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技術(shù)看點:電磁干擾如何產(chǎn)生的?如何抑制?

發(fā)布時間:2015-03-10 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】近年來,電磁干擾等問題被廣泛提及。如今電子技術(shù)日新月異,電子器材與其他電子設(shè)施組合一起能夠構(gòu)成整個系統(tǒng)動作,日益增多的電子產(chǎn)品和電子設(shè)施造成的電磁污染尤為嚴(yán)重,電磁干擾問題一觸即發(fā)。

電磁干擾無所不在


一些「古時候」不曾出現(xiàn)的電子產(chǎn)品現(xiàn)在也是電磁干擾的主要來源之一,如吹風(fēng)機(jī)、洗衣機(jī)、冷氣機(jī)、電冰箱、電梯、日光燈、電動縫紉機(jī)、錄放影機(jī)、電焊機(jī)及高周波設(shè)備等等;另外電力線也會產(chǎn)生很多的干擾問題。除了人為的噪聲外,自然界也會產(chǎn)生許多干擾的問題,如靜電、雷擊及來自外太空的噪聲等等,總而言之,我們的生活圈里充滿著電磁干擾,而且似乎生活水準(zhǔn)愈高,問題也就愈嚴(yán)重。

或許對許多人而言他們認(rèn)為受到噪聲干擾只不過是使得電視機(jī)的畫面變的不好看,或是音響器材發(fā)出一些雜音而已,并不會造成什麼危險;但若有一心臟病人正在使用心電儀器又受到電磁噪聲的干擾,或當(dāng)客機(jī)于暴風(fēng)雨中作緊急降落,而其電子導(dǎo)航系統(tǒng)又遭到電磁干擾而失效,那麼該怎麼辦呢?只有自求多福羅!還好,大部份的人也都不曾進(jìn)入這麼危險的環(huán)境,但這些危險確實存在,且不可不歷。

電磁干擾遠(yuǎn)在馬可尼設(shè)計了第一部無線電發(fā)射機(jī)時便已存在。電磁干擾在早些時候也稱為射頻干擾或高頻干擾(Radio Frequency Interference RFI),再早就是叫做噪聲干擾。當(dāng)年馬可尼設(shè)計無線電發(fā)射機(jī)最大的問是是在于兩組火花式調(diào)諧電路的發(fā)射器干擾問題,但如果馬可尼還在世的話,他將會驚訝于現(xiàn)今電磁干擾問題的嚴(yán)重性以及其復(fù)雜的程度。

幾十年來工程人員便已知道幾乎每個電子設(shè)備于工作時都會幅射出一些電磁波,故電子設(shè)備在使用時是不可能不去干擾到其它的電子設(shè)備;但由于這些噪聲的種類繁多,其產(chǎn)生的原因及其傳送的方法更是包羅萬象,既無法預(yù)知,亦無任何萬金的解決辦法,也往往為了解決噪聲干擾的問題所花費的時間與精力常比電路設(shè)計時所花費的還多。近年來已有許多機(jī)構(gòu)在進(jìn)行電磁相容性(Electro Magnetic Compatibility EMC)的研究,所謂的電磁相容性便是指器材于可能的電磁干擾環(huán)境下仍能正常工作之能力。

一些精密昂貴的軍用器材、儀器、大型電腦、航空器材等,為了消除電磁干擾的問題也采用了許多電磁相容性的改善方法,但一些屬于家電性質(zhì)的消費性器材若非生產(chǎn)廠商的成本顧慮便是其相信他們的產(chǎn)品只有一小部份會進(jìn)入電磁干擾的環(huán)境使用,因此就算有設(shè)計抗電磁干擾的電路于這些產(chǎn)品內(nèi)也往往無法達(dá)到預(yù)期的效果。再加上市場的競爭,要廠商研究改進(jìn)并且加上一些對其銷售無直接幫助的電路簡直是不可能的事。當(dāng)使用者遇到干擾問題時,只好自個想辦法啦!

