電磁兼容課件第講

1、12012年4月13號211.1 地回路干擾地回路干擾l接地公共阻抗產生的干擾接地公共阻抗產生的干擾 兩個不同的接地點之間存在一定的電位差，稱為兩個不同的接地點之間存在一定的電位差，稱為地電壓地電壓。這。這是由于兩接地點之間總有一定的阻抗，是由于兩接地點之間總有一定的阻抗，地電流地電流流經接地公共流經接地公共阻抗，在其上產生了地電壓，此地電壓直接加到電路上形成阻抗，在其上產生了地電壓，此地電壓直接加到電路上形成共模共模干擾電壓。如圖干擾電壓。如圖1所示的接地回路，來自直流電源或者高所示的接地回路，來自直流電源或者高頻信號源的電流經接地面返回。由于接地面的公共阻抗非常頻信號源的電流經接地面返回。

2、由于接地面的公共阻抗非常小，所以在電路的性能設計時往往不予考慮。但是，對電磁小，所以在電路的性能設計時往往不予考慮。但是，對電磁騷擾而言，在回路中必須考慮接地面阻抗的存在。騷擾而言，在回路中必須考慮接地面阻抗的存在。圖圖1 公共阻抗引起的騷擾公共阻抗引起的騷擾3圖圖1中干擾回路和被干擾回路之間存在一個公共阻抗中干擾回路和被干擾回路之間存在一個公共阻抗Zi，該公，該公共阻抗上存在的電壓為共阻抗上存在的電壓為UiZiI1ZiI2。對被干擾回路而言，。對被干擾回路而言， ZiI1是電磁騷擾電壓是電磁騷擾電壓,而而ZiI2是對負載電壓降的分壓，由于是對負載電壓降的分壓，由于RL2|Zi|，因此，一般情

3、況下，因此，一般情況下ZiI2對負載電壓降的影響可以忽對負載電壓降的影響可以忽略不計，僅考慮略不計，僅考慮I1所引起的電磁騷擾電壓對負載的作用。所引起的電磁騷擾電壓對負載的作用。若不考慮被干擾回路的電流若不考慮被干擾回路的電流I2在接地公共阻抗在接地公共阻抗Zi上的作用，即上的作用，即令令U20，則電路，則電路1中的電流中的電流I1在接地公共阻抗在接地公共阻抗Zi上產生騷擾電上產生騷擾電壓壓Ui，此電壓降使被干擾回路的負載，此電壓降使被干擾回路的負載RL2受到騷擾，其騷擾電受到騷擾，其騷擾電壓為壓為 地回路干擾地回路干擾4可見被干擾回路的負載可見被干擾回路的負載RL2受到的騷擾是電路受到的騷擾

4、是電路1騷擾源騷擾源U1的函數(shù)。的函數(shù)。實例實例1 1：假設采用電纜槽作為接地面，將兩個電路的地線均接到：假設采用電纜槽作為接地面，將兩個電路的地線均接到電纜槽上，接地點間的公共地阻抗電纜槽上，接地點間的公共地阻抗Zi0.32 0.32 ；電路；電路1 1發(fā)送定發(fā)送定時脈沖，電壓信號源幅度為時脈沖，電壓信號源幅度為5 V5 V，頻率為，頻率為100 kHz100 kHz； 信號源的信號源的內阻為內阻為100 100 ；負載阻抗為；負載阻抗為10 10 ；被干擾回路的信號源內阻；被干擾回路的信號源內阻為為100 100 ；負載端是內含傳感器的顯示裝置，阻抗為；負載端是內含傳感器的顯示裝置，阻抗為

5、100 100 ；顯示器的靈敏度為顯示器的靈敏度為1 mV1 mV。求被干擾回路的負載。求被干擾回路的負載( (顯示裝置顯示裝置) )上可上可能受到的干擾電壓值。能受到的干擾電壓值。【解解】根據公式根據公式(11-1)有有地回路干擾地回路干擾21122() ()iLngL1gLZRUURRRR(11-1)21122() ()0.32 100 57.3 mV(10010) (100100)iLngL1gLZRUURRRR5可見可見，干擾電壓干擾電壓Un的值遠遠大于顯示器的靈敏度的值遠遠大于顯示器的靈敏度1 mV，因此顯，因此顯示器不能正常工作。此例表明，在電子電路的設計和布局中，示器不能正常工作

