共模與差模干擾

1、共模與差模干擾傳感器與檢測技術 共模與差模干擾 根據噪聲進入信號測量電路的方式以及與有用信號的關系，可將噪聲干擾分為差模干擾與共模干擾。1.1 差模干擾 差模干擾又稱串模干擾、正態(tài)干擾、常態(tài)干擾、橫向干擾等，它使檢測儀器的一個信號輸入端子相對另一個信號輸入端子的電位差發(fā)生變化，即干擾信號與有用信號按電壓源形式串聯(lián)起來作用于輸入端。因為它和有用信號疊加起來直接作用于輸入端，所以它直接影響測量結果。 差模干擾可用下圖所示的兩種方式表示，圖a為串聯(lián)電壓源形式；圖b為并聯(lián)電流源形式。圖中es及Rs為有用信號源及內阻；Un表示等效干擾電壓In表示等效干擾電流，Zn為干擾源等效阻抗Ri為接收器的輸入電阻。

2、 當干擾源的等效內阻較小時，宜用串聯(lián)電壓形式；當干擾源等效內阻較高時，宜用并聯(lián)電流源形式。下圖a表示用熱電偶作敏感元件，進行測溫時，由于有交變磁通穿過信號傳輸回路產生干擾電動勢，造成差模干擾；圖b表示高壓直流電場通過漏電流對動圈式檢流計造成差模干擾。 1.2 共模干擾 共模干擾又稱縱向干擾、對地干擾、同相干擾、共態(tài)干擾等，它是相對于公共的電位基準點(通常為接地點)，在檢測儀器的兩個輸入端子上同時出現(xiàn)的干擾。雖然它不直接影響測量結果，但是當信號輸入電路參數不對稱時，它會轉化為差模干擾，對測量產生影響。在實際測量過程中，由于共模干擾的電壓一般都比較大，而且它的耦合機理和耦合電路不易搞清楚，排除也比

3、較困難，所以共模干擾對測量的影響更為嚴重。 共模干擾一般用等效電壓源表示，下圖為其等效電路。從圖中可以看出，共模干擾電流的通路只是部分地與信號電路所共有；共模干擾會通過干擾電流通路和信號電流通路的不對稱性轉化為差模干擾，從而影響測量結果。 造成共模干擾的原因很多，常見的共模干擾耦合有下面幾種：在檢測裝置附近有大功率的電氣設備，因絕緣不良或三相動力電網負載不平衡，零線有較大電流時，都存在著較大的地電流和地電位差，這時，若檢測系統(tǒng)有兩個以上接地點，則地電位差就會造成共模于擾。如下圖a所示熱電偶測溫系統(tǒng)及b的動力電源通過漏電阻R對熱電偶測溫系統(tǒng)形成共模干擾。在交流供電的電氣測量裝置中，動力電源會通過

4、電源變壓器的一次、二次側繞組間的雜散電容、整流濾被電路、信號電路與地之間的雜散電容到地構成回路，形成工頻共模干擾，如 下圖所示。 1.3 共模干擾抑制比 根據共模干擾只有轉換成差模干擾才能對檢測裝置產生干擾作用的原理可知，共模干擾對檢測裝置的影響大小，直接取決于共模干擾轉換成差模干擾的大小。用“共模干擾抑制比”來表示其大小，定義為：作用于檢測系統(tǒng)的共模干擾信號與使該系統(tǒng)產生同樣輸出所需的差模信號之比。通常以對數形式表示：式中，Ucm是作用此檢測系統(tǒng)的實際共模干擾信號；Ucd是使檢測系統(tǒng)產生同樣輸出所需的差模信號。 共模干擾抑制比是檢測裝置對共模干擾抑制能力的量度。CMRR值越高，說明檢測裝置對共模干擾的抑制能力越強。共模干擾抑制比有時簡稱共模抑制比。下圖是一個差動輸入運算放大器受共模干擾的等效電路。從圖中可得差模干擾電壓為：從而可求得差動運算放大器的共模抑制比為：式中，當 時，則共模抑制比趨于無窮大，但實際上很難做到這一點。一般Z1、Z2 ，則上式