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目前人們已逐步認(rèn)識(shí)到電子產(chǎn)品電磁兼容的關(guān)系與生活越來越密切,彩電、計(jì)算機(jī)和通訊產(chǎn)品是否有電磁干擾,這些產(chǎn)品的電磁兼容狀況如何,國家對(duì)此頒發(fā)了許多有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),電磁兼容性已成為考核電子產(chǎn)品性能質(zhì)量的一個(gè)重要的參數(shù)。電磁兼容性是任何電子工程、系統(tǒng)設(shè)備的主要性能指標(biāo)之一。所謂電磁兼容是指裝置、設(shè)備不會(huì)由于受到同一電磁環(huán)境中其它裝置,設(shè)備的電磁發(fā)射而導(dǎo)致或遭受不允許的性能降低。例如,在同一房間所容納計(jì)算機(jī)和彩電、VCD和手機(jī)所在電磁環(huán)境中都有能正常工作,即在共同的電磁環(huán)境中能完成各自功能的共存狀態(tài)。
當(dāng)我們開展對(duì)電子產(chǎn)品進(jìn)行電磁兼容測(cè)試時(shí),一個(gè)很容易忽視的問題,就是電子測(cè)量?jī)x器本身也存在著電磁兼容的問題。
因?yàn)椋陔娮訙y(cè)量中,測(cè)試系統(tǒng)和儀器設(shè)備的功能、精度等性能指標(biāo)是衡量系統(tǒng)和儀器測(cè)試準(zhǔn)確度的重要的因素,而較少考慮測(cè)試系統(tǒng)與儀器設(shè)備自身的電磁兼容性能對(duì)由于電磁兼容性不良好而導(dǎo)致的不正確的測(cè)量結(jié)果往往被忽視,結(jié)論往往下給被測(cè)電子產(chǎn)品。許多測(cè)試系統(tǒng)是由很多不同的儀器組合起來的,相互間存在著不同程度的干擾,尤其是被測(cè)對(duì)象電磁兼容性不良時(shí),與測(cè)試系統(tǒng)間的影響是非常嚴(yán)重的,甚至可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的測(cè)量結(jié)果。本人在參與設(shè)計(jì)的581雷達(dá)晶液電磁兼容測(cè)量時(shí),采用一臺(tái)德國進(jìn)口發(fā)射(信號(hào)發(fā)生器)源儀表進(jìn)行測(cè)試,因該儀器有輕微的泄漏,而引起被測(cè)產(chǎn)品中的中頻電路自激和干擾,關(guān)掉測(cè)試儀表,自激消除。又例如本人開展用RS-2、TS-3信號(hào)源對(duì)XB-35彩電訊號(hào)發(fā)生器進(jìn)行檢定時(shí),特別是在小信號(hào)測(cè)量(如靈敏度)的情況下,干擾尤為嚴(yán)重,影響測(cè)試。因此,從事質(zhì)量檢驗(yàn)工作的技術(shù)人員都應(yīng)了解和掌握電磁兼容原理,并在實(shí)際工作中運(yùn)用有關(guān)技術(shù),解決測(cè)量過程中遇到的電磁兼容問題。分清是產(chǎn)品問題、還是測(cè)試本身的問題。
事實(shí)上,任何的檢驗(yàn)裝置均要在一定的電磁環(huán)境下工作,電磁環(huán)境中的意外的電磁能量會(huì)使檢驗(yàn)裝置的技術(shù)性能降低,或造成永久性的破壞,這種電磁效應(yīng)主要取決于檢驗(yàn)裝置的敏感特性。電磁環(huán)境特性,為了避免這種電磁損害,必須對(duì)電磁環(huán)境進(jìn)行分析。電磁環(huán)境往往是由大量的不同特性的干擾源主生,決定的因素很多,而且是隨機(jī)變化的,這些干擾會(huì)影響測(cè)試系統(tǒng)和儀器設(shè)備的可靠性和使用性,為了控制電磁干擾,就要識(shí)別各類干擾,并采取相應(yīng)的防護(hù)方法。學(xué)會(huì)區(qū)分電磁干擾的本質(zhì)部分。
