防雷论坛 › 专家求助解答 › 电磁兼容的概念及设计方法

kkwind 发表于 2009-8-4 10:38:37

电磁兼容的概念及设计方法

阎秀生1，宁天夫1，郭祥玉1，郭云志2 (1.中国电子科技集团公司第五十三研究所，辽宁 锦州 121000） (2.大连重型工业集团有限公司设计院，辽宁 大连 116000）
    摘   要： 电和 磁 是 互 相 关 联 的 。 每 一 台 电 子 设 备 都 不 可 避 免 电 磁 兼 容 问 题 。 因 此 ， 为 了 使 电 子 设 备 可 靠 运 行 ， 必 须 研 究 电 磁 兼 容 技 术 。 以 实 例 说 明 了 电 磁 兼 容 的 思 路 和 设 计 方 法 。 通 过 对 电 磁 干 扰 源 的 明 确 认 识 ， 对 电 磁 干 扰 引 入 路 径 的 清 楚 了 解 ， 针 对 电 磁 干 扰 敏 感 的 接 收 电 路 进 行 重 点 保 护 。
    关键词： 电 磁 兼 容 ； 电 磁 干 扰 ； 设 计

1 引 言
    1822年 安 培 提 出 了 一 切 磁 现 象 的 根 源 是 电 流 的 假 说 。 1831年 法 拉 第 发 现 变 化 的 磁 场 在 导 线 中 产 生 感 应 电 动 势 的 规 律 。 1864年 麦 克 斯 韦 全 面 论 述 了 电 和 磁 的 相 互 作 用 ， 提 出 了 位 移 电 流 的 理 论 ， 总 结 出 麦 克 斯 韦 方 程 ， 预 言 电 磁 波 的 存 在 ， 麦 克 斯 韦 的 电 磁 场 理 论 是 研 究 电 磁 兼 容 的 理 论 基 础 。 1881年 英 国 科 学 家 希 维 赛 德 发 表 了 “ 论 干 扰 ” 的 文 章 ， 标 志 着 电 磁 兼 容 性 研 究 的 开 端 。
    1888年 德 国 科 学 家 赫 兹 首 创 了 天 线 ， 第 一 次 把 电 磁 波 辐 射 到 自 由 空 间 ， 同 时 又 成 功 地 接 收 到 电 磁 波 。 从 此 开 始 了 电 磁 兼 容 性 的 实 验 研 究 。
    1889年 英 国 邮 电 部 门 研 究 了 通 信 中 的 干 扰 问 题 ， 使 电 磁 兼 容 性 研 究 开 始 走 向 工 程 化 。 1944年 德 国 电 气 工 程 师 协 会 制 订 了 世 界 上 第 一 个 电 磁 兼 容 性 规 范 VDE 0878， 1945年 美 国 颁 布 了 第 一 个 电 磁 兼 容 性 军 用 规 范 JAN－ I－ 225。
    我 国 从 1983年 开 始 也 陆 续 颁 布 了 一 系 列 有 关 电 磁 兼 容 性 规 范 。
    虽 然 电 磁 干 扰 问 题 由 来 已 久 ， 但 电 磁 兼 容 这 个 新 兴 的 综 合 性 学 科 却 是 近 代 形 成 的 。 主 要 研 究 和 应 用 的 内 容 包 括 ： 电 磁 兼 容 性 标 准 和 规 范 ； 分 析 和 预 测 ； 设 计 ； 实 验 测 量 ； 开 发 屏 蔽 材 料 ； 培 训 教 育 和 管 理 等 。
2 电 磁 兼 容 的 重 要 性
2.1 为 了 电 子 设 备 工 作 的 可 靠 性
    电 磁 兼 容 性 是 指 电 子 设 备 在 电 磁 环 境 中 正 常 工 作 的 能 力 。 电 磁 干 扰 是 对 电 子 设 备 工 作 性 能 有 害 的 电 磁 变 化 现 象 。 电 磁 干 扰 不 仅 影 响 电 子 设 备 的 正 常 工 作 ， 甚 至 造 成 电 子 设 备 中 的 某 些 元 器 件 损 害 。 因 此 ， 对 电 子 设 备 的 电 磁 兼 容 技 术 要 给 予 充 分 的 重 视 。 既 要 注 意 电 子 设 备 不 受 周 围 电 磁 干 扰 而 能 正 常 工 作 ， 又 要 注 意 电 子 设 备 本 身 不 对 周 围 其 它 设 备 产 生 电 磁 干 扰 ， 影 响 其 它 设 备 正 常 运 行 。
2.2 为 了 电 子 设 备 的 国 际 接 轨
    近 来 ， 电 磁 兼 容 性 已 由 事 后 处 理 发 展 到 预 先 分 析 、 预 测 和 设 计 。 电 磁 兼 容 已 成 为 现 代 工 程 设 计 中 的 重 要 组 成 部 分 。 电 磁 兼 容 性 达 标 认 证 已 由 一 个 国 家 范 围 向 全 球 地 区 发 展 ， 使 电 磁 兼 容 性 与 安 全 性 、 环 境 适 应 性 处 于 同 等 重 要 地 位 。
    例 如 ， 欧 共 体 将 产 品 的 电 磁 兼 容 性 要 求 纳 入 技 术 法 规 ， 强 制 执 行 89/336/EEC指 令 ， 规 定 从 1996年 1月 1日 起 电 气 和 电 子 产 品 必 须 符 合 电 磁 兼 容 性 要 求 ， 并 加 贴 CE标 志 后 才 能 在 市 场 销 售 。
    为 了 与 国 际 接 轨 ， 我 国 外 经 部 和 国 家 出 入 境 检 验 局 于 1999年 1月 起 对 个 人 计 算 机 、 显 示 器 、 打 印 机 、 开 关 电 源 、 电 视 机 和 音 响 设 备 实 施 电 磁 兼 容 性 强 制 检 测 。 国 家 技 术 监 督 局 规 定 从 2002年 10月 起 陆 续 对 声 音 和 电 视 广 播 设 备 、 信 息 技 术 设 备 、 家 用 电 器 、 电 动 工 具 、 电 源 、 照 明 电 器 、 电 点 火 驱 动 装 置 、 金 融 结 算 电 子 设 备 、 安 防 电 子 产 品 和 低 压 电 器 实 施 电 磁 兼 容 性 强 制 性 认 证 。
2.3 为 了 人 身 和 某 些 特 殊 材 料 的 安 全
    电 磁 波 通 过 与 电 爆 装 置 的 控 制 电 路 感 应 耦 合 ， 形 成 的 干 扰 电 流 可 能 引 起 电 爆 装 置 的 爆 炸 。 因 此 GJB786中 规 定 ， 电 引 爆 器 导 线 上 的 电 磁 干 扰 感 应 电 流 和 电 压 必 须 小 于 最 大 不 发 火 电 流 和 电 压 的 15％ 。 另 外 ， 各 种 燃 油 在 强 电 磁 场 的 作 用 下 （ 直 接 照 射 、 电 火 花 、 静 电 放 电 ） 有 发 生 燃 烧 和 爆 炸 的 危 险 ； 电 磁 能 量 通 过 对 人 体 组 织 的 物 理 化 学 作 用 会 产 生 有 害 的 生 理 效 应 。 因 此 ， 为 了 人 身 和 某 些 特 殊 材 料 的 安 全 ， GJB786中 还 规 定 ， 电 子 设 备 的 电 磁 辐 射 量 连 续 波 的 平 均 功 率 密 度 不 允 许 超 4 mW/cm2， 脉 冲 波 的 平 均 功 率 密 度 不 允 许 超 过 2 mW/cm2。
2.4 为 了 当 今 和 未 来 战 争 的 需 要
    核 爆 炸 时 产 生 的 电 磁 脉 冲 ， 以 光 速 向 外 辐 射 传 播 ， 其 电 场 强 度 可 达 105 V/m， 磁 场 强 度 可 达 260 A/m， 脉 冲 宽 度 为 20 ns量 级 ， 电 磁 脉 冲 峰 值 处 频 率 为 105 Hz。 这 种 电 磁 脉 冲 作 用 于 电 子 设 备 时 ， 轻 者 造 成 电 子 设 备 性 能 恶 化 ， 重 者 造 成 电 路 元 器 件 损 坏 。
    特 别 是 在 当 今 和 未 来 战 争 中 ， 已 经 应 用 的 电 磁 脉 冲 弹 和 正 在 研 制 的 高 功 率 微 波 武 器 都 具 有 类 似 核 爆 炸 时 产 生 的 电 磁 脉 冲 辐 射 ， 将 对 电 子 设 备 构 成 致 命 威 胁 。 而 电 磁 兼 容 可 以 为 对 抗 这 种 威 胁 提 供 基 本 技 术 指 导 。
3 电 磁 兼 容 的 设 计 思 路
