电子系统抗干扰理论与技术

电子电路抗干扰技术基础2020/1/19电子系统抗干扰理论与技术电子电路抗干扰技术基础电子电路抗干扰技术基础2020/1/19第一节噪声的定义和种类第二节抗干扰的三要素和抗干扰的积极措施第三节在噪声传播途径中抑制噪声的措施电子电路抗干扰技术基础2020/1/19第一节噪声的定义和种类一、噪声的定义对于电子电路中所称的噪声，可以概括地认为，它是对有用信号以外的所有电子信号的一个总称。最初，人们把造成收音机之类音响设备所发出噪声的那些电子信号，称为噪声。但是，一些非有用电子信号对电子电路造成的后果并非都和声音有关，因而，后来人们逐步扩大了噪声概念。例如，把造成电视屏幕有白斑或条纹的那些电子信号也称为噪声。现在，可以说，电路中除有用信号以外的一切信号，不管它对电路是否造成影响，都称为噪声。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19例如，电源电压中的纹波或自激振荡，可以对电路造成不良的影响，使音响装置发出交流声或导致电路误动作，但有时也许并不导致上述后果。对于这种纹波或振荡，不管它对电路造成影响与否，都应称为电路的一种噪声。又如，某一频率的无线电波信号，对需要接收这种信号的接收机来讲，它是正常的有用信号，而对另一频率的接收机它就是一种无用信号，即是噪声。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19在电子学中常使用“干扰”这个术语。干扰被定义为:由外部噪声和无用电磁波在接收中所造成的骚扰。或者定义为:在接收一所需信号时，非所需能量造成的扰乱效应，包括其它信号的影响、杂散发射、人为噪声等，自然噪声一般不计算在内。在国际无线电咨询委员会的文件中，干扰的结果被分为三类:允许的干扰可接受的干扰有害的干扰电子电路抗干扰技术基础2020/1/19“抗干扰”的定义是:结合电路的特点使干扰减少到最小。一个电子电路(甚至设备或系统)一方面害怕外界干扰的入侵，另一方面它又可能对其它电路产生干扰。例如接收机，它是怕干扰的，但接收机内的本地振荡级如果有泄漏，就可能干扰其它电路。又例如音频振荡器，它的输入端是低电平的，害怕受到干扰，但它的输出是高电平的，又会干扰其他设备。每一个电子电路、设备或系统在受干扰和干扰方面又有它主要的一面，如低电平电路是受干扰的，所以主要是考虑防止外来干扰，而电源、振荡电路等主要是干扰源，要防止它干扰其他设备。如果更具体些说明，怕干扰的要“抗干扰”，而对干扰源则要设法“抑制干扰”，我们为了叙述方便，使用了这两个名词，但总的来说都是“抗干扰”。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19噪声是一种电子信号，而干扰是指的某种效应，是由于噪声原因对电路造成的一种不良反应。电路中存在着噪声，却不一定形成干扰。在数字电路中。往往可以用示波器观察到在正常的脉冲信号上混有一些小的尖峰脉冲，这种小尖峰脉冲是不期望的一种噪声。由于电路特性关系，这些小尖峰脉冲还不致于使数字电路的逻辑受到影响而发生混乱，所以可以认为是没有干扰。当然，噪声与干扰的区分有时候也是比较困难的，特别是由于人们在判别是否受到干扰这个问题的认识上有差异，故不容易区分哪些应叫做噪声，哪些应称为干扰。当一个噪声电压大到足以使电路受到干扰时，该噪声电压就称为干扰电压。而一个电路或一个器件，当它还能保持正常工作时所加的最大噪声电压，称为该电路或器件的抗干扰容限或抗扰度。一般说来，噪声很难消除，但可以设法降低噪声的强度或提高电路的抗扰度，以使噪声不致于形成干扰。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19二、噪声的种类1、从噪声表现的状态来分类从噪声表现的状态可以把噪声分为规则噪声、连续的不规则噪声、间歇和瞬时噪声。规则噪声的典型例子如电源纹波，它是在直流电压上叠加的50H:电网频率(或二倍电网频率)的脉动波形，它是连续的和规则的。连续的不规则噪声如直流电机在运转时产生的噪声、开关式元器件工作时产生的噪声等，它们的振幅、频率及波形都是不规则的，但是连续发生的。间歇或瞬时噪声大多是外来的噪声，如电网中大功率设备的突然起动在电路中造成瞬间的浪涌脉冲等。