我們?cè)陂_展測(cè)量時(shí),有的電子測(cè)量裝置在工作中,有時(shí)會(huì)出現(xiàn)某些不正常的現(xiàn)象,如指針式儀表會(huì)出現(xiàn)抖動(dòng),突跳現(xiàn)象;數(shù)字式儀表的數(shù)碼出現(xiàn)不規(guī)則的跳動(dòng)現(xiàn)象等,產(chǎn)生這些現(xiàn)象的原因,一方面可能是由于儀表本身電路結(jié)構(gòu)不合理,工作原理不完善,元器件質(zhì)量差,制造工藝存在缺陷等問題,這種現(xiàn)象在國產(chǎn)測(cè)量?jī)x器中常常出現(xiàn),也不排除泊外品也存在這方面的問題;另一方面可能是由于儀表的工作環(huán)境(條件)發(fā)生變化,如電源電壓、頻率波動(dòng)、環(huán)境溫度變化以及受其它電氣設(shè)備的影響,特別是當(dāng)被檢信號(hào)很微弱時(shí),這種影響就顯得更加嚴(yán)重和突出,這種對(duì)電子測(cè)量裝置的測(cè)量結(jié)果起影響作用的各種外部的和內(nèi)部的無用信號(hào)而干擾,通過現(xiàn)象分析本質(zhì),為了消除或削弱各種干擾對(duì)電子測(cè)量裝置工作的影響,必須采取各種必要的措施。因此,從事電子測(cè)量的技術(shù)人員,在遇到上述類似現(xiàn)象,出現(xiàn)測(cè)量異常或不可信服的測(cè)量結(jié)果時(shí),不能簡(jiǎn)單地認(rèn)為儀器或被測(cè)樣品出現(xiàn)問題,而應(yīng)該首先檢查是否存在干擾,查找干擾源,并應(yīng)盡量排除各種干擾,使測(cè)量更加準(zhǔn)確。
對(duì)存在的問題應(yīng)進(jìn)行分析,在電子測(cè)量裝置中,存在著各種聯(lián)系,可分為內(nèi)部和外部聯(lián)系。外部聯(lián)系如:輸入信號(hào)、輸出信號(hào)、電源以及外部環(huán)境條件(包括溫度、濕度、壓力、各種場(chǎng)強(qiáng)),這些外部因素,當(dāng)處于正常狀況時(shí),對(duì)電子測(cè)量裝置和儀器表并沒有什么壞影響,有些還是必需和有用的,但是當(dāng)這些外部因素發(fā)生變化時(shí),將對(duì)電子測(cè)量裝置發(fā)生影響,便變成為有害的聯(lián)系,成為外界干擾的來源。儀器儀表和電子測(cè)量裝置的內(nèi)部各部分之間也是相互聯(lián)系的,如信號(hào)的正向傳輸,屬有用的聯(lián)系,而各部分之間存在的寄生耦合,便函屬于有害的聯(lián)系了,因此,必須想方設(shè)法割斷或削弱那些有害的聯(lián)系,同時(shí)又不對(duì)那些為了正常進(jìn)行測(cè)量和工作所需要的聯(lián)系產(chǎn)生影響或損害。
對(duì)于來自外部的干擾,可通過適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施加以解決。對(duì)于來自電子測(cè)量裝置和儀器儀表的內(nèi)部干擾,可通過裝置的正確設(shè)計(jì)及合理布局加以消除削弱。實(shí)踐證明,不同的測(cè)量原理和測(cè)量方法受干擾的影響不同,同時(shí),干擾對(duì)電子測(cè)量裝置和儀器儀表工作的影響是通過其內(nèi)在原因作用的。