    为 了 提 高 电 子 设 备 的 电 磁 兼 容 能 力 ， 必 须 从 开 始 设 计 时 就 给 予 电 磁 兼 容 性 以 足 够 的 重 视 。 电 磁 兼 容 的 设 计 思 路 可 以 从 电 磁 兼 容 的 三 要 素 ， 即 电 磁 干 扰 源 、 电 磁 干 扰 可 能 传 播 的 路 径 及 易 接 收 电 磁 干 扰 的 电 磁 敏 感 电 路 和 器 件 入 手 。 也 就 是
    1） 首 先 ， 要 充 分 分 析 电 子 设 备 可 能 存 在 的 电 磁 干 扰 源 及 其 性 质 ， 尽 量 消 除 或 降 低 电 磁 干 扰 源 的 参 数 。
    2） 其 次 ， 要 充 分 了 解 电 磁 干 扰 可 能 传 播 的 路 径 ， 尽 量 切 断 其 路 径 ， 或 降 低 与 电 磁 干 扰 耦 合 的 能 力 。
    3） 最 后 ， 要 充 分 认 识 易 接 收 电 磁 干 扰 的 电 磁 敏 感 电 路 和 器 件 ， 尽 量 杜 绝 其 接 收 电 磁 干 扰 的 可 能 性 。
    据 此 ， 在 设 计 时 应 采 取 相 应 对 策 ， 消 除 或 部 分 消 除 可 能 出 现 的 电 磁 干 扰 ， 以 减 轻 调 试 工 作 的 压 力 。 在 调 试 中 ， 针 对 具 体 出 现 的 电 磁 干 扰 ， 以 及 接 收 电 磁 干 扰 的 电 路 和 元 器 件 的 表 现 进 行 分 析 ， 以 确 定 电 磁 干 扰 源 所 在 及 电 磁 干 扰 可 能 传 播 的 路 径 ， 再 采 取 相 应 的 解 决 办 法 。
4 电 磁 兼 容 的 具 体 实 例
4.1 对 电 磁 干 扰 源 要 有 明 确 的 认 识
    例 如 ， 某 探 测 设 备 在 探 测 元 件 无 输 入 信 号 时 ， 其 放 大 器 输 出 端 的 干 扰 信 号 峰 峰 值 为 50.8 mV， 远 远 超 过 该 探 测 设 备 输 出 端 最 小 探 测 信 号 电 压 峰 峰 值 4.0 mV的 要 求 ， 致 使 整 个 设 备 无 法 正 常 工 作 。
    该 台 探 测 设 备 的 驱 动 电 源 采 用 直 流 斩 波 式 方 波 交 流 电 源 ， 驱 动 螺 线 管 电 磁 铁 往 复 运 动 ， 由 上 可 见 ， 驱 动 电 源 的 负 载 为 感 性 的 电 磁 线 圈 。 对 感 性 的 电 磁 线 圈 采 用 直 流 斩 波 式 方 波 交 流 电 源 供 电 ， 在 斩 波 时 将 产 生 严 重 的 电 磁 干 扰 。 因 为 感 性 的 电 磁 线 圈 中 的 电 流 变 化 必 然 产 生 感 应 电 动 势 ， 电 流 变 化 越 快 ， 产 生 的 感 应 电 动 势 越 大 。 这 种 感 应 电 动 势 将 会 通 过 某 种 路 径 传 导 耦 合 到 放 大 器 的 输 出 级 ， 而 成 为 严 重 的 电 磁 干 扰 。
    该 台 探 测 设 备 的 驱 动 电 源 采 用 线 性 纯 正 弦 波 电 源 时 ， 在 探 测 元 件 无 输 入 信 号 时 ， 在 放 大 器 输 出 端 最 大 探 测 信 号 电 压 峰 峰 值 仅 为 4.4 mV。 而 具 有 随 机 性 质 的 噪 声 电 压 ， 其 峰 峰 值 最 大 为 3.0 mV。 说 明 原 来 的 干 扰 信 号 已 被 极 大 地 消 除 ，
    从 该 项 工 作 中 ， 使 我 们 体 会 到 电 磁 干 扰 的 严 重 性 ， 对 电 磁 干 扰 的 认 识 仅 停 留 在 一 般 的 水 平 上 、 泛 泛地 、 全 面 地 采 取 各 种 抗 干 扰 措 施 也 不 一 定 见 效 ， 必 须 抓 住 主 要 矛 盾 。
    再 举 一 例 ， 某 电 子 设 备 ， 当 打 开 电 源 开 关 时 ， 其 测 量 显 示 呈 紊 乱 状 态 。 究 其 原 因 ， 正 是 在 电 源 开 关 时 刻 ， 电 路 由 一 种 稳 态 转 换 到 另 一 种 稳 态 的 过 渡 过 程 中 ， 所 出 现 的 过 电 压 、 过 电 流 所 致 。 为 此 ， 采 用 一 定 容 量 和 电 压 的 氧 化 锌 压 敏 电 阻 并 联 在 电 源 上 ， 便 收 到 了 较 好 的 效 果 。 这 也 说 明 对 电 磁 干 扰 源 有 明 确 认 识 时 ， 才 能 有 的 放 矢 地 采 取 抗 干 扰 措 施 ， 效 果 明 显 。
4.2 对 电 磁 干 扰 可 能 的 传 播 路 径 要 有 清 楚 了 解
    在 核 聚 变 科 学 研 究 中 ， 将 巨 大 的 微 波 能 耦 合 到 等 离 子 体 中 去 ， 以 提 高 核 聚 变 物 理 参 数 。 为 此 ， 需 要 高 能 大 功 率 发 射 系 统 。 其 主 电 源 脉 冲 电 压 达 20 kV， 最 大 脉 冲 宽 度 30 ms， 最 高 脉 冲 功 率 2 400 kW。 该 电 源 通 过 电 感 储 能 ， 直 流 开 断 ， 脉 冲 整 形 等 一 系 列 环 节 ， 由 微 机 控 制 来 实 现 。
    调 试 过 程 中 ， 当 电 压 达 数 kV时 ， 系 统 便 无 法 正 常 运 行 。 轻 则 控 制 程 序 出 错 ， 重 则 程 序 全 部 被 冲 掉 ， 更 严 重 时 微 机 芯 片 被 烧 损 。 由 于 对 电 磁 干 扰 认 识 肤 浅 ， 盲 目 地 采 取 各 种 措 施 ， 如 重 新 布 线 ， 改 善 接 地 ， 增 加 电 磁 屏 蔽 和 隔 离 等 等 ， 忙 了 几 个 月 均 不 能 根 本 解 决 问 题 ， 挫 折 迫 使 我 们 冷 静 了 下 来 。 在 进 行 了 科 学 分 析 后 ， 认 定 必 须 要 对 幅 度 高 达 数 kV， 前 后 沿 很 陡 的 这 一 电 磁 干 扰 源 有 清 楚 了 解 ， 并 对 其 可 能 传 播 的 路 径 采 取 加 强 隔 离 措 施 。 在 对 光 电 隔 离 器 采 用 双 重 设 计 后 ， 微 机 能 稳 定 、 可 靠 地 工 作 了 。
    再 举 一 例 ， 在 激 光 电 源 低 功 率 调 试 中 发 现 应 交 替 导 通 的 两 个 逆 变 开 关 IGBT的 触 发 信 号 存 在 重 迭 现 象 ， 即 有 互 相 干 扰 。 如 果 不 消 除 这 种 干 扰 ， 可 能 发 生 主 电 路 直 通 故 障 。 基 于 以 前 积 累 的 对 电 磁 干 扰 可 能 的 传 播 路 径 要 有 明 确 认 识 的 工 作 经 验 ， 我 们 从 逆 变 开 关 IGBT的 触 发 端 倒 推 ， 一 级 一 级 地 检 测 触 发 信 号 ， 直 到 产 生 触 发 信 号 的 TL494集 成 电 路 的 两 个 输 出 端 ， 发 现 这 两 个 输 出 端 的 引 线 距 离 很 近 ， 且 平 行 布 线 很 远 。 通 过 分 析 表 明 ， 这 种 情 况 容 易 产 生 电 容 性 耦 合 干 扰 ， 干 扰 的 强 弱 与 工 作 频 率 及 两 条 引 线 之 间 的 分 布 电 容 量 有 关 。 当 我 们 将 其 中 一 条 引 线 切 断 ， 用 一 条 拉 开 很 远 距 离 的 临 时 导 线 代 用 后 ， 两 个 逆 变 开 关 IGBT的 触 发 信 号 不 再 发 生 重 迭 现 象 了 。
    从 该 项 工 作 中 ， 使 我 们 体 会 到 对 电 磁 干 扰 可 能 传 播 的 路 径 有 明 确 的 认 识 ， 才 能 顺 利 地 排 除 电 磁 干 扰 。 否 则 将 无 从 下 手 解 决 存 在 的 电 磁 干 扰 问 题 。
4.3 对 易 接 收 电 磁 干 扰 的 电 磁 敏 感 电 路 和 器 件 要 进 行 重 点 保 护