6、。此例表明，在電子電路的設計和布局中，必須給予必須給予公共地阻抗公共地阻抗足夠的重視。足夠的重視。l地電流與地電壓的形成地電流與地電壓的形成電子設備一般采用具有一定面積的金屬板作為電子設備一般采用具有一定面積的金屬板作為接地面接地面，由于各，由于各種原因在接地面上總有種原因在接地面上總有接地電流接地電流通過，而金屬接地板兩點之間通過，而金屬接地板兩點之間總存在一定的總存在一定的阻抗阻抗，因而產生，因而產生接地干擾電壓接地干擾電壓。可見，?？梢姡拥仉娏鹘拥仉娏鞯拇嬖谑钱a生接地干擾的的存在是產生接地干擾的根源根源。接地電流產生的原因主要有。接地電流產生的原因主要有(1)導電耦合引起接地電流：用電

7、設備中采用兩點接地或多點接導電耦合引起接地電流：用電設備中采用兩點接地或多點接地時形成接地回路，接地電流將流過接地回路，如圖地時形成接地回路，接地電流將流過接地回路，如圖2所示所示 地回路干擾地回路干擾圖圖2 導電耦合的地電流回路導電耦合的地電流回路6(2)電容耦合形成接地電流：由于電路元件、器件、構件與接地電容耦合形成接地電流：由于電路元件、器件、構件與接地面之間存在面之間存在雜散電容雜散電容(分布電容分布電容)，通過雜散電容可以形成接地，通過雜散電容可以形成接地回路，電路中的電流總會有部分電流泄漏到接地回路中，如圖回路，電路中的電流總會有部分電流泄漏到接地回路中，如圖3所示。所示。(3)電

8、磁耦合形成感應電流：當電路中的線圈靠近設備殼體時，電磁耦合形成感應電流：當電路中的線圈靠近設備殼體時，殼體相當于只有一匝的二次線圈，它和一次線圈之間形成變壓殼體相當于只有一匝的二次線圈，它和一次線圈之間形成變壓器耦合，機殼內因電磁感應將產生接地電流，而且不管線圈的器耦合，機殼內因電磁感應將產生接地電流，而且不管線圈的位置如何，只要位置如何，只要有變化磁通通過殼體有變化磁通通過殼體，就會產生感應電流。，就會產生感應電流。地回路干擾地回路干擾圖圖3 導電耦合的地電流回路導電耦合的地電流回路7(4)金屬導體的天線效應形成地電流：輻射電磁場照射到金屬導金屬導體的天線效應形成地電流：輻射電磁場照射到金屬

9、導體時，由于金屬導體的接收天線效應，使金屬導體上產生感應體時，由于金屬導體的接收天線效應，使金屬導體上產生感應電動勢，如果金屬體是箱體結構，那么由于電場作用，在平行電動勢，如果金屬體是箱體結構，那么由于電場作用，在平行的兩個平面上將產生電位差，使箱體有接地電流流過，該金屬的兩個平面上將產生電位差，使箱體有接地電流流過，該金屬箱體同回路連接時，就會形成有接地電流通過的電流回路。箱體同回路連接時，就會形成有接地電流通過的電流回路。當采用傳輸線連接的設備置于地面附近時，如圖當采用傳輸線連接的設備置于地面附近時，如圖4所示，所示，外界電外界電磁場磁場作用于傳輸線，使傳輸線上形成作用于傳輸線，使傳輸線上

10、形成共模干擾電壓源共模干擾電壓源，進一步，進一步在公共地阻抗上形成干擾電壓；或者，通過傳輸線與接地面形在公共地阻抗上形成干擾電壓；或者，通過傳輸線與接地面形成的導電回路中的電磁場隨著時間變化，也會在傳輸線上形成成的導電回路中的電磁場隨著時間變化，也會在傳輸線上形成干擾。干擾。 地回路干擾地回路干擾圖圖4 電磁波在傳輸線上電磁波在傳輸線上 形成共模干擾形成共模干擾8綜上可知，接地公共阻抗、傳輸線或者金屬機殼的天線效應等綜上可知，接地公共阻抗、傳輸線或者金屬機殼的天線效應等因素，使地回路中存在共模干擾電壓，該因素，使地回路中存在共模干擾電壓，該共模干擾電壓共模干擾電壓通過通過地地回路回路作用到作用

11、到受害電路的輸入端受害電路的輸入端，形成，形成地回路干擾地回路干擾。 地回路干擾地回路干擾911.2 電路的接地點選擇電路的接地點選擇l放大器與信號源的接地點選擇放大器與信號源的接地點選擇 圖圖5表示一個信號源與放大器連接的電路。如果信號源在表示一個信號源與放大器連接的電路。如果信號源在A點點接地，放大器在接地，放大器在B點接地，則兩接地點點接地，則兩接地點A、B之間存在地電位之間存在地電位差差UG。RC1和和RC2為信號源與放大器連接導線的電阻。由圖可為信號源與放大器連接導線的電阻。由圖可見，此時加至放大器輸入端的電壓為見，此時加至放大器輸入端的電壓為UNUSUG。圖圖5 放大器與信號源接地

