讲教师：郝晓剑 39426113942611信息与通信工程学院电子工程系信息与通信工程学院电子工程系 8章 电路中的抗干扰技术 抗干扰技术中的大部分内容是针对电磁干扰的，抗干扰技术中的大部分内容是针对电磁干扰的，因而抗电磁干扰技术近年来又被称为因而抗电磁干扰技术近年来又被称为“电磁兼容性电磁兼容性技术技术”。 所谓电磁兼容性（所谓电磁兼容性（Electromagnetic Electromagnetic Compatibility,Compatibility,简称简称EMCEMC，俗称抗干扰）是指干扰，俗称抗干扰）是指干扰可以在不损
2、害信息的前提下与有用信号共存。可以在不损害信息的前提下与有用信号共存。 电磁兼容性比较贴切的定义为：电磁兼容性比较贴切的定义为： 装置或系统在其设置的预定场所投入实际运行装置或系统在其设置的预定场所投入实际运行时，既不受周围电磁环境的影响，又不影响周围的时，既不受周围电磁环境的影响，又不影响周围的环境，也不发生性能事业心化和误动作，而能按设环境，也不发生性能事业心化和误动作，而能按设计要求正常工作的能力。计要求正常工作的能力。8.1 干扰与抑制形成电磁干扰的要素有三个：l一是向外发送干扰的源，即噪声一是向外发送干扰的源，即噪声源；源；l二是传播电磁干扰的途径，即噪二是传播电磁干扰的途径，即噪声
3、的耦合和辐射；声的耦合和辐射；l三是承受电磁干扰的客体，即受三是承受电磁干扰的客体，即受扰设备。扰设备。主要采取三方面的抑制措施：l抑制噪声源，直接消除干扰原因；抑制噪声源，直接消除干扰原因；l消除噪声源和受扰设备之间的噪声消除噪声源和受扰设备之间的噪声耦合和辐射；耦合和辐射；l加强受扰设备抵抗各种干扰的能力，加强受扰设备抵抗各种干扰的能力，降低其对噪声的敏感度。降低其对噪声的敏感度。一、干扰与噪声源l内部噪声内部噪声 内部噪声是指在电子装置和设备内部的内部噪声是指在电子装置和设备内部的电路或器件产生的噪声。电路或器件产生的噪声。l外来噪声外来噪声 外来噪声指的是从外部侵入电子装置外来噪声指的
4、是从外部侵入电子装置和设备的噪声。和设备的噪声。u自然噪声主要指自然界雷电产生的噪声。自然噪声主要指自然界雷电产生的噪声。u人为噪声是指其它机器和设备产生的噪声，人为噪声是指其它机器和设备产生的噪声，包括有触点电器、放电管、工业用高频设包括有触点电器、放电管、工业用高频设备、电力输送线、机动车、大功率发射装备、电力输送线、机动车、大功率发射装置、超声波设备等产生的噪声。置、超声波设备等产生的噪声。二、干扰与噪声的耦合方式（a a）静电耦合模型）静电耦合模型 （b b）互感耦合模型）互感耦合模型（c c）共阻抗耦合模型（）共阻抗耦合模型（d d）漏电流耦合模型）漏电流耦合模型三、干扰与噪声抑制的
5、一般措施l一是直接抑制、减弱或消除干扰与噪一是直接抑制、减弱或消除干扰与噪声源的对外作用声源的对外作用l二是切断或减弱从干扰与噪声源到受二是切断或减弱从干扰与噪声源到受扰电路的耦合通道。扰电路的耦合通道。 在测量与控制电路的设计、组装和在测量与控制电路的设计、组装和使用中，对干扰与噪声抑制的主要措施使用中，对干扰与噪声抑制的主要措施有屏蔽、接地、隔离、合理布线、净化、有屏蔽、接地、隔离、合理布线、净化、滤波和采用专门电路与器件等。滤波和采用专门电路与器件等。8.2 抑制干扰技术一、屏蔽技术一、屏蔽技术 屏蔽一般指的是电磁屏蔽。所谓电磁屏蔽，屏蔽一般指的是电磁屏蔽。所谓电磁屏蔽，就是用电导率和磁