    还 是 上 述 的 第 一 个 例 子 中 ， 某 探 测 设 备 在 探 测 元 件 无 输 入 信 号 时 放 大 器 输 出 端 的 干 扰 信 号 远 远 超 过 最 小 探 测 信 号 电 压 值 ， 致 使 整 个 设 备 无 法 正 常 工 作 。
    经 过 认 真 分 析 和 实 际 测 试 ， 除 了 对 电 磁 干 扰 源 缺 乏 明 确 的 认 识 和 电 磁 干 扰 可 能 传 播 的 路 径 缺 乏 清 楚 了 解 外 ， 对 易 接 收 电 磁 干 扰 的 电 磁 敏 感 电 路 和 器 件 也 缺 乏 重 点 保 护 。 为 此 对 易 接 收 电 磁 干 扰 的 电 磁 敏 感 电 路 和 器 件 — — 传 感 器 输 入 电 路 和 前 级 放 大 电 路 主 要 采 取 两 项 电 磁 兼 容 性 措 施 ：
    1） 信 号 接 地 信 号 接 地 的 主 要 目 的 是 为 了 抑 制 电 磁 干 扰 ， 应 当 特 别 注 意 低 电 平 电 路 、 信 号 检 测 电 路 、 传 感 器 输 入 电 路 和 前 级 放 大 电 路 的 接 地 。
    该 探 测 设 备 的 传 感 器 输 入 电 路 、 前 级 放 大 电 路 和 末 级 放 大 电 路 的 接 地 应 该 只 设 一 个 接 地 点 ， 因 为 多 个 接 地 点 会 引 入 共 地 阻 抗 的 干 扰 。 而 这 个 接 地 点 的 位 置 应 当 选 择 在 保 证 地 线 中 的 电 流 流 向 为 从 小 信 号 电 路 流 向 大 信 号 电 路 ， 从 而 避 免 大 信 号 电 路 的 地 线 电 流 对 小 信 号 电 路 产 生 干 扰 。
    2） 屏 蔽 加 强 该 探 测 设 备 的 传 感 器 输 入 电 路 和 前 级 放 大 电 路 电 磁 屏 蔽 ， 并 注 意 屏 蔽 的 完 整 性 和 良 好 的 接 地 措 施 。
    电 磁 屏 蔽 设 计 时 ， 一 般 采 用 电 导 率 高 的 材 料 作 屏 蔽 体 ， 并 将 屏 蔽 体 接 地 。 它 是 利 用 屏 蔽 体 在 高 频 磁 场 的 作 用 下 产 生 反 方 向 的 涡 流 磁 场 与 原 磁 场 抵 消 而 削 弱 高 频 磁 场 的 干 扰 ， 又 因 屏 蔽 体 接 地 而 实 现 电 场 屏 蔽 。 屏 蔽 体 的 厚 度 不 必 过 大 ， 应 以 趋 肤 深 度 和 结 构 强 度 为 主 要 考 虑 因 素 。 另 外 要 注 意 屏 蔽 的 完 整 性 ， 如 果 屏 蔽 体 不 完 整 ， 将 导 致 电 磁 场 泄 漏 。
5 电 磁 兼 容 的 设 计 方 法
5.1 对 电 磁 干 扰 源 的 设 计 方 法
    电 磁 干 扰 源 的 种 类 相 当 繁 多 ， 比 如 ， 自 然 的 电 磁 干 扰 源 包 括 ： 地 球 表 面 的 最 大 磁 场 强 度 为 52 A/m、 平 均 电 场 强 度 为 130 V/m， 雷 电 的 大 气 干 扰 ， 静 电 的 电 晕 放 电 和 宇 宙 噪 声 等 等 。 人 为 的 电 磁 干 扰 源 包 括 ： 含 有 整 流 子 的 直 流 电 机 换 向 时 产 生 的 电 弧 和 电 流 变 化 、 电 器 开 关 动 作 时 产 生 的 电 弧 和 电 流 变 化 ， 非 线 性 元 器 件 工 作 时 产 生 的 谐 波 ， 高 频 振 荡 器 和 无 线 电 发 送 设 备 的 电 磁 辐 射 ， 汽 车 点 火 系 统 ， 医 疗 用 的 超 声 波 发 生 器 ， 生 活 用 的 微 波 炉 以 及 电 磁 脉 冲 等 等 。 可 以 说 电 磁 干 扰源 无 处 不 在 ， 下 面 仅 讨 论 与 我 们 相 关 的 主 要 电 磁 干 扰 源 。
5.1.1 供 电 电 源
    供 电 电 源 ， 常 由 于 负 载 的 通 断 过 渡 过 程 、 半 导 体 元 器 件 的 非 线 性 ， 脉 冲 设 备 及 雷 电 的 耦 合 等 因 素 ， 而 成 为 电 磁 干 扰 源 。
    供 电 电 源 电 磁 兼 容 的 设 计 方 法 为
    1） 采 用 交 流 电 源 滤 波 器
    由 于 交 流 电 源 滤 波 器 是 低 通 滤 波 器 ， 不 妨 碍 工 频 电 能 的 通 过 ， 而 对 高 频 电 磁 干 扰 呈 高 阻 态 ， 有 较 强 的 抑 制 能 力 。 使 用 交 流 电 源 滤 波 器 时 ， 应 根 据 其 两 端 阻 抗 和 要 求 的 插 入 衰 减 系 数 选 择 滤 波 器 的 型 式 。 要 注 意 其 承 受 电 压 和 导 通 电 流 的 能 力 ， 屏 蔽 与 机 壳 要 电 气 接 触 良 好 ， 地 线 要 尽 量 短 、 截 面 足 够 大 ， 进 出 线 要 远 离 ， 而 且 滤 波 器 应 尽 量 靠 近 供 电 电 源 。
    2） 交 流 电 源 变 压 器 加 静 电 屏 蔽
    由 于 电 源 变 压 器 初 、 次 级 间 存 在 分 布 电 容 ， 进 入 电 源 变 压 器 初 级 的 高 频 干 扰 能 通 过 分 布 电 容 耦 合 到 电 源 变 压 器 的 次 级 。 在 电 源 变 压 器 初 、 次 级 间 增 加 静 电 屏 蔽 后 ， 该 屏 蔽 与 绕 组 间 形 成 新 的 分 布 电 容 。 将 屏 蔽 接 地 ， 可 以 将 高 频 干 扰 通 过 这 一 新 的 分 布 电 容 引 入 地 ， 从 而 起 到 抗 电 磁 干 扰 的 作 用 。 静 电 屏 蔽 应 选 择 导 电 性 好 的 材 料 ， 且 首 尾 端 不 可 闭 合 ， 以 免 造 成 短 路 。
    3） 脉 冲 电 压 的 吸 收
    对 脉 冲 电 压 的 电 磁 干 扰 可 以 采 用 压 敏 电 阻 、 固 体 放 电 管 或 瞬 态 电 压 抑 制 二 极 管 来 吸 收 。 当 脉 冲 电 压 吸 收 器 件 承 受 一 个 高 能 量 的 瞬 态 过 电 压 脉 冲 时 ， 其 工 作 阻 抗 能 立 即 降 到 很 低 ， 允 许 通 过 很 大 的 电 流 ， 吸 收 很 大 的 功 率 ， 从 而 将 电 压 箝 制 在 允 许 的 水 平 内 。
    压 敏 电 阻 或 固 体 放 电 管 可 应 用 于 直 流 或 交 流 电 路 。 单 向 瞬 态 电 压 抑 制 二 极 管 应 用 于 直 流 电 路 ， 而 双 向 瞬 态 电 压 抑 制 二 极 管 应 用 于 交 流 电 路 。 使 用 脉 冲 电 压 的 吸 收 器 件 时 ， 应 选 择 其 额 定 电 压 略 高 于 设 备 的 最 大 工 作 电 压 ， 以 保 证 无 脉 冲 电 压 时 ， 吸 收 器 件 的 功 耗 最 少 ； 当 有 脉 冲 电 压 时 ， 其 箝 位 的 电 压 应 低 于 设 备 的 最 高 绝 缘 电 压 ， 以 保 证 设 备 的 安 全 ； 其 通 流 能 力 应 大 于 脉 冲 电 压 所 产 生 的 电 流 。
    4） 直 流 电 源 的 电 磁 兼 容 措 施
    — — 整 流 电 路 的 高 频 滤 波 即 在 整 流 管 上 并 联 小 电 容 （ 0.01 μ F） 进 一 步 滤 掉 从 变 压 器 进 入 的 高 频 干 扰 。
    — — 直 流 退 耦 即 在 直 流 电 源 和 地 之 间 并 联 2个 电 容 ， 大 电 容 （ 10～ 100 μ F） 滤 掉 低 频 干 扰 ， 小 电 容 （ 0.01～ 0.22 μ F） 滤 掉 高 频 干 扰 。
    5） 电 源 的 其 它 电 磁 兼 容 措 施
    — — 控 制 电 路 和 功 率 电 路 采 用 分 相 供 电 或 采 用 不 同 的 电 源 供 电 ；
    — — 采 用 UPS（ 不 间 断 电 源 ） 供 电 ；
    — — 采 用 电 源 电 压 监 视 集 成 电 路 。
5.1.2 暂 态 过 程