12、點的選擇放大器與信號源接地點的選擇為了剔除地電壓的干擾，為了剔除地電壓的干擾，應采用一點接地。如果采應采用一點接地。如果采用用A點接地，而點接地，而B點不接點不接地，即放大器所用的電源地，即放大器所用的電源不接地，此時需要使用差不接地，此時需要使用差分放大器。通常比較方便分放大器。通常比較方便的一點接地方式是選擇的一點接地方式是選擇B點接地，而點接地，而A點不接地。點不接地。10圖圖5中，導線電阻中，導線電阻RC1和和RC2一般很小，通常在一般很小，通常在1以下，取以下，取RC1 RC2 1。兩接地點。兩接地點A、B之間存在的地電阻之間存在的地電阻RG更小，比如更小，比如取取RG0.01。信號

13、源的內阻。信號源的內阻RS一般為一般為500。設放大器的輸。設放大器的輸入阻抗為入阻抗為10k，圖，圖5所示電路的等效電路可用圖所示電路的等效電路可用圖6來表示。因來表示。因為為RC2RC2RG，所以式，所以式(11-3)中的干擾電壓值將大幅度降低，即信號源與地隔離且放中的干擾電壓值將大幅度降低，即信號源與地隔離且放大器與地相連時，放大器輸入端的干擾電壓小得多。理想的大器與地相連時，放大器輸入端的干擾電壓小得多。理想的隔離阻抗為無窮大，此時放大器輸入端的干擾電壓值為零。隔離阻抗為無窮大，此時放大器輸入端的干擾電壓值為零。如果如果ZSG1 M，根據式，根據式(11-3)計算得，計算得，UN0.0

14、095V。綜上可見，信號源與放大器連接構成電路時，綜上可見，信號源與放大器連接構成電路時，采用信號源與采用信號源與地隔離的一點接地方式，可抑制接地干擾電壓對放大器輸入地隔離的一點接地方式，可抑制接地干擾電壓對放大器輸入端產生的干擾。端產生的干擾。l多級電路接地點的選擇多級電路接地點的選擇一般來說，電子設備中的一般來說，電子設備中的低電平級電路是最易受到干擾的電低電平級電路是最易受到干擾的電路路，因此，接地點的選擇也應使低電平級電路受干擾最小。，因此，接地點的選擇也應使低電平級電路受干擾最小。電路的接地點選擇電路的接地點選擇(11-3)212NCLGLCSSGCGRRUURRRZRR 13比較式

15、圖比較式圖7所示的所示的A、B、C三級電路，其電平關系為三級電路，其電平關系為ABC。圖圖7(a)為接地點為接地點o選擇在靠近高電平級電路的選擇在靠近高電平級電路的c端；圖端；圖7(b)為接為接地點地點o選擇在靠近低電平級電路的選擇在靠近低電平級電路的a端。端。多級電路接地點選擇在靠近高電平級電路端多級電路接地點選擇在靠近高電平級電路端(圖圖7(a)時，低電時，低電平級電路端平級電路端a點的電位為點的電位為 Uao(RabjLab)Ia(RbcjLbc)(IaIb) (RcojLco)(IaIbIc)(11-4)電路的接地點選擇電路的接地點選擇圖圖7 多級電路接地點的選擇多級電路接地點的選擇1

16、4式中，式中，Rab、Rbc、Rco和和Lab、Lbc、Lco分別表示分別表示ab、bc、co各段各段接地線的電阻及電感。接地線的電阻及電感。接地點選擇在靠近低電平級電路輸入端時，低電平級電路接地點選擇在靠近低電平級電路輸入端時，低電平級電路a點點的電位為的電位為 Uao(RaojLao)(IaIbIc) (11-5) 比較式比較式(11-4)和式和式(11-5)知知|Uao|Uao|。這說明接地點選擇在。這說明接地點選擇在靠近低電平級電路的輸入端時，電路受地電位差的干擾最小，靠近低電平級電路的輸入端時，電路受地電位差的干擾最小，因為這時因為這時a點電位只受點電位只受ao段地線阻抗的影響。段地

