淺談電子類實(shí)驗(yàn)室的電磁干擾及抑制措施

王凡

摘要：在上電子類實(shí)驗(yàn)課時，經(jīng)常由于實(shí)驗(yàn)室存在比較嚴(yán)重的電磁干擾，使得測量儀器技術(shù)性能指標(biāo)下降，實(shí)驗(yàn)達(dá)不到預(yù)期的效果，本文分析了電子類實(shí)驗(yàn)室的電磁干擾途徑;給出了抑制電磁干擾的若干措施。

關(guān)鍵詞：電磁干擾;接地系統(tǒng);電源濾波

伴隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，尤其是通信技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展、各種設(shè)備的廣泛應(yīng)用的同時，也使電磁環(huán)境逐漸惡化，電磁干擾日益嚴(yán)重，電磁干擾會影響電纜信號的完整性。通過電磁干擾源產(chǎn)生的電磁能，經(jīng)導(dǎo)線傳導(dǎo)、空間輻射等傳播途徑傳輸至敏感設(shè)備，嚴(yán)重干擾儀器設(shè)備的正常運(yùn)行。另外，由于我們國家是220V高內(nèi)阻電網(wǎng)，比起美國等國的110V低阻電網(wǎng)，其污染程度要嚴(yán)重很多。其次，我國許多企業(yè)用電不規(guī)范，更加劇了電網(wǎng)“污染”程度。

在做電子類實(shí)驗(yàn)（模擬電路實(shí)驗(yàn)和高頻電路實(shí)驗(yàn)）的過程中，經(jīng)常遇到這樣一些問題：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)箱上按照電路圖接好電路，用儀器（如：示波器）進(jìn)行測量，但測量的結(jié)果與理論相差甚遠(yuǎn)，在認(rèn)真檢查后，也沒有發(fā)現(xiàn)問題的根源，之后，在不經(jīng)意間把接線重新整理一下，或是把地線改接一個位置，甚至是把實(shí)驗(yàn)箱或示波器移動一下，問題就解決了。這類問題往往就是電磁干擾造成的，受到電磁干擾會使信號發(fā)生畸變失真，因此，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)初期，應(yīng)該考慮實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備的電磁兼容（EMC），所謂“電磁兼容”，簡單的說，就是抗干擾的能力和對外騷擾的程度。

一、電磁干擾的途徑

電磁干擾（Electromagnetic Interference 簡稱EMI），是指電磁波與電子元件作用后而產(chǎn)生的干擾現(xiàn)象，電磁干擾產(chǎn)生的根本原因是導(dǎo)體中電壓或電流的突變，其傳到途徑有傳導(dǎo)干擾和輻射干擾兩種。

（一）來自系統(tǒng)外引線傳導(dǎo)干擾

這種干擾主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導(dǎo)干擾。這種干擾在模擬電路實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)的較為嚴(yán)重，主要有以下幾種：來自電源的干擾：來自信號線引入的干擾;來自接地系統(tǒng)的干擾。

1.電源的干擾：據(jù)統(tǒng)計(jì)，計(jì)算機(jī)的故障90%來自電源問題。劣質(zhì)的電源是許多電子設(shè)備損壞及其運(yùn)行發(fā)生故障的元兇。常見電源質(zhì)量問題有：電壓過高或過低，電網(wǎng)突波和雜波干擾，電力供應(yīng)中斷或瞬間斷電等。一般電子儀器和電器設(shè)備都允許輸入電壓有一個波動范圍內(nèi)均可正常工作，但對于電網(wǎng)干擾（包括突波和雜波干擾）就容易引起嚴(yán)重后果。

2.信號線引入的干擾：此干擾主要有兩種途徑：一是供電電源串入的電網(wǎng)干擾，50Hz交流電的電網(wǎng)，其強(qiáng)大的電磁場和大地漏電流產(chǎn)生的干擾;二是信號線受空間電磁輻射感應(yīng)的干擾，即信號線上的外部感應(yīng)干擾。

3.接地系統(tǒng)的干擾：接地是提高電子設(shè)備電磁兼容性（EMC）的有效手段之一，正確的接地既能抑制電磁干擾的影響，又能抑制設(shè)備向外發(fā)出干擾;而錯誤的接地反而會引入嚴(yán)重的干擾信號。

（二）來自空間的輻射干擾

輻射干擾是指電子設(shè)備產(chǎn)生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網(wǎng)絡(luò)或電子設(shè)備?？臻g輻射電磁場（EMI）主要是由：無線電發(fā)射設(shè)備：包括移動通信系統(tǒng)、廣播、電視、雷達(dá)、導(dǎo)航及無線電接力通信系統(tǒng).如微波接力，衛(wèi)星通信等。因發(fā)射功率大，其基波信號可產(chǎn)生功能性干擾;諧波及亂真發(fā)射構(gòu)成非功能性的無用信號干擾。