电子电路抗干扰技术基础2020/1/192、从造成嗓声的机理来分类从造成噪声的机理来看可分成内部噪声和外部噪声二大类。内部噪声又可分为下列几种。(1热噪声如电阻等由于热能作用时电子骚动所产生的噪声，几乎覆盖整个频谱。这种噪声总是存在的，但温度越低噪声越小。(2)颤噪噪声(话筒效应嗓声)当设备中的电路和元器件受到机械振动时，电路参数发生变化，如同微音器一样，在电路内产生噪声电压，这种噪声称颤噪噪声或话筒效应噪声。(3)散粒噪声如电子管阴极所发射的电子，每个都是彼此独立的，在各个短暂的瞬间，它们都是不连续的不规则的，这种不规则性引起的电特性变化，就成为一种频谱范围很宽的噪声。电子电路抗干扰技术基础2020/1/194)闪变噪声电子管阴极物质的电子释放条件因时间而不同，从而引起电特性的变化，形成闪变效应的噪声。(5)交流声由于直流电源的整流滤波性能不好，或因布线等使电路藕合了变压器等的泄漏磁通，产生和电网频率相同或倍频的交流成分.这种噪声往往会在音响设备上发出令人讨厌的低频哼声，这种噪声叫作交流声。(6)热电势噪声异种金属相接触，在它们之间有温度差时，会产生电势，而成为一种热电势噪声。(7)接触噪声材料接触处接触不良使该处电导率起伏变化而引起的噪声。这种噪声常见于假焊、导线连接不牢靠、开关接点接触不良等。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19(8)尖峰或振铃噪声电路中电流的突变，在电感负载上引起的尖峰反冲电压波或衰减振荡波而引起的噪声。(9)自激振荡自激振荡也是一种典型的内部噪声。它是由于在具有放大功能的电路中，其输出的一部分通过藕合以正反馈方式加到输入端而产生的。(10)反射噪声前后级电路不匹配，使长线传输的信号在接点处引起反射，产生相移，这就成为一种叠加在信号上的噪声。(11)分配噪声晶体管发射极区注入到基极区的少数载流子中，一部分经过基极区到达集电极形成集电极电流，一部分在基极区中复合。由于载流子复合时，其数量时多时少，导致集电极电流也随着起伏而引起所谓的分配噪声。电子电路抗干扰技术基础2020/1/1912(12)1/f噪声或闪烁噪声晶体管、场效应管等器件在低频端所产生的一种噪声，其噪声功率与频率成反比地增大，故称1/f噪声。对这种噪声产生的机理，目前尚有不同见解，但已经知道它与半导体材料制作时清洁处理有关。(13)天线热噪声天线本身的热噪声是非常小的。但是，天线周围的介质微粒处于热运动状态，这种热运动产生扰动的电磁波辐射被天线接收，然后又由天线辐射出去。当接收与辐射的噪声功率相等时，天线和周围的介质处于热平衡状态，这样天线中就有了这种天线热噪声。(14)电化电势噪声这是电路中的金属在腐蚀时产生的一种电池效应，这种电他效应形成的噪声称电化电势噪声。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19外部噪声可以分成人为噪声和自然噪声二种。人为噪声：(1)火花放电噪声如汽车的汽缸点火、继电器触点的开断、火花式高频设备的工作及电钻中整流子式电机转动时都会产生火花放电，火花放电会形成一系列含有很高频率成分的强烈噪声。(2)电晕放电噪声如臭氧发生器和高压输电线等都会产生一种电晕放电，这种放电具有间歇性质，并产生脉冲电流，从而成为一种噪声干扰;而且电晕放电过程还产生一种高频振荡，也会对电路产生干扰。电晕放电噪声主要对载波电话、低频航空无线电通信以及调幅广播等产生干扰。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19(3)辉光放电噪声当两个接点间的气体被电离时，在两个接点间就会产生一种再生的、能自己维持的辉光放电。辉光放电经常在继电器触点、开关接点处发生，这种放电除了能引起高频辐射外，还在配电线上引起电压电流的冲击。(4)脉冲式噪声数字电路中的脉冲信号、晶体振荡产生的时钟频率脉冲等，通过各种方式对其他电路产生干扰。(5)开关式噪声在开关电路中如晶体管、可控硅开关在工作时所产生的尖峰脉冲噪声，特别是在断开电感负载时产生的开关式噪声特别强烈。(6)电波噪声高频电路、无线电广播和通讯设备所辐射出的电磁波是对电路影响的一种电波噪声。