    暂 态 过 程 是 由 于 电 路 机 械 触 点 的 分 合 ， 负 载 的 通 断 和 电 路 的 快 速 切 换 等 导 致 电 路 电 压 或 电 流 发 生 快 速 变 化 ， 而 成 为 电 磁 干 扰 源 。
    暂 态 过 程 的 电 磁 兼 容 设 计 方 法 为
    1） 电 路 机 械 触 点 的 熄 火 花 电 路
    电 路 机 械 触 点 的 熄 火 花 电 路 由 电 阻 （ R） 和 电 容 （ C） 串 联 组 成 。 其 原 理 是 用 电 容 转 换 触 点 分 断 时 负 载 电 感 （ L） 上 的 能 量 ， 从 而 避 免 在 触 点 上 产 生 过 电 压 和 电 弧 造 成 的 电 磁 干 扰 ， 最 终 由 电 阻 吸 收 这 部 分 能 量 。
    电 路 参 数 计 算 如 下 ：
http://www.spdbiz.com/images/lightning/17-1.jpg 式 中 ： R为 电 阻 （ Ω ） ；
         L为 负 载 电 感 （ μ H） ；
         Im为 负 载 电 感 中 的 最 大 电 流 （ A） ；
         C取 C1、 C2中 大 者 。
    2） 电 感 负 载 的 续 流 电 路 和 吸 收 电 路
    直 流 电 路 电 感 负 载 的 续 流 电 路 是 用 二 极 管 反 并 联 在 电 感 负 载 上 。 当 切 断 电 感 负 载 时 ， 其 上 的 电 流 经 二 极 管 续 流 ， 不 会 产 生 过 电 压 而 危 及 电 路 上 的 其 它 器 件 。
    参 数 选 择 如 下 ：
http://www.spdbiz.com/images/lightning/17-2.jpg 式 中 ： IF为 二 极 管 正 向 平 均 电 流 ；
         VRRM为 二 极 管 反 向 重 复 峰 值 电 压 ；
         IN为 电 感 负 载 的 额 定 电 流 ；
         VN为 电 感 负 载 的 额 定 电 压 。
    如 果 用 压 敏 电 阻 代 替 二 极 管 ， 其 效 果 会 更 好 。 因 为 压 敏 电 阻 吸 收 能 量 更 快 ， 从 而 减 小 了 动 作 响 应 时 间 。 另 外 ， 压 敏 电 阻 还 可 应 用 在 交 流 电 路 电 感 负 载 的 场 合 。 应 用 压 敏 电 阻 时 应 当 注 意 以 下 几 点 ：
    — — 压 敏 电 阻 的 标 称 电 压 ；
    — — 压 敏 电 阻 的 压 比 ；
    — — 压 敏 电 阻 的 吸 收 能 量 能 力 ；
    — — 压 敏 电 阻 的 前 沿 响 应 时 间 ；
    — — 压 敏 电 阻 应 当 尽 量 紧 靠 电 感 使 用 。
    3） 电 容 负 载 的 限 流 电 路
    电 容 负 载 的 限 流 电 路 由 电 阻 （ R） 和 开 关 并 联 组 成 。 其 原 理 是 用 电 阻 限 制 电 容 负 载 开 始 投 入 时 的 短 路 电 流 ， 从 而 避 免 短 路 电 流 造 成 的 电 磁 干 扰 。 经 过 时 间 （ t） 将 开 关 闭 合 ， 切 除 限 流 电 阻 。
    参 数 选 择 如 下 ：
http://www.spdbiz.com/images/lightning/18-1.jpg 式 中 ： IN为 负 载 的 额 定 电 流 ；
         VN为 电 源 的 额 定 电 压 ；
         C为 负 载 的 电 容 。
    4） 电 路 快 速 切 换 的 电 磁 兼 容 措 施
    电 路 快 速 切 换 （ 包 括 晶 闸 管 换 流 、 直 流 斩 波 、 二 极 管 关 断 时 的 电 荷 存 储 效 应 等 ） 将 导 致 电 压 或 电 流 的 快 速 变 化 ， 而 成 为 电 磁 干 扰 源 。
    对 此 可 采 用 如 下 电 磁 兼 容 措 施
    — — 串 联 缓 冲 电 感 ， 以 降 低 电 流 变 化 率 ；
    — — 并 联 缓 冲 电 容 ， 以 降 低 电 压 变 化 率 ；
    — — 用 电 感 电 容 谐 振 电 路 代 替 直 流 斩 波 ， 以 降 低 电 流 变 化 率 或 电 压 变 化 率 。
5.1.3 电 磁 辐 射
    电 磁 辐 射 包 括 电 子 设 备 内 部 和 外 部 两 种 电 磁 辐 射 源 。 其 实 任 一 电 流 的 周 围 都 存 在 磁 场 ， 而 变 化 的 磁 场 会 产 生 变 化 的 电 场 ， 这 种 电 磁 场 就 是 电 磁 干 扰 源 。
    电 子 设 备 中 主 要 的 电 磁 辐 射 源 是 大 电 流 、 高 电 压 的 强 功 率 电 路 和 器 件 ， 电 压 或 电 流 快 速 变 化 的 电 路 和 器 件 以 及 高 频 电 路 和 器 件 。
    对 电 磁 辐 射 的 电 磁 兼 容 设 计 是 ， 采 用 电 磁 屏 蔽 的 方 法 ， 即 用 屏 蔽 材 料 将 电 磁 辐 射 源 封 闭 起 来 ， 使 其 外 部 电 磁 场 强 低 于 允 许 值 。
    电 磁 屏 蔽 的 技 术 原 理 主 要 有 两 种 ：
    一 是 反 射 ， 由 于 空 气 和 金 属 屏 蔽 的 电 磁 阻 抗 不 同 ， 使 入 射 电 磁 电 波 产 生 反 射 作 用 。 磁 场 中 的 反 射 损 耗 R(dB)， 对 磁 场 源 而 言
http://www.spdbiz.com/images/lightning/18-2.jpg 式 中 ： μ r为 相 对 磁 导 率 ；
         σ r为 相 对 电 导 率 ；
         f为 电 磁 波 频 率 （ Hz） ；
         D为 辐 射 源 到 屏 蔽 体 的 距 离 （ m） 。
    对 电 场 源 而 言
http://www.spdbiz.com/images/lightning/18-3.jpg（ 9）
    二 是 吸 收 ， 进 入 金 属 屏 蔽 内 的 电 磁 波 在 金 属 屏 蔽 内 传 播 时 ， 由 于 衰 减 而 产 生 吸 收 作 用 。 吸 收 损 耗 A(dB)为
http://www.spdbiz.com/images/lightning/18-4.jpg（ 10）
式 中 ： d为 屏 蔽 材 料 厚 度 （ mm） 。
    1） 磁 场 屏 蔽 一 般 采 用 磁 导 率 高 的 材 料 作 屏 蔽 体 ， 它 给 低 频 磁 通 提 供 一 个 闭 合 回 路 ， 并 使 其 限 制 在 屏 蔽 体 内 。 屏 蔽 体 的 磁 导 率 越 高 ， 厚 度 越 大 ， 磁 阻 越 小 ， 磁 场 屏 蔽 的 效 果 越 好 。 当 然 屏 蔽 的 设 计 要 与 设 备 的 重 量 相 协 调 。 在 杂 散 耦 合 可 能 引 起 有 害 作 用 的 电 路 中 ， 应 选 用 带 有 屏 蔽 的 电 感 器 和 继 电 器 ， 并 将 屏 蔽 有 效 地 接 地 。
    2） 电 场 屏 蔽 一 般 采 用 电 导 率 高 的 材 料 作 屏 蔽 体 ， 并 将 屏 蔽 体 接 地 ， 使 电 力 线 在 此 终 止 ， 因 而 电 场 不 会 泄 漏 到 屏 蔽 体 外 部 。 电 场 屏 蔽 以 反 射 为 主 ， 因 此 屏 蔽 体 的 厚 度 不 必 过 大 ， 而 以 结 构 强 度 为 主 要 考 虑 因 素 。
    3） 电 磁 场 屏 蔽 一 般 采 用 电 导 率 高 的 材 料 作 屏 蔽 体 ， 并 将 屏 蔽 体 接 地 。 它 是 利 用 屏 蔽 体 在 高 频 磁 场 的 作 用 下 产 生 反 方 向 的 涡 流 磁 场 与 原 磁 场 抵 消 而 削 弱 高 频 磁 场 的 干 扰 ， 又 因 屏 蔽 体 接 地 而 实 现 电 场 屏 蔽 。 屏 蔽 体 的 厚 度 不 必 过 大 ， 而 以 趋 肤 深 度 和 结 构 强 度 为 主 要 考 虑 因 素 。