針對(duì)以上所述,透過現(xiàn)象看本質(zhì)是研究電子測(cè)量裝置和儀器儀表的抗干擾問題,不能完全歸結(jié)為防護(hù)措施問題,而應(yīng)當(dāng)與工作原理、測(cè)試方法結(jié)合一起研究,做到具體問題區(qū)別對(duì)待。
在檢測(cè)中我們遇到電磁干擾,常見的有電噪聲,即疊加在有用信號(hào)上的擾亂信號(hào)傳輸、使原來的有用信號(hào)發(fā)生畸變的電物理量,簡(jiǎn)稱噪聲。檢測(cè)儀表在工作時(shí),噪聲總是疊加在有用信號(hào)上,影響測(cè)量結(jié)果,有時(shí)甚至?xí)耆珜⒂杏眯盘?hào)淹沒掉,使測(cè)量工作無法進(jìn)行,在測(cè)量過程中應(yīng)盡量提高信噪比,使有用信號(hào)抑制噪聲的干擾。
4.1噪聲的產(chǎn)生
噪聲的種類繁多,其產(chǎn)生、傳遞及抑制的方法也各不相同,以產(chǎn)生的原因來分類,有內(nèi)部噪聲和外部噪聲。
內(nèi)部噪聲是指檢測(cè)儀表和裝置內(nèi)部或器件本身產(chǎn)生的噪聲,常見的有:熱噪聲、散粒噪聲、接觸噪聲、感應(yīng)噪聲、交流噪聲、振蕩噪聲、反射噪聲及其它。
外部噪聲是指從外部侵入檢測(cè)儀表和裝置的噪聲,主要有自然噪聲和人為噪聲二類,自然噪聲指大氣噪聲、太陽噪聲、宇宙噪聲。人為噪聲有放電噪聲、高頻噪聲、工頻噪聲、輻射噪聲等,其中影響比較嚴(yán)重的是工頻噪聲,工頻噪聲是電力輸配電線路、工頻電源由于工頻感應(yīng)、靜電感應(yīng)、電磁感應(yīng)、大地漏電流等形成的噪聲,對(duì)檢測(cè)儀表是影響最大的干擾;而輻射噪聲是由大功率發(fā)射、接收裝置等產(chǎn)生的噪聲,通過輻射或通過電源線會(huì)給電子測(cè)量裝置造成很大的干擾。
4.2噪聲的傳播
噪聲的傳播來源于噪聲源,不同的噪聲必有各自不同的噪聲源,噪聲源必須通過一定的耦合途徑進(jìn)行傳播,才能將噪聲送至檢測(cè)儀表和裝置中,對(duì)其正常工作造成影響而形成干擾,因此,噪聲形成干擾必須具備以下途徑:a、噪聲源;b、對(duì)噪聲敏感的接收電路或裝置;c、噪聲源到接收電路之間的噪聲通道。
噪聲可能通過公共導(dǎo)線(如公用電源、公用連線等),設(shè)備間電容相鄰導(dǎo)線的互感空間輻射以及交變電磁場(chǎng)中的導(dǎo)線途徑,將噪聲源耦合和合到接收電路中,耦合方式主要有傳導(dǎo)耦合和輻射耦合,有些噪聲可通過傳導(dǎo)和輻射兩種途徑傳輸。
傳導(dǎo)耦合分為電容性耦合、電感性耦合、公共阻抗耦合和漏電流耦合。
電容性耦合是由檢測(cè)儀表和裝置內(nèi)的寄生電容形成的耦合,其干擾電壓正比于噪聲源的角頻率、分布電容、接收電路的輸入阻抗。
電感性耦合是由于噪聲源中通過交變電流所形成的交變磁場(chǎng)與周圍回路交鏈,在高敏感接收回路中產(chǎn)生感應(yīng)而形成,其干擾電壓正比于噪聲源角頻率、互感系數(shù)和噪聲源電流。
公共阻抗耦合是由于兩個(gè)電路存在著公共阻抗,當(dāng)一個(gè)電路中有電流通過時(shí),通過公共阻抗便在另一個(gè)電路中產(chǎn)生干擾電壓、形成公共阻抗耦合干擾,其干擾電壓正比于公共阻抗和噪聲源電流。公共阻抗耦合是檢測(cè)儀表中常見的一種干擾,一般有以下幾種形式:
由電源骨阻形成的公共阻抗耦合干擾,當(dāng)用同一個(gè)電源同時(shí)對(duì)多個(gè)儀表供電時(shí),如有高電平電路的輸出電流流過電源,這個(gè)電流就會(huì)在電源內(nèi)阻上產(chǎn)生壓降,形成干擾電壓,造成對(duì)其它低電平電路的干擾。
信號(hào)輸出電路相互干擾,當(dāng)電子測(cè)量裝置的信號(hào)輸出電路帶有多路負(fù)載時(shí),如果有任一路負(fù)載發(fā)生變化,此變化者將通過輸出阻抗公共耦合而影響到其它輸出電路。
由接地線阻抗形成的公共耦合干擾,如果電子測(cè)量裝置的公共線接地時(shí),若在接地線上有較大電流通過,會(huì)通過接地線阻抗產(chǎn)生公共阻抗耦合干擾。
漏電流耦合是由于絕緣不良時(shí),電流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所引起的噪聲干擾。
電磁輻射耦合是指干擾源通過空間輻射將干擾傳遞給接收電路,接收電路受到干擾的程度與所處位置的干擾強(qiáng)度成正比。
4.3電磁干擾的方式
各種噪聲源產(chǎn)生的噪聲,必然要通過各種耠合通道進(jìn)入電子測(cè)量裝置,對(duì)其產(chǎn)生干擾,引起測(cè)量誤差,根據(jù)噪聲進(jìn)入測(cè)量電路的方式不同及與有用信號(hào)的關(guān)系,可將噪聲干擾分為差模干擾與共模干擾。
差模干擾是檢測(cè)儀表的一個(gè)信號(hào)輸入端于相對(duì)于另一個(gè)信號(hào)輸入端子的電位新式發(fā)生變化而產(chǎn)生的干擾,即干擾信號(hào)與有用信號(hào)是疊加在一起,直接作用于輸入端,因此,它直接影響測(cè)量結(jié)果。
共模干擾是相對(duì)于公共的電位基點(diǎn)(通常為接地點(diǎn))。在檢測(cè)儀表的兩個(gè)輸入端子上同時(shí)出現(xiàn)的干擾,雖然這種干擾不直接影響測(cè)量的結(jié)果,但是,當(dāng)信號(hào)輸入電路參數(shù)不對(duì)稱時(shí),這種共模干擾就會(huì)轉(zhuǎn)化為差模干擾,對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響,而在實(shí)際測(cè)量中,由于共模干擾的電壓值一般都比較大,而且其耦合機(jī)理及其耦合電路也比較復(fù)雜,排除較為困難,所以,共模干擾比差模干擾對(duì)測(cè)量的影響更為嚴(yán)重。
電磁干擾對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響程度是相對(duì)于信號(hào)而言,高電平信號(hào)允許有較大的干擾,而信號(hào)電平信號(hào)允許有較大的干擾,而信號(hào)電平越低,對(duì)干擾的限制也就越嚴(yán)格,通常干擾的頻度范圍很寬,但對(duì)一臺(tái)電子儀器來說,并不是所有頻率的干擾所造成的結(jié)果都有相同的,對(duì)直流測(cè)量?jī)x表,由于儀器本身具有低通濾波特性,因此對(duì)頻率較高的交流干擾不敏感;對(duì)于低頻測(cè)量?jī)x器,若輸入端裝有濾波器,則可將通常以外的干擾濾除;但是,對(duì)于工頻干擾,用濾波器會(huì)將50Hz的有用信號(hào)濾掉,因此工頻干擾是對(duì)低頻電子儀表的嚴(yán)重且不易除去的干擾,對(duì)于寬頻帶電子儀表,在工作頻帶內(nèi)的各種干擾都將起作用。抑制干擾應(yīng)著眼于噪聲形成的三個(gè)要素,根據(jù)具體情況,有針對(duì)性地采用相應(yīng)措施。一般常用采用的有五種方法:
5.1接地