17、線阻抗的影響。因此多級電路的接地點應選擇在低電平級電路的輸入端。因此多級電路的接地點應選擇在低電平級電路的輸入端。l諧振回路接地點的選擇諧振回路接地點的選擇并聯(lián)諧振回路內部的電流是其外部電流的并聯(lián)諧振回路內部的電流是其外部電流的Q倍倍(Q為諧振回路的為諧振回路的品質因數(shù)品質因數(shù))，所以諧振回路內部的電流有時是非常大的，如果，所以諧振回路內部的電流有時是非常大的，如果把諧振回路的電感把諧振回路的電感L和電容和電容C分別接地，如圖分別接地，如圖8所示，在接地回所示，在接地回路中將有高頻大電流通過，會產生很強的地回路干擾。路中將有高頻大電流通過，會產生很強的地回路干擾。電路的接地點選擇電路的接地點選

18、擇15如果將諧振回路的電感如果將諧振回路的電感L和電容和電容C取一點接地，使諧振回路本取一點接地，使諧振回路本身形成一個閉合回路，如圖身形成一個閉合回路，如圖9所示，此時高頻大電流將不通過所示，此時高頻大電流將不通過接地面，從而有效地抑制了地回路干擾。因此，接地面，從而有效地抑制了地回路干擾。因此，諧振回路必諧振回路必須單點接地須單點接地。電路的接地點選擇電路的接地點選擇圖圖8 諧振回路的錯誤接地諧振回路的錯誤接地圖圖9 諧振回路的正確接地諧振回路的正確接地1611.3 地回路干擾的抑制措施地回路干擾的抑制措施l隔離變壓器隔離變壓器隔離變壓器是通過阻隔地回路的形成來抑制地回路干擾的，隔離變壓器

19、是通過阻隔地回路的形成來抑制地回路干擾的，如圖如圖10所示，其等效電路如圖所示，其等效電路如圖11所示，分析方法基于所示，分析方法基于線性電線性電路的疊加原理路的疊加原理。圖圖10 采用隔離變壓器阻隔地回路采用隔離變壓器阻隔地回路圖圖11 隔離變壓器阻隔地回路的等效電路隔離變壓器阻隔地回路的等效電路111NGLUUj CR(11-6)17由由(11-6)有有可見當可見當CRL1時，時，|UN/UG|1。所以在定頻時提高隔離變壓。所以在定頻時提高隔離變壓器的抗干擾能力，可通過減小變壓器繞組間的分布電容器的抗干擾能力，可通過減小變壓器繞組間的分布電容C實現(xiàn)。實現(xiàn)。如在變壓器之間加一電屏蔽如在變壓器

20、之間加一電屏蔽(圖圖11)就可以有效地減小繞組之間就可以有效地減小繞組之間的分布電容的分布電容C，從而有效阻隔了地回路的干擾。為防止，從而有效阻隔了地回路的干擾。為防止UG通過通過電屏蔽層與繞組之間的分布電容耦合加至負載電屏蔽層與繞組之間的分布電容耦合加至負載RL，造成干擾，造成干擾，電屏蔽層應接至負載電屏蔽層應接至負載RL的接地端。的接地端。須指出，采用隔離變壓器須指出，采用隔離變壓器不能傳輸直流信號，也不適于傳輸不能傳輸直流信號，也不適于傳輸頻率很低的信號頻率很低的信號。但是，隔離變壓器對地線中較低頻率的干。但是，隔離變壓器對地線中較低頻率的干擾具有很好的抑制能力。同時，電路中的信號電流只

21、在變壓擾具有很好的抑制能力。同時，電路中的信號電流只在變壓器繞組連線中流過，因此可避免對其它電路的干擾。器繞組連線中流過，因此可避免對其它電路的干擾。地回路干擾的抑制措施地回路干擾的抑制措施211NGLU1UCR(11-7)18l縱向扼流圈縱向扼流圈因為隔離變壓器使直流和低頻信號無法通過，而圖因為隔離變壓器使直流和低頻信號無法通過，而圖12所示的所示的縱向扼流圈縱向扼流圈(Longitudinal Choke)(或稱為中和變壓器或稱為中和變壓器(Neutra-lizing Transformer)，可以通過直流或低頻信號，對地回路共，可以通過直流或低頻信號，對地回路共模干擾電流呈現(xiàn)出相當高的阻

22、抗，使其受到抑制。模干擾電流呈現(xiàn)出相當高的阻抗，使其受到抑制。 地回路干擾的抑制措施地回路干擾的抑制措施圖圖12 采用縱向扼流圈阻隔地回路采用縱向扼流圈阻隔地回路19縱向扼流圈是由縱向扼流圈是由兩個繞向相同、匝數(shù)相同的繞組兩個繞向相同、匝數(shù)相同的繞組所構成，一般所構成，一般常用雙線并繞而成。信號電流在兩個繞組流過時方向相反，稱常用雙線并繞而成。信號電流在兩個繞組流過時方向相反，稱為為異模電流異模電流，產生的磁場相互抵消，呈現(xiàn)低阻抗，即，產生的磁場相互抵消，呈現(xiàn)低阻抗，即扼流圈對扼流圈對信號電流不起扼流作用信號電流不起扼流作用，并且不切斷直流回路并且不切斷直流回路。地線中的干擾。地線中的干擾電流