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19自然噪声：(1)大气噪声有时也称为天电噪声。自然界的雷电现象是一种常见大气噪声。地球上平均每秒钟发生100次左右的雷击闪电，每次雷电都产生强烈的电磁场骚动，并以电磁波形式传播到很远。在看不见雷电现象的情况下，干扰也可能会很严重。对设备、电网输电线的直接雷击或雷电感应，则会对电路产生幅度很高的浪涌电压而形成更厉害的干扰。另外，大气电离或空间电位变动，以及其他气象现象所产生的噪声也属于大气噪声。(2)太阳系噪声这是指太阳及太阳系行星所辐射的无线电噪声。其中太阳的影响最大，而且极不稳定，与太阳的黑子数及日辉(即太阳大爆发)有关，对地面的干扰比较严重。(9)宇宙噪声主要指太阳系外其他星系所辐射的无线电噪声。通常银河系的辐射较强，其影响主要在米波及更长波段内(1.5m,1.85m,3m,15m)。电子电路抗干扰技术基础2020/1/193、根据噪声频率分类电子电路抗干扰技术基础2020/1/194、根据噪声对电路作用的形态来分类噪声对于电路作用的形态有两种，一种是串模，一种是共模。串模噪声也常称正态噪声、常态噪声、串态噪声或平衡噪声等;共模噪声常称为共态噪声、同相噪声、对地噪声或不平衡噪声等。电子电路抗干扰技术基础2020/1/194、根据噪声对电路作用的形态来分类噪声对于电路作用的形态有两种，一种是串模，一种是共模。串模噪声也常称正态噪声、常态噪声、串态噪声或平衡噪声等;共模噪声常称为共态噪声、同相噪声、对地噪声或不平衡噪声等。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19共模噪声对于电路的作用形态可由下图来说明。在以大地电位为基准的回路中，两根线A与B上均对地有一个噪声电压Un。在这个电路中Un的产生是由于二个回路间存在着一个公共阻抗R，回路1的电流变化，通过公共阻抗的耦合，给回路2造成了影响。若Us是直流信号,Un是交流信号的话，线A与B上的波形如下图c)所示。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19共模噪声往往可以转换成为串模噪声。一般说来，共模噪声要转化成串模噪声才对电路起影响。若一电路完全平衡，则说明它有完全不使共模噪声转化成串模噪声的能力。然而，完全平衡是很难做到的，总存在程度不同的不平衡，因而也总存在串模噪声的影响。衡量一个电路抗共模噪声的能力，可以用它抑制转化成串模噪声的能力来表示，即用eCM/eNM的比值表示。电路的共模抑制能力常用CMRR(dB)表示:电子电路抗干扰技术基础2020/1/195.以噪声不同传播途径来分类大致可有:导线传导的藕合噪声经公共阻抗的藕合噪声电磁场的藕合噪声其中，电磁场的藕合根据离辐射源的距离远近，可分为近场的感应和远场的辐射。在近场感应噪声中又可分电容性藕合噪声和电感性藕合噪声两种。电容性耦合的噪声主要由电力线通过相互间电容藕合来传播的;电感性耦合的噪声主要由磁力线通过相互间的电感来传播的;而远场的辐射则是电磁波方式传播的。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19一、抗干扰的三要素描述一个电路所受干扰的程度若用N表示，则N可用下式来定义：第二节抗干扰的三要素和抗干扰的积极措施这里，G代表噪声发生源的强度;C代表从噪声源通过某种途径传到受干扰处的藕合因素;I表示受干扰的电路的抗干扰性能。G,C,I即表示了抗干扰的三要素。要使电路受干扰的程度小，则必须在这三方面想办法。第一使G变小，就是将客观存在的干扰源强度在发生处抑制得很小;第二使C减小，将噪声在传播途径上给予很大的衰减;第三应使I增大，在受干扰处用各种措施，使电路的抗干扰能力提高，或在受干扰处将噪声抑制下去。电子电路抗干扰技术基础2020/1/19二、在噪声源处抑制噪声最为有效如果能找到噪声源，而且在噪声源处采取措施不让噪声传播出来，那不就彻底地解决了问题吗?在其余二方面就不必多花力气了。可是事实表明，在干扰现场，因情况复杂，往往注意力被各种受干扰的效应和现象所吸引，忘记了这一基本道理，却忙于在受干扰处采取各种措施，结果效果并不理想