    应 当 特 别 注 意 电 磁 屏 蔽 的 完 整 性 ， 特 别 是 电 磁 场 屏 蔽 ， 因 为 它 是 利 用 屏 蔽 体 在 高 频 磁 场 的 作 用 下 产 生 反 方 向 的 涡 流 磁 场 与 原 磁 场 抵 消 而 削 弱 高 频 磁 场 干 扰 的 。 如 果 屏 蔽 体 不 完 整 ， 则 涡 流 的 效 果 降 低 ， 导 致 电 磁 场 泄 漏 ， 屏 蔽 的 效 果 将 大 打 折 扣 。
5.1.4 雷 电
    雷 电 是 带 电 云 对 地 或 带 电 云 之 间 的 放 电 现 象 。 带 电 云 对 地 放 电 为 直 接 雷 击 ， 而 非 直 接 雷 击 时 设 备 所 受 到 的 干 扰 为 感 应 雷 击 。 由 于 雷 电 具 有 非 常 大 的 能 量 和 非 常 短 的 持 续 时 间 ， 因 此 雷 电 是 非 常 强 的 干 扰 源 。
    雷 电 的 电 磁 兼 容 的 设 计 方 法 是
    1） 对 直 接 雷 击 采 用 的 设 计 方 法 采 用 接 闪 器 、 避 雷 引 线 和 避 雷 接 地 组 成 的 避 雷 系 统 。 将 直 接 雷 击 的 能 量 引 入 大 地 ， 以 保 护 电 子 设 备 。
    2） 对 感 应 雷 击 采 用 的 设 计 方 法 采 用 气 体 避 雷 管 、 压 敏 电 阻 、 电 压 瞬 变 吸 收 二 极 管 或 固 体 放 电 管 。 利 用 其 非 线 性 特 性 ， 对 感 应 雷 击 的 高 电 压 尖 峰 削 波 和 能 量 吸 收 ， 以 保 护 电 子 设 备 。
5.1.5 静 电
    当 不 同 介 质 的 材 料 相 互 摩 擦 时 ， 会 发 生 电 荷 转 移 而 产 生 静 电 。 当 然 静 电 也 可 能 以 其 它 的 方 式 产 生 ， 比 如 受 到 其 它 带 电 体 的 感 应 。 静 电 场 强 的 高 低 取 决 于 材 料 所 携 带 的 电 荷 量 多 少 和 对 地 电 容 的 大 小 。 当 这 种 材 料 对 电 子 设 备 的 场 强 超 过 绝 缘 介 质 的 击 穿 强 度 时 ， 会 发 生 电 晕 放 电 或 火 花 放 电 ， 形 成 静 电 干 扰 ， 可 能 导 致 电 子 设 备 损 坏 。
    防 静 电 的 电 磁 兼 容 的 设 计 方 法 是
    — — 防 止 静 电 的 产 生 ， 例 如 阻 止 静 电 荷 的 积 累 、 泄 放 积 累 的 静 电 荷 ， 采 用 防 静 电 地 板 和 静 电 消 除 器 等 等 。
    — — 采 用 静 电 屏 蔽 和 接 地 措 施 ， 将 静 电 产 生 的 电 荷 引 走 。
    — — 采 用 耐 静 电 电 压 值 高 的 器 件 。
    — — 采 用 静 电 保 护 措 施 ， 例 如 增 加 串 联 电 阻 以 降 低 静 电 放 电 电 流 ， 增 加 并 联 元 件 以 把 静 电 放 电 电 流 引 走 ， 对 静 电 作 用 下 易 损 器 件 的 操 作 防 护 和 软 件 的 静 电 防 护 等 等 。
5.1.6 无 线 电 发 射 源
    无 线 电 发 射 机 的 频 率 范 围 为 103～ 1012 Hz。
    无 线 电 发 射 机 的 有 效 辐 射 功 率 （ ERP） 很 高 。 例 如 ， 军 用 雷 达 10 GW， 气 象 雷 达 1 GW， 船 用 雷 达 100 MW， 电 视 广 播 50 MW， 商 用 电 台 300 kW， 广 播 电 台 100 kW， 业 余 通 讯 1 kW， 车 用 通 讯 100 W。
    因 此 ， 无 线 电 发 射 源 对 电 子 设 备 是 一 很 强 的 干 扰 源 。
    对 无 线 电 发 射 源 的 电 磁 兼 容 的 设 计 方 法 是
    — — 严 格 控 制 无 线 电 发 射 的 方 位 角 度 ， 以 减 少 无 线 电 发 射 源 干 扰 的 空 间 范 围 。
    — — 采 用 完 整 的 电 磁 屏 蔽 和 可 靠 的 接 地 措 施 ， 以 减 少 无 线 电 发 射 源 的 泄 漏 干 扰 。
5.2 对 电 磁 干 扰 可 能 传 播 的 路 径 的 设 计 方 法
5.2.1 电 路 性 耦 合
    当 两 个 电 路 存 在 公 共 阻 抗 时 ， 一 个 电 路 的 电 参 数 通 过 公 共 阻 抗 对 另 一 个 电 路 的 电 参 数 产 生 了 影 响 。 而 这 种 影 响 造 成 误 动 作 时 ， 即 为 通 过 电 路 性 耦 合 的 路 径 产 生 的 电 磁 干 扰 。 公 共 阻 抗 主 要 有 共 回 路 导 线 、 共 地 阻 抗 和 共 电 源 内 阻 。
    电 路 性 耦 合 的 电 磁 兼 容 设 计 方 法 是
    1） 对 共 电 源 内 阻 产 生 的 电 磁 干 扰 ， 可 以 用 不 同 的 电 源 分 别 供 电 的 方 法 ， 以 去 除 共 电 源 内 阻 产 生 的 电 路 性 耦 合 。
    2） 对 共 回 路 导 线 产 生 的 电 磁 干 扰 ， 可 以 用 对 导 线 阻 抗 加 以 限 制 或 去 耦 的 方 法 ， 以 减 低 共 回 路 导 线 产 生 的 电 路 性 耦 合 。 共 回 路 导 线 的 阻 抗 包 括 电 阻 和 电 感 。
    — — 限 制 电 阻 的 方 法 增 大 共 回 路 导 线 的 截 面 、 减 小 共 回 路 导 线 的 长 度 和 降 低 接 触 电 阻 ；
    — — 限 制 电 感 的 方 法 减 小 共 回 路 导 线 的 长 度 和 来 回 线 的 距 离 ；
    — — 电 路 去 耦 的 方 法 去 掉 共 回 路 导 线 ， 而 将 不 同 的 回 路 仅 在 一 点 连 接 。
    3） 对 共 地 阻 抗 产 生 的 电 磁 干 扰 ， 可 以 用 降 低 共 地 阻 抗 的 方 法 ， 以 去 除 共 地 阻 抗 产 生 的 电 路 性 耦 合 。
    — — 接 地 的 种 类 和 作 用
    电 子 设 备 一 般 有 两 种 接 地 。 一 种 是 安 全 接 地 ， 即 将 机 壳 接 地 ， 当 机 壳 带 电 时 ， 电 源 的 保 护 动 作 ， 切 断 电 源 ， 以 保 护 工 作 人 员 的 安 全 ； 另 一 种 是 工 作 接 地 ， 给 电 路 系 统 提 供 一 个 基 准 电 位 ， 同 时 也 可 将 高 频 干 扰 引 走 。 但 是 ， 不 正 确 的 工 作 接 地 反 而 会 增 加 干 扰 ， 比 如 共 地 线 干 扰 ， 地 环 路 干 扰 等 等 。
    工 作 接 地 按 工 作 频 率 采 用 不 同 的 接 地 方 式 。 工 作 频 率 低 的 （ 小 于 1 MHz） 采 用 单 点 接 地 式 ， 即 把 整 个 电 路 系 统 中 的 一 个 结 构 点 看 作 接 地 参 考 点 ， 所 有 对 地 连 接 都 接 到 这 一 点 上 ， 并 设 置 一 个 安 全 接 地 螺 栓 ； 工 作 频 率 高 的 （ 大 于 30 MHz） 采 用 多 点 接 地 式 ， 即 在 该 电 路 系 统 里 ， 用 一 块 接 地 平 板 代 替 电 路 中 每 部 分 各 自 的 地 回 路 。 其 主 要 原 因 是 接 地 引 线 的 感 抗 与 频 率 和 长 度 成 正 比 ， 工 作 频 率 高 时 将 增 加 共 地 阻 抗 ， 从 而 将 增 大 共 地 阻 抗 产 生 的 电 磁 干 扰 。 工 作 频 率 在 上 述 两 者 之 间 的 可 采 用 混 合 接 地 式 。