23、流經兩個繞組的方向相同，稱為電流流經兩個繞組的方向相同，稱為共模電流共模電流，產生的磁場同，產生的磁場同向相加。扼流圈對地回路干擾電流呈現(xiàn)高阻抗，起到抑制地回向相加。扼流圈對地回路干擾電流呈現(xiàn)高阻抗，起到抑制地回路干擾的作用。路干擾的作用。信號源電壓信號源電壓US通過縱向扼流圈并經連接線電阻通過縱向扼流圈并經連接線電阻RC1、RC2接至負接至負載載RL。縱向扼流圈可用電感。縱向扼流圈可用電感L1、L2及互感及互感M表示。若扼流圈的表示。若扼流圈的兩個繞阻完全相同，且在同一個鐵芯上構成緊耦合，則有兩個繞阻完全相同，且在同一個鐵芯上構成緊耦合，則有L1L2M。UG是地電位差或地線環(huán)路經磁耦合形成的

24、地回路電壓。是地電位差或地線環(huán)路經磁耦合形成的地回路電壓。首先分析縱向扼流圈對信號電壓首先分析縱向扼流圈對信號電壓US的影響，此時可將的影響，此時可將UG短路。短路。因因RC1與與RL串聯(lián)，且串聯(lián)，且RC1 RL,故故RC1可忽略不計，圖可忽略不計，圖12(b)等效等效電路可簡化為圖電路可簡化為圖13的形式。的形式。地回路干擾的抑制措施地回路干擾的抑制措施20由流經由流經RC2、L2入地的下回路可得入地的下回路可得 (ISIG)(RC2jL2)ISjM0 (11-8)用用ML2L代入上式并經整理得代入上式并經整理得地回路干擾的抑制措施地回路干擾的抑制措施圖圖13 縱向扼流圈對信號電壓縱向扼流圈

25、對信號電壓US的影響的影響21SGCIIj LR(11-9)21或或式中式中c稱為扼流圈的截止角頻率，稱為扼流圈的截止角頻率，當當c時，時，|IG|0.707|IS|；當；當 c時，只有小部分信號流時，只有小部分信號流經地線。一般認為，當經地線。一般認為，當5 c時，時，IG0，這時絕大部分信號電，這時絕大部分信號電流經流經RC2、L2入地。可進一步列出上回路方程：入地。可進一步列出上回路方程：因因ML1L2 ，可得信號電流，可得信號電流地回路干擾的抑制措施地回路干擾的抑制措施(11-10)2221SSGCcIIIL1R2CcRL(11-11)122()(-) ()SSLSGCUIj LRj

26、MIIRj Lj M(11-12)22SGCSLCUI RIRR(11-13)22因為因為RC2L，且當，且當5c時，時，IG0，所以，式，所以，式(11-13)可簡化可簡化為為因此，當扼流圈的電感足夠大，使信號頻率因此，當扼流圈的電感足夠大，使信號頻率5c(cRC2/L)時，可認為加入扼流圈對信號傳輸沒有影響。時，可認為加入扼流圈對信號傳輸沒有影響。而分析縱向扼流圈對地回路電壓而分析縱向扼流圈對地回路電壓UG的抑制作用，根據線性電路的抑制作用，根據線性電路的疊加原理，此時可將信號源的疊加原理，此時可將信號源US短路，等效電路如圖短路，等效電路如圖14所示。所示。地回路干擾的抑制措施地回路干擾的抑制措施SSLUIR(11-14)圖圖14 縱向扼流圈對地回路電壓縱向扼流圈對地回路電壓UG的影響的影響23未加扼流圈時，地回路干擾電壓未加扼流圈時，地回路干擾電壓UG全部加到全部加到RL上。加扼流圈后，上。加扼流圈后，流經扼流圈兩個繞組的干擾電流分別為流經扼流圈兩個繞組的干擾電流分別為I1、I2，在負載，在負載RL上的上的干擾電壓干擾電壓UNI1RL。由。由I1回路得回路得 UGjL1I1jMI2I1RL由由I2回路得回路得 UGjL2I2jMI1I2RC2聯(lián)立求解聯(lián)立求解(11-15)和和(11-16)可得可得由由UNI1RL，考慮到，考慮到RC