6、导率高的材料制成封闭的容就是用电导率和磁导率高的材料制成封闭的容器，将受扰的电路置于该容器之中，从而抑制器，将受扰的电路置于该容器之中，从而抑制容器外的干扰与噪声对容器内电路的影响。当容器外的干扰与噪声对容器内电路的影响。当然，也可以将产生干扰与噪声的电路置于该容然，也可以将产生干扰与噪声的电路置于该容器之中，从而减弱或消除其对外部电路的影响。器之中，从而减弱或消除其对外部电路的影响。屏蔽可以显著地减小静电（电容性）耦合和互屏蔽可以显著地减小静电（电容性）耦合和互感（电感性）耦合的作用，降低受扰电路的干感（电感性）耦合的作用，降低受扰电路的干扰与噪声的敏感度，因而在电路设计中被主泛扰与噪声的敏
7、感度，因而在电路设计中被主泛采用。采用。屏蔽的原理 P1 P1为干扰与噪声的入射能量，为干扰与噪声的入射能量，R1R1为干扰与噪声为干扰与噪声在第一边界面上的反射能量，在第一边界面上的反射能量，R2R2为干扰与噪声在第为干扰与噪声在第二边界面上被反射与在屏蔽层内被吸收的能量，二边界面上被反射与在屏蔽层内被吸收的能量，P2P2为干扰与噪声透过第二边界的剩余能量。如果屏蔽为干扰与噪声透过第二边界的剩余能量。如果屏蔽形式与材料选择得好，可使由屏蔽容器外部进入其形式与材料选择得好，可使由屏蔽容器外部进入其内部的干扰能量内部的干扰能量P2P2明显小于明显小于P1P1，或者使从屏蔽内部，或者使从屏蔽内部干
8、扰源逸出到容器外面的干扰能量显著减小。干扰源逸出到容器外面的干扰能量显著减小。屏蔽的结构形式 屏蔽结构形式主要有屏蔽罩、屏蔽栅网、屏蔽结构形式主要有屏蔽罩、屏蔽栅网、屏蔽铜箔、隔离仓和导电涂料等。屏蔽罩一般屏蔽铜箔、隔离仓和导电涂料等。屏蔽罩一般用无孔隙的金属薄板制成。屏蔽栅网一般用金用无孔隙的金属薄板制成。屏蔽栅网一般用金属编制网或有孔金属薄板制成。屏蔽铜箔一般属编制网或有孔金属薄板制成。屏蔽铜箔一般是利用多层印制电路板的一个铜箔面作为屏蔽是利用多层印制电路板的一个铜箔面作为屏蔽板。隔离仓是将整机金属箱体用金属板分隔成板。隔离仓是将整机金属箱体用金属板分隔成多个独立的隔仓，从而将各部分电路分
9、别置于多个独立的隔仓，从而将各部分电路分别置于各个隔仓之内，用以避免各个电路部分之间的各个隔仓之内，用以避免各个电路部分之间的电磁干扰与噪声影响。导电涂料是在非金属的电磁干扰与噪声影响。导电涂料是在非金属的箱体内、外表面上喷一层金属涂层。箱体内、外表面上喷一层金属涂层。屏蔽的材料 屏蔽材料有电场屏蔽材料和磁场屏蔽材料屏蔽材料有电场屏蔽材料和磁场屏蔽材料两类。电场屏蔽一般用用电导就绪较高的铜或两类。电场屏蔽一般用用电导就绪较高的铜或铝材料。当干扰与噪声的频率较高时，用用价铝材料。当干扰与噪声的频率较高时，用用价格较贵的银材料效果更好些。电场屏蔽的作用格较贵的银材料效果更好些。电场屏蔽的作用以反射
10、衰减为主，其特点是干扰与噪声频率升以反射衰减为主，其特点是干扰与噪声频率升高时，磁导率下降，屏蔽作用减弱。对此，可高时，磁导率下降，屏蔽作用减弱。对此，可采用多种不同的材料制成多层屏蔽结构解决之。采用多种不同的材料制成多层屏蔽结构解决之。在一些要求比较高的场合，可同时采用电场屏在一些要求比较高的场合，可同时采用电场屏蔽和磁场屏蔽两种方式，以达到充分抑制干扰蔽和磁场屏蔽两种方式，以达到充分抑制干扰与噪声目的。与噪声目的。二、接地技术接地通常有两种含义，一是连接到系统基准地，接地通常有两种含义，一是连接到系统基准地，二是连接到大地。二是连接到大地。l连接到系统基准地。是指各个电路部分通过连接到系统