二、電磁干擾的抑制措施

（一）找到并抑制干擾源

尋找干擾源的原則是根據(jù)電壓和電流的變化，電壓和電流劇變的地方也就是我們要尋找的干擾源所在地，并根據(jù)其特點(diǎn)進(jìn)行抑制。如：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的干擾噪聲來源于電機(jī)電路產(chǎn)生的瞬時沖擊電流和反向沖擊電壓。從而在電路中產(chǎn)生高頻的噪聲信號。據(jù)此可以采用“高頻扼流圈”抑制交流電的高頻部分。

（二）科學(xué)合理的接地設(shè)置

實(shí)驗(yàn)室設(shè)備可靠接地是抑制電網(wǎng)噪聲防止電磁干擾以及保護(hù)人員設(shè)備安全的重要措施，實(shí)驗(yàn)室的接地方式應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的具體功能和環(huán)境進(jìn)行合理的布設(shè)。根據(jù)接地需求分為“保護(hù)接地”和“屏蔽接地”。為了保護(hù)人員和設(shè)備的安全，實(shí)驗(yàn)室電子設(shè)備對機(jī)座、金屬外殼可靠接地 ，稱為“保護(hù)接地 ”;另一類是為了抑制干擾而采用的屏蔽層的接地，稱為“屏蔽接地 ”，從而起到更好的抗干擾作用。

實(shí)驗(yàn)室地線設(shè)計(jì)應(yīng)遵循一些原則，如：數(shù)字地與模擬地分開，低頻電路應(yīng)盡量采用單點(diǎn)并聯(lián)接地，高頻電路宜采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，地線盡量采用短而粗的線材。

（三）使用電源濾波器

電源濾波器通常是由各個設(shè)備專用 ，電源濾波器可將高頻成分衰減，并使電源頻率周邊的成分通過，可以抑制電網(wǎng)中的各種噪聲，一般裝在設(shè)備交流電源的入口處，起到抑制共模噪聲和差模噪聲的作用。

（四）注重實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的改善

注重實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，也可以減少電磁干擾：盡量減小儀器、實(shí)驗(yàn)箱中易干擾器件的阻抗，以減小感應(yīng)電壓。可在較長的低頻信號線兩端加高頻旁路電容，避免感應(yīng)高頻干擾信號;用示波器觀察測量交流小信號時，開啟限制帶寬功能，以減小無用信號的干擾，將示波器的采集方式改為高分辨率，改善觀察和測量效果;加大有用信號輸入幅度，提高信噪比。

（五）使用優(yōu)質(zhì)的開關(guān)電源

開關(guān)電源以其效率高、體積小、輸出穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)而使用廣泛。但由于成本問題，很多國產(chǎn)實(shí)驗(yàn)箱所使用的開關(guān)電源質(zhì)量較差，由于開關(guān)電源工作過程中的高頻率、高di/dt和高dv/dt，其產(chǎn)生的浪涌電流和尖峰電壓形成了干擾源。使得電磁干擾問題非常突出。因此在經(jīng)濟(jì)條件允許的情況下，實(shí)驗(yàn)箱中盡量選換優(yōu)質(zhì)的開關(guān)電源。

三、結(jié)束語

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中，人們往往只重視儀器的指標(biāo)參數(shù)，環(huán)境溫度，濕度等問題。對電磁干擾、電網(wǎng)“污染”、和接地問題并未引起足夠重視，在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和改造中，電路布線、實(shí)驗(yàn)設(shè)備布局，既要考慮美觀、操作方便，也要考慮電磁兼容問題，做到設(shè)備內(nèi)部引線和扎線合理，電路、元件也要設(shè)置緊湊合理，避免靠近敏感元件引起干擾;在新進(jìn)設(shè)備時，也可以利用電磁兼容原理，定性估價設(shè)備的抗干擾性能。研究電磁干擾，了解電磁兼容知識，對于上好電子類實(shí)驗(yàn)課以及實(shí)驗(yàn)室建設(shè)具有十分重要的意義。

參考文獻(xiàn)

[1]敬奕艷. 電子教學(xué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的探索 [J].中國現(xiàn)代教育裝備，2021.4.359

[2]朱琳; 梅寒. 淺談實(shí)驗(yàn)室電子測量儀器防電磁干擾 [J].上海計(jì)量測試. 2007，（06）