在進(jìn)行電子測(cè)量時(shí),接地是抑制干擾的主要方法之一,即將設(shè)備的地線或接地面與大地實(shí)行低阻抗連接,接地主要目的是:
(1)給出設(shè)備的零電位基準(zhǔn)(統(tǒng)一參考電位點(diǎn));
(2)防止在設(shè)備外殼或屏蔽層上由于電荷積聚,電壓上升而造成人身和儀器的不安全,或引起火花放電;
(3)將設(shè)備機(jī)殼或屏蔽層等接地,給高頻干擾電壓形成一個(gè)低阻抗通路,以防止它對(duì)電子設(shè)備的干擾。
5.2連接線
在電子測(cè)量裝置和被測(cè)電子產(chǎn)品中,需要很多的連接線,連接導(dǎo)線是引起干擾的重要原因,應(yīng)考慮正確布置這些連接線,減少各種寄生耦合。導(dǎo)線的引線電感對(duì)于低頻來說,沒有大的影響,但對(duì)高頻的影響是不能忽視的,必須盡量減少引線電感,為了抑制感應(yīng)干擾,高頻時(shí)應(yīng)采用同軸電纜或屏蔽雙絞織線,且導(dǎo)線應(yīng)盡可能短;在測(cè)試系統(tǒng)中,有不同用途的連接導(dǎo)線,如電源線、射頻線、音頻線、控制線等,要進(jìn)行分類,使不同類別的導(dǎo)線盡量遠(yuǎn)離,且不要平行排列,為了避免輻射耦合,連接導(dǎo)線使用屏蔽線,此外導(dǎo)線的粗細(xì)與噪聲有關(guān),要選擇適當(dāng)?shù)倪B接導(dǎo)線,是測(cè)量前的準(zhǔn)備。
5.3屏蔽
為了抑制電磁干擾,無論是外部干擾,還是內(nèi)部干擾,都必須對(duì)干擾源或接收器進(jìn)行屏蔽,然而,在電子測(cè)量中,這種方法只能應(yīng)用于抑制外部干擾,對(duì)于測(cè)試系統(tǒng)內(nèi)的干擾,采用屏蔽是不太可能。
5.4浮置
浮置是指電子測(cè)量裝置的公共線(信號(hào)地線)不接大地。浮置與屏蔽接地相反,屏蔽接地的目的是將干擾電流從信號(hào)電路引開,即不讓干擾電流經(jīng)信號(hào)線,而是讓干擾電流流經(jīng)機(jī)殼或屏蔽層到大地,浮置是阻斷干擾電流的通路,測(cè)量系統(tǒng)被浮置后,加大了測(cè)試系統(tǒng)公共線與大地之間的阻抗,大大減少了共模干擾電流,可以提高共模干擾抑制能力。
但是,浮置不是絕對(duì)的,測(cè)試系統(tǒng)公共線與大地之間的阻抗雖然很大(絕緣電阻級(jí)),可大大地減少電阻性漏電流干擾,但它們之間仍存在寄生電容,即容性漏電流仍存在。
5.5濾波
濾波是抑制和防止干擾的一項(xiàng)重要措施,無論是抑制干擾源和消除耦合或提高系統(tǒng)的抗干擾能力,都有可以采用濾波技術(shù),任何使用交流電源的電子設(shè)備,噪聲會(huì)通過電源線傳導(dǎo)耦合到電路中,形成干擾,為了抑制這種干擾,在測(cè)試系統(tǒng)的交流電源進(jìn)線端使用濾波器是十分必要的也是常用的抗干擾方法。
在測(cè)量過程中,會(huì)遇到各種各樣的問題,需要測(cè)量技術(shù)人員認(rèn)真進(jìn)行分析解決,不要輕易被測(cè)電子產(chǎn)品下不合格結(jié)論,一定要分清是測(cè)量?jī)x器問題、測(cè)量方法問題、測(cè)量環(huán)境問題與其無關(guān)時(shí),才可給被測(cè)產(chǎn)品下結(jié)論。尤其是在自動(dòng)測(cè)試過程中,測(cè)量人員要善于分析測(cè)量結(jié)果,排除各種干擾,提高測(cè)量的準(zhǔn)確性和可靠的數(shù)據(jù)。測(cè)量人員必須具備良好的業(yè)務(wù)素質(zhì),還要具備分析問題和解決問題的能力。