    此 外 ， 还 有 一 种 浮 地 式 ， 即 该 电 路 的 地 与 大 地 无 导 体 连 接 。 其 优 点 是 该 电 路 不 受 大 地 电 性 能 的 影 响 。 其 缺 点 是 该 电 路 易 受 寄 生 电 容 的 影 响 ， 而 使 该 电 路 的 地 电 位 变 动 和 增 加 了 对 模 拟 电 路 的 感 应 干 扰 。
    — — 对 接 地 电 阻 的 要 求
    接 地 电 阻 越 小 越 好 。 因 为 当 有 电 流 流 过 接 地 电 阻 时 ， 其 上 产 生 的 电 压 ， 将 产 生 共 地 阻 抗 的 电 磁 干 扰 。 另 外 ， 该 电 压 不 仅 使 设 备 受 到 反 击 过 电 压 的 影 响 ， 而 且 使 操 作 人 员 受 到 电 击 伤 害 的 威 胁 。 因 此 ， 一 般 要 求 接 地 电 阻 小 于 4Ω 。
    接 地 电 阻 由 接 地 线 电 阻 、 接 触 电 阻 和 地 电 阻 组 成 。 为 此 降 低 接 地 电 阻 的 方 法 有 以 下 三 种 ：
    一 是 降 低 接 地 线 电 阻 ， 为 此 要 用 总 截 面 大 和 长 度 小 的 多 股 细 导 线 。
    二 是 降 低 接 触 电 阻 ， 为 此 要 将 接 地 线 与 接 地 螺 栓 和 接 地 极 作 紧 密 又 牢 靠 地 连 接 ， 并 要 增 加 接 地 极 和 土 壤 之 间 的 面 积 与 接 触 的 紧 密 度 。
    三 是 降 低 地 电 阻 ， 为 此 要 增 加 接 地 极 的 表 面 积 和 增 加 土 壤 的 电 导 率 （ 如 在 土 壤 中 注 入 盐 水 ） 。
    — — 低 频 电 路 地
    工 作 频 率 低 于 1 MHz的 一 个 电 路 采 用 单 点 接 地 式 ， 以 防 两 点 接 地 产 生 共 地 阻 抗 的 电 路 性 耦 合 。 多 个 电 路 的 单 点 接 地 式 又 分 为 串 联 和 并 联 两 种 ， 由 于 串 联 接 地 产 生 共 地 阻 抗 的 电 路 性 耦 合 ， 所 以 低 频 电 路 最 好 采 用 并 联 的 单 点 接 地 式 。
    为 防 止 工 频 和 其 它 杂 散 电 流 在 信 号 地 线 上 产 生 干 扰 ， 信 号 地 线 应 与 功 率 地 线 和 机 壳 地 线 相 绝 缘 。 且 只 在 功 率 地 、 机 壳 地 和 接 往 大 地 的 接 地 线 的 安 全 接 地 螺 栓 上 相 连 （ 浮 地 式 除 外 ） 。
    地 线 的 长 度 （ L/m） 与 截 面 积 （ S/mm2） 的 关 系 为
    S >0.83L（ 11）
    — — 高 频 电 路 地
    工 作 频 率 高 于 30 MHz的 电 路 采 用 多 点 接 地 式 。 因 为 接 地 引 线 感 抗 与 频 率 和 长 度 成 正 比 ， 所 以 地 线 的 长 度 要 尽 量 短 。 多 点 接 地 时 ， 尽 量 找 最 接 近 的 低 阻 值 接 地 面 接 地 。
    — — 混 合 接 地 式
    工 作 频 率 介 于 1～ 30 MHz的 电 路 采 用 混 合 接 地 式 。 当 接 地 线 的 长 度 小 于 工 作 信 号 波 长 的 1/20时 ， 采 用 单 点 接 地 式 ， 否 则 采 用 多 点 接 地 式 。
    — — 屏 蔽 地
    电 路 的 屏 蔽 体 ， 即 用 屏 蔽 材 料 将 电 磁 辐 射 源 屏 蔽 起 来 ， 并 将 屏 蔽 体 接 地 ， 以 降 低 电 磁 辐 射 的 干 扰 。 屏 蔽 体 内 的 电 路 地 线 只 能 一 点 接 屏 蔽 体 ， 而 不 得 利 用 屏 蔽 体 作 返 回 导 体 。
    — — 电 缆 的 屏 蔽 层
    对 于 多 层 屏 蔽 电 缆 ， 每 个 屏 蔽 层 应 在 一 点 接 地 ， 各 屏 蔽 层 应 相 互 绝 缘 。
    当 电 缆 长 度 大 于 工 作 信 号 波 长 的 0.15倍 时 ， 采 用 间 隔 工 作 信 号 波 长 的 0.15倍 的 多 点 接 地 式 。 如 果 不 能 实 现 ， 则 至 少 应 将 屏 蔽 层 两 端 接 地 。
    4） 电 位 隔 离
    电 位 隔 离 分 为 机 械 、 电 磁 、 光 电 和 浮 地 几 种 隔 离 方 式 ， 其 实 质 是 人 为 地 造 成 电 的 隔 离 ， 以 阻 止 电 路 性 耦 合 产 生 的 电 磁 干 扰 。
    — — 机 械 隔 离 采 用 继 电 器 来 实 现 其 线 圈 接 收 信 号 ， 机 械 触 点 发 送 信 号 。 机 械 触 点 分 断 时 ， 由 于 阻 抗 很 大 、 电 容 很 小 ， 从 而 阻 止 了 电 路 性 耦 合 产 生 的 电 磁 干 扰 。 缺 点 是 线 圈 工 作 频 率 低 ， 不 适 合 于 工 作 频 率 较 高 的 场 合 使 用 。 而 且 存 在 触 点 通 断 时 的 弹 跳 和 干 扰 以 及 接 触 电 阻 等 。
    — — 电 磁 隔 离 采 用 变 压 器 来 实 现 通 过 变 压 器 传 递 电 信 号 ， 阻 止 了 电 路 性 耦 合 产 生 的 电 磁 干 扰 。 对 于 交 流 的 场 合 使 用 较 为 方 便 ， 由 于 变 压 器 绕 组 间 分 布 电 容 较 大 ， 所 以 使 用 时 应 当 与 屏 蔽 和 接 地 相 配 合 。
    — — 光 电 隔 离 采 用 光 电 耦 合 器 来 实 现 通 过 半 导 体 发 光 二 极 管 （ LED） 的 光 发 射 和 光 敏 半 导 体 （ 光 敏 电 阻 、 光 敏 二 极 管 、 光 敏 三 极 管 、 光 敏 晶 闸 管 等 ） 的 光 接 收 ， 来 实 现 信 号 的 传 递 。 光 电 耦 合 器 的 输 入 阻 抗 与 一 般 干 扰 源 的 阻 抗 相 比 较 小 ， 因 此 分 压 在 光 电 耦 合 器 输 入 端 的 干 扰 电 压 较 小 ， 而 且 一 般 干 扰 源 的 内 阻 较 大 ， 它 所 能 提 供 的 电 流 并 不 大 ， 因 此 不 能 使 发 光 二 极 管 发 光 。 光 电 耦 合 器 的 外 壳 是 密 封 的 ， 它 不 受 外 部 光 的 影 响 。 光 电 耦 合 器 的 隔 离 电 阻 很 大 （ 约 1012 Ω ） ， 隔 离 电 容 很 小 （ 约 数 pF） 能 阻 止 电 路 性 耦 合 产 生 的 电 磁 干 扰 。 只 是 光 电 耦 合 器 的 隔 离 阻 抗 随 着 频 率 的 提 高 而 降 低 ， 抗 干 扰 效 果 也 将 降 低 。
    — — 浮 地 浮 地 可 使 功 率 地 （ 强 电 地 ） 和 信 号 地 （ 弱 电 地 ） 之 间 的 隔 离 电 阻 很 大 ， 所 以 能 阻 止 共 地 阻 抗 电 路 性 耦 合 产 生 的 电 磁 干 扰 。
5.2.2 电 容 性 耦 合
    任 何 两 个 导 体 之 间 都 存 在 着 电 容 。 电 容 值 与 介 质 的 介 电 常 数 ε 和 两 个 导 体 的 有 效 面 积 成 正 比 、 与 两 个 导 体 之 间 的 距 离 D成 反 比 。 当 两 个 平 行 圆 导 体 直 径 为 d时 ， 其 电 容 C为
    C=π ε /ln(D/d)（ 12）
    当 一 个 导 体 对 地 具 有 电 位 U1， 阻 抗 Z1， 另 一 个 导 体 对 地 具 有 阻 抗 Z2， 两 个 导 体 具 有 相 同 地 电 位 ， 通 过 两 个 导 体 之 间 的 电 容 ， 在 另 一 个 导 体 上 将 产 生 干 扰 电 压 U2为
    U2=U1Z2/（ Z1＋ Z2＋ 1/jω C） （ 13）