11、基准地。是指各个电路部分通过低电阻导体与电气设备的金属底板或金属外壳低电阻导体与电气设备的金属底板或金属外壳实施的连接，而电气设备的金属底板或金属外实施的连接，而电气设备的金属底板或金属外壳并不连接到大地。壳并不连接到大地。l连接到大地，指的是将电气设备的金属底板连接到大地，指的是将电气设备的金属底板或金属外壳通过低电阻导体与在地实施的连接。或金属外壳通过低电阻导体与在地实施的连接。公共基准电位接地 测量与控制电路中的基准电位是测量与控制电路中的基准电位是各回路工作的参考电位，该参考电位各回路工作的参考电位，该参考电位通常选为电路中直流电源（当电路系通常选为电路中直流电源（当电路系统中有两个以
12、上直流电源时则为其中统中有两个以上直流电源时则为其中一个直流电源）的零电压端。该参考一个直流电源）的零电压端。该参考电位与大地的连接方式有电位与大地的连接方式有直接接地、直接接地、悬浮接地、一点接地、多点接地悬浮接地、一点接地、多点接地等方等方式，可根据不同情况下组合采用，以式，可根据不同情况下组合采用，以达到所要求的目的。达到所要求的目的。抑制干扰接地 电气设备中的某些部分与大地连接，可起到抑制干电气设备中的某些部分与大地连接，可起到抑制干扰与噪声的作用。如大功率电路的接地可减小电路对其扰与噪声的作用。如大功率电路的接地可减小电路对其它电路的电磁冲击与噪声干扰，屏蔽壳体、屏蔽网罩或它电路的电
13、磁冲击与噪声干扰，屏蔽壳体、屏蔽网罩或屏蔽隔板的接地可避免电荷积聚引起的静电效应，提高屏蔽隔板的接地可避免电荷积聚引起的静电效应，提高抑制干扰的效果等。抑制干扰的效果等。 抑制干扰接地从具体连接方式上讲，有部分接地和抑制干扰接地从具体连接方式上讲，有部分接地和全部接地、一点接地与多点接地、直接接地与悬浮接地全部接地、一点接地与多点接地、直接接地与悬浮接地等类型。到底哪一种方式最适合，因有些分布与寄生参等类型。到底哪一种方式最适合，因有些分布与寄生参数难以确定，常常无法用理论分析估计，最好做一些模数难以确定，常常无法用理论分析估计，最好做一些模拟试验，以便设计制造时参考。拟试验，以便设计制造时参
14、考。 实际中，有时可采用一种接地方式，有时则要同时实际中，有时可采用一种接地方式，有时则要同时采用几种接地方式，应根据不同情况采用不同方式。采用几种接地方式，应根据不同情况采用不同方式。安全保护接地 当电气设备的绝缘因机械损伤、过电压等当电气设备的绝缘因机械损伤、过电压等原因被损坏，或无损坏但处于强电磁环境时，原因被损坏，或无损坏但处于强电磁环境时，电气设备的金属外壳、操作手柄等部分会出电气设备的金属外壳、操作手柄等部分会出现相当高的对地电压，危及操作维修人员的现相当高的对地电压，危及操作维修人员的安全。安全。 将电气设备的金属底板或金属外壳与大地将电气设备的金属底板或金属外壳与大地实施连接，
15、可消除触电危险。在进行安全接实施连接，可消除触电危险。在进行安全接地连接时，要保证较小的接地电阻和可靠的地连接时，要保证较小的接地电阻和可靠的连接方式，防止日久失效。另外要坚持独立连接方式，防止日久失效。另外要坚持独立接地，即将接地线通过专门的低阻导线与近接地，即将接地线通过专门的低阻导线与近处的大地实施连接。处的大地实施连接。三、隔离技术 四、布线技术 五、灭弧技术 8.3 电源干扰的抑制一、电网干扰抑制技术l线路滤波器l切断噪声变压器二、电源稳定净化技术（一）电源稳定技术（一）电源稳定技术 实际应用中常采用集成器件实际应用中常采用集成器件LM78LM78系列构成直系列构成直流稳压电源。图中流稳压电源。图中220V220V交流电经变压器隔离与交流电经变压器隔离与降压后，再经桥式整流器整流后输至降压后，再经桥式整流器整流后输至7878的输入的输入端，在输出端可获得端，在输出端可获得+12V+12V的电压。变压器输出的电压。变压器输出电压的有效值应为（电压的有效值应为（0.80.90.80.9）UIUI。（二）电源净化技术（二）电源净化技术