電磁噪聲解決方法


電磁噪聲依其傳播的方法可分為幅射性噪聲(Radiated Noise)與傳導(dǎo)性噪聲(Conducted Noise);構(gòu)成噪聲干擾的三個主要因素為「噪聲產(chǎn)生源」、「受到噪聲感染之感受體」及「噪聲傳播路徑」,若三者缺一便無法構(gòu)成噪聲問題。而干擾可能來自自己家中,或是由鄰居家中發(fā)出者,或是導(dǎo)因于附近的電力輸送線。噪聲亦可能經(jīng)由天線而進(jìn)入,在很多情況下,噪聲都很可能直接被屋內(nèi)的配線、或器材的導(dǎo)線所拾取。

要解決電磁干擾有三種方法:其一為「噪聲產(chǎn)生源」產(chǎn)生的干擾必須被壓到最小的情況,二為「感受體」 (如電視機(jī)、電腦、音響器材等等)必須受到保護(hù),以期能抗拒噪聲的干擾,三是「噪聲的傳播路徑」完全被阻斷或是盡可能減少噪聲的傳播機(jī)會。

一般而言,除直接由電磁幅射所引致的干擾外,另經(jīng)由電源線而引入之電磁干擾最為常見;對一些高傳真度音響器材而言,由電源線引人之噪聲會在很多情況下巧妙地對原音動了手腳,并在傳真的可信度上有戲劇性的效果,而此時你用示波器根本看不出音頻波形有何變化;同樣的,幅射性電磁干擾亦會對信號線、喇叭線等構(gòu)成影響。

對很多人而言,他們相信自電力設(shè)施輸送到用戶的電跟他們的信號產(chǎn)生器所產(chǎn)生的正弦波差不多,差別只是在于功率而已。事實上,若用示波器去作觀測的話,將會發(fā)現(xiàn)所看到的根本不是「清純」的60Hz正弦波,而是含有著各種不同的失真、早已扭曲變形、有突波、凹陷等等,此一現(xiàn)象還因時因地而變化;至此,若你深感此問題的嚴(yán)重性,那麼最好的方法便是去買一堆電池回來使用,或是去買一部發(fā)電機(jī)回來,只是發(fā)電機(jī)的功力來源切不可為汽油引擎,因汽油引擎的火星塞亦為電磁干擾的來源之一。說真的,這兩個解決辦法還真是治本的唯一方法,而軍方單位、電信單位及廣播電臺也確曾使用過一屋子的鉛酸電池和發(fā)電機(jī)去供給他們器材所需的電源。不過,我倆現(xiàn)在的變通辦法便是在電源進(jìn)到器材以前,好好的把它「美容整形」一番便得了。

隔離變壓器


曾有人想到使用一個隔離變壓器,以阻斷噪聲的傳播路徑,因為專供電源使用的變壓器通常只設(shè)計在一個固定的低頻率工作,其頻率響應(yīng)也相當(dāng)?shù)牟?,所以,在高頻時的磁力線交連便很差,結(jié)果便限制了多種類型的噪聲。此一構(gòu)想不錯,但一般的變壓器為了要降低成本及減少磁損,初級與次級便做得很靠近,那麼它們之間便有足夠的電容量來將噪聲傳過去。有一個方法可以降低初級圈與次級圈間的電容量,即便是將初級圈和次級圈分離,但分離得愈開則變壓器的效率將愈低,較好的方法是在初級圈和次級圈之間用一層銅片隔開并接地,亦即法拉第屏蔽(Faraday Shield);假設(shè)以Zs為0的狀態(tài)下接地,則A,B間的靜電容量C1與C2則不再串聯(lián),而僅由Cs 產(chǎn)生作用。此時,所使用的靜電隔離材料,如銅片的材質(zhì),銅片的厚度等等都會影響到效果。實際上,即使隔離材料的厚度很厚,也多少會有Zs存在,因此,C1、C2的影響仍無法完全消除;若
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