    当 阻 抗 Z1和 阻 抗 Z2中 含 有 电 感 分 量 时 ， 产 生 的 干 扰 电 压 U2有 可 能 大 于 导 体 1对 地 的 电 位 U1。
    电 容 性 耦 合 的 等 值 电 路 图 见 图 1。 http://www.spdbiz.com/images/lightning/21-1.jpg   在 上 述 分 析 中 ， 两 导 线 间 的 有 效 耦 合 长 度 应 远 小 于 信 号 波 长 （ 一 般 为 1/10） 时 ， 才 允 许 使 用 集 中 参 数 的 等 效 电 路 来 分 析 线 间 耦 合 ， 否 则 必 须 应 用 电 磁 场 理 论 的 传 输 方 程 来 分 析 线 间 耦 合 。
    电 容 性 耦 合 的 电 磁 兼 容 设 计 方 法 是
    1） 尽 可 能 减 小 干 扰 源 U1的 幅 值 和 干 扰 源 的 变 化 速 度 ω 。
    2） Z1和 Z2设 计 得 尽 可 能 大 ， 且 Z1远 大 于 Z2。
    3） 耦 合 电 容 设 计 得 尽 可 能 小
    — — 尽 量 加 大 两 个 导 体 间 的 距 离 ；
    — — 尽 量 缩 短 两 个 导 体 的 长 度 ；
    — — 尽 量 避 免 两 个 导 体 平 行 走 线 。
    4） 屏 蔽
    屏 蔽 的 目 的 切 断 干 扰 源 和 被 干 扰 对 象 之 间 的 电 力 线 ， 以 免 除 电 容 性 耦 合 的 电 磁 干 扰 。
    屏 蔽 的 方 法 采 用 与 干 扰 源 基 准 电 位 相 连 的 屏 蔽 ； 采 用 与 被 干 扰 对 象 基 准 电 位 相 连 的 屏 蔽 ； 或 者 上 述 两 者 都 用 ， 其 效 果 更 好 。
    屏 蔽 的 注 意 事 项
    — — 要 有 完 整 的 屏 蔽 ， 否 则 屏 蔽 的 效 果 降 低 ；
    — — 要 用 导 电 性 能 好 的 材 料 作 屏 蔽 ， 否 则 屏 蔽 的 效 果 降 低 ；
    — — 要 有 良 好 的 屏 蔽 接 地 ， 否 则 屏 蔽 的 效 果 降 低 。 当 导 线 的 长 度 小 于 工 作 信 号 波 长 的 1/20时 ， 采 用 单 点 接 地 式 ， 否 则 采 用 多 点 接 地 式 。 接 地 线 的 长 度 要 尽 量 短 。
    5） 平 衡
    平 衡 的 目 的 当 干 扰 源 和 被 干 扰 对 象 的 基 准 电 位 是 互 相 独 立 时 ， 可 以 采 用 平 衡 的 方 法 ， 即 使 干 扰 源 和 被 干 扰 对 象 的 耦 合 电 容 平 衡 ， 以 免 除 电 容 性 耦 合 的 电 磁 干 扰 。
    平 衡 的 方 法
    — — 干 扰 源 和 被 干 扰 对 象 均 采 用 绞 合 导 线 ；
    — — 采 用 四 芯 导 线 ， 使 干 扰 源 和 被 干 扰 对 象 的 导 线 交 叉 对 称 。
5.2.3 电 感 性 耦 合
    任 何 两 个 回 路 之 间 都 存 在 着 互 感 。 互 感 值 与 介 质 的 磁 导 率 μ 成 正 比 ， 并 与 两 个 回 路 的 几 何 尺 寸 有 关 。 两 个 回 路 的 布 局 如 图 2所 示 。
    图 中 1～ 1为 第 一 个 回 路 ， 2～ 2为 第 二 个 回 路 ， a、 b、 c、 d为 回 路 的 间 距 。 另 外 设 l为 回 路 的 长 度 。
    两 个 回 路 的 互 感 M为
    http://www.spdbiz.com/images/lightning/21-3.jpg
    当 第 一 个 回 路 具 有 电 流 i1， 通 过 两 个 回 路 之 间 的 互 感 M， 在 第 二 个 回 路 上 产 生 的 干 扰 电 压 u2为
    http://www.spdbiz.com/images/lightning/21-4.jpg http://www.spdbiz.com/images/lightning/22-1.jpg   电 感 性 耦 合 的 电 磁 兼 容 设 计 方 法 是
    1） 尽 可 能 减 小 干 扰 源 电 流 i1的 变 化 速 度 。
    2） 尽 可 能 设 计 得 使 两 个 回 路 的 互 感 M小 ， 为 此
    — — 尽 量 加 大 两 个 回 路 间 的 距 离 ；
    — — 尽 量 缩 短 两 个 回 路 的 长 度 ；
    — — 尽 量 避 免 两 个 回 路 平 行 走 线 ；
    — — 尽 量 缩 小 两 个 回 路 的 面 积 ， 并 减 低 重 合 度 。
    3） 屏 蔽
    屏 蔽 的 目 的 切 断 干 扰 源 和 被 干 扰 对 象 之 间 的 磁 力 线 ， 以 免 除 电 感 性 耦 合 的 电 磁 干 扰 。
    屏 蔽 的 方 法 采 用 铁 磁 性 导 体 的 静 态 磁 屏 蔽 ， 采 用 良 导 体 感 应 涡 流 的 动 态 磁 屏 蔽 。
    屏 蔽 的 注 意 事 项
    — — 铁 磁 性 导 体 的 静 态 磁 屏 蔽 适 用 于 低 频 磁 场 。 屏 蔽 的 效 果 与 屏 蔽 材 料 的 相 对 磁 导 率 μ r、 厚 度 d、 几 何 形 状 以 及 磁 场 方 向 有 关 。 例 如 横 向 磁 场 中 的 圆 球 的 屏 蔽 系 数 as为
http://www.spdbiz.com/images/lightning/21-5.jpg
式 中 ： r为 圆 球 的 内 径
    — — 良 导 体 感 应 涡 流 的 动 态 磁 屏 蔽 适 用 于 高 频 磁 场 。 屏 蔽 的 效 果 与 屏 蔽 材 料 的 性 质 ， 几 何 形 状 ， 屏 蔽 的 密 闭 程 度 以 及 磁 场 的 频 率 有 关 。 屏 蔽 系 数 ad可 用 式 （ 17） 进 行 近 似 计 算
http://www.spdbiz.com/images/lightning/21-6.jpg
式 中 ： μ o为 真 空 导 磁 率 ；
         f为 磁 场 的 频 率 ；
         Zk为 耦 合 阻 抗 。
    — — 网 孔 状 的 屏 蔽 系 数 与 孔 的 面 积 占 总 面 积 的 比 例 有 关 。
    4） 平 衡
    平 衡 的 目 的 采 用 平 衡 的 方 法 ， 可 以 减 小 或 免 除电 感 性 耦 合 的 电 磁 干 扰 。
    平 衡 的 方 法
    — — 磁 场 去 耦 即 使 被 干 扰 回 路 耦 合 的 干 扰 源 磁 场 最 少 。 例 如 安 排 两 个 回 路 垂 直 放 置 ， 可 达 到 磁 场 去 耦 的 目 的 。
    — — 磁 场 抵 消 因 为 干 扰 磁 场 引 起 的 感 应 电 流 在 相 邻 绞 线 回 路 的 同 一 根 导 线 上 方 向 相 反 ， 相 互 抵 销 。 为 对 磁 场 干 扰 取 得 较 好 的 抑 制 效 果 ， 屏 蔽 双 绞 线 的 节 距 不 可 太 大 ， 即 单 位 长 度 绞 合 数 越 多 ， 磁 场 抵 消 效 果 越 好 。
5.2.4 幅 射 性 耦 合
    幅 射 性 耦 合 是 电 磁 场 通 过 空 间 耦 合 到 被 干 扰 对 象 的 。 如 被 干 扰 对 象 是 两 根 导 线 ， 它 就 是 接 收 电 场 的 天 线 。 天 线 的 等 值 电 路 图 见 图 3。 http://www.spdbiz.com/images/lightning/22-1.jpg   等 值 电 压 源 U（ 即 接 收 的 干 扰 电 压 ） 为
http://www.spdbiz.com/images/lightning/22-2.jpg
式 中 ： E为 电 场 强 度 ；
         h为 天 线 有 效 高 度 。
    内 阻 R为
http://www.spdbiz.com/images/lightning/22-3.jpg
式 中 ： λ 为 电 磁 场 波 长 。
    如 被 干 扰 对 象 是 一 环 线 ， 通 过 环 线 面 积 S的 磁 场 将 产 生 干 扰 电 压 U为
http://www.spdbiz.com/images/lightning/22-4.jpg
式 中 ： B为 磁 感 应 强 度 。
    幅 射 性 耦 合 的 电 磁 兼 容 设 计 方 法 是
    1） 采 用 空 间 分 离 的 方 法 即 把 相 互 容 易 干 扰 的 设 备 和 导 线 尽 量 安 排 得 远 一 些 ， 并 调 整 电 磁 场 矢 量 方 向 ， 使 接 收 设 备 耦 合 的 干 扰 电 磁 场 最 低 。
    2） 采 用 时 间 分 离 的 方 法 即 使 产 生 辐 射 的 设 备 和 易 接 收 辐 射 的 设 备 在 不 同 的 时 间 工 作 。
    3） 采 用 频 率 分 离 的 方 法 即 使 产 生 辐 射 的 设 备 和 易 接 收 辐 射 的 设 备 的 工 作 频 率 不 同 。
    4） 采 用 屏 蔽 的 措 施 即 用 屏 蔽 材 料 将 被 干 扰 对 象 封 闭 起 来 ， 使 其 内 部 电 磁 场 强 低 于 允 许 值 的 一 种 措 施 。 屏 蔽 的 效 果 用 屏 蔽 系 数 来 衡 量 。
    5） 减 小 天 线 有 效 高 度 。
    6） 减 少 环 线 面 积 。
5.3 对 易 接 收 电 磁 干 扰 的 电 磁 敏 感 电 路 和 器 件 的 设 计 方 法
    通 常 用 敏 感 度 来 描 述 敏 感 设 备 对 电 磁 干 扰 响 应 的 程 度 。 敏 感 度 越 高 ， 表 示 对 干 扰 作 用 响 应 的 可 能 性 越 大 ， 即 抗 电 磁 干 扰 的 能 力 越 差 。 因 此 ， 一 般 认 为 电 子 设 备 的 敏 感 度 主 要 取 决 于 它 的 灵 敏 度 和 频 带 宽 度 。 电 子 设 备 主 要 由 模 拟 电 路 和 数 字 电 路 组 成 。
5.3.1 模 拟 电 路
    模 拟 电 路 的 电 磁 兼 容 设 计 方 法 是
    1） 优 选 电 路
    例 如 ， 设 计 低 噪 声 电 路 ， 减 少 带 宽 ， 抑 制 干 扰 传 输 ； 平 衡 输 入 ， 抑 制 干 扰 ； 选 用 高 质 量 电 源 等 。
    2） 采 用 如 下 几 种 信 号 滤 波 器
    — — 低 通 滤 波 器
    当 干 扰 信 号 的 频 带 高 于 有 用 信 号 的 频 带 比 较 远 时 ， 可 采 用 低 通 滤 波 器 来 滤 除 干 扰 信 号 。
    RC低 通 滤 波 器 的 信 噪 比 σ L为
http://www.spdbiz.com/images/lightning/22-5.jpg
式 中 ： S=2π fRC；
         f为 信 号 的 频 率 （ Hz） ；
         R为 滤 波 器 的 电 阻 （ Ω ） ；
         RL为 负 载 的 电 阻 （ Ω ） ；
         C为 滤 波 器 的 电 容 （ F） 。
    — — 高 通 滤 波 器
    当 干 扰 信 号 的 频 带 低 于 有 用 信 号 的 频 带 比 较 远 时 ， 可 采 用 高 通 滤 波 器 来 滤 除 干 扰 信 号 。
    RC高 通 滤 波 器 的 信 噪 比 σ G为
http://www.spdbiz.com/images/lightning/22-6.jpg
式 中 ： S=2π fRC；
         f为 信 号 的 频 率 （ Hz） ；
         R为 滤 波 器 的 电 阻 （ Ω ） ；
         C为 滤 波 器 的 电 容 （ F） 。
    — — LC滤 波 器
    当 干 扰 信 号 的 频 带 虽 高 于 、 但 接 近 于 有 用 信 号 的 频 带 时 ， 可 采 用 LC滤 波 器 来 滤 除 干 扰 信 号 。
    LC滤 波 器 的 信 噪 比 σ Y为 （ 当 L=CRL2时 ）
http://www.spdbiz.com/images/lightning/22-7.jpg
       f为 信 号 的 频 率 （ Hz） ；
       RL为 负 载 的 电 阻 （ Ω ） ；
       C为 滤 波 器 的 电 容 （ F） ；
       L为 滤 波 器 的 电 感 (H)。
    — — 选 通 滤 波 器
    当 干 扰 信 号 的 频 带 为 不 连 续 时 ， 可 采 用 选 通 滤 波 器 来 滤 除 干 扰 信 号 。
    针 对 不 同 干 扰 信 号 的 频 带 和 负 载 ， 可 以 应 用 LC选 通 滤 波 器 或 RC选 通 滤 波 器 。 其 中 LC选 通 滤 波 器 分 并 联 谐 振 式 和 串 联 谐 振 式 两 种 型 式 。
5.3.2 数 字 电 路
    数 字 电 路 的 电 磁 兼 容 设 计 方 法 是
    1） 在 工 作 指 标 许 可 的 条 件 下 ， 采 用 直 流 噪 声 容 限 高 的 数 字 电 路 。 例 如 ， CMOS数 字 电 路 的 直 流 噪 声 容 限 远 高 于 TTL数 字 电 路 的 直 流 噪 声 容 限 。
    2） 在 工 作 指 标 许 可 的 条 件 下 ， 采 用 开 关 速 度 低 的 数 字 电 路 。 因 为 开 关 速 度 越 高 ， 由 它 引 起 的 电 压 或 电 流 的 变 化 越 快 ， 就 越 容 易 产 生 电 路 间 的 耦 合 干 扰 。
    3） 提 高 门 槛 电 压 ， 可 以 利 用 在 电 路 前 设 置 分 压 器 或 稳 压 管 的 方 法 来 提 高 门 槛 电 压 。
    4） 悬 空 长 线 具 有 天 线 效 应 ， 易 于 接 收 电 磁 波 而 产 生 干 扰 ， 为 此 可 用 RC网 络 加 以 吸 收 ， 或 作 不 悬 空 处 理 。
    5） 采 用 负 载 阻 抗 匹 配 的 措 施 ， 即 使 负 载 阻 抗 等 于 信 号 线 的 波 阻 抗 ， 这 样 一 来 将 会 消 除 数 字 信 号 在 传 输 过 程 中 ， 由 于 折 射 和 反 射 的 作 用 而 产 生 的 畸 变 。 比 如 ， 在 测 量 一 个 方 波 时 ， 如 果 阻 抗 不 匹 配 ， 示 波 器 显 示 的 将 不 是 一 个 方 波 ， 而 是 一 种 多 次 振 荡 的 波 形 ， 其 原 因 除 了 波 形 失 真 外 ， 还 由 于 方 波 信 号 的 多 次 折 射 和 反 射 。
6 结 语
    为 了 使 电 子 设 备 可 靠 地 运 行 ， 必 须 深 入 研 究 电 磁 兼 容 技 术 。 本 文 用 具 体 实 例 说 明 了 电 磁 兼 容 的 重 要 性 和 一 些 设 计 方 法 。 特 别 注 重 要 对 电 磁 干 扰 源 有 明 确 认 识 ， 对 电 磁 干 扰 引 入 路 径 有 清 楚 了 解 ， 对 电 磁 干 扰 敏 感 的 接 收 电 路 进 行 重 点 保 护 。 参 考 资 料 （ 美 ） B· E· 凯 瑟 .电 磁 兼 容 原 理 .北 京 :电 子 工 业出 版 社 ,1985.
（ 德 ） D· 斯 托 尔 .工 业 抗 干 扰 的 理 论 与 实 践 .北 京 :国 防 工 业 出 版 社 ,1985.
蔡 仁 钢 .电 磁 兼 容 原 理 、 设 计 和 预 测 技 术 .北 京 :北京 航 空 航 天 大 学 出 版 社 ,1997.

查看完整版本: 电磁兼容的概念及设计方法