【文章內(nèi)容簡介】 們已談到噪聲源。下面談一下噪聲的耦合方式，即通道。 噪聲的主要耦合方式 , 即通道的性質(zhì)有以下六種 :傳導耦合、靜電耦合、經(jīng)過公共阻抗的耦合、漏電流耦合、遠場輻射耦合。 噪聲的耦合方式 噪聲的耦合方式主要有公共阻抗耦合、直接耦合、電容耦合、電磁感應耦合、漏電耦合和輻射 耦合等。 公共阻抗耦合 公共阻抗耦合是噪聲源和信號處理電路具有公共阻抗時的傳導耦合。常見的情況是信號處理電路和信號輸出電路使用公共電源，而電源不是內(nèi)阻為零的理想電壓源，電源內(nèi)阻就成為了公共阻抗 Zc，信號輸出電路中的電流變化就會在公共阻抗上產(chǎn)生噪聲信號，并通過電源線干擾信號處理電路，如圖 51 所示。為了防止公共阻抗耦合，應使耦合阻抗趨近于零，通過去耦電路可減少公共阻抗耦合引起的干擾。 圖 51公共阻抗耦合 直接耦合 直接耦合通常是噪聲信號經(jīng)過導線直接傳導到被干擾電路中。圖 52(a)中 噪聲信號比值 1/100000 1 1 1 DB數(shù) 80 60 40 20 比值 2 2 3 5 DB數(shù) 3 6 14 9 Vn 串接到有用信號 Vs 回路中，形成常模干擾；圖 52（ b）中噪聲信號 Vn 對有用信號 Vs 形成共模干擾。 圖 52直接耦合 電容耦合 控制系統(tǒng)的元件之間、導線之間、導線與元件之間都存在分布電容。如某一導體上的信號電壓變化通過分布電容影響到其他導體上的電位，這種現(xiàn)象稱為電容性耦合，也稱靜電耦合或電場耦合。噪聲通過電容耦合的影響程度取決于分布電容大小和噪聲的頻率。圖 53 中，導線 a,導線 b 之間存在分布電容 Cab，導線 a 和導線 b 對地的分布電容為 Cac 和 Cbc，噪聲信號 Vn 可通過分布電容 Cab 會 疊加在導線 b 上。 圖 53 電容耦合 電磁感應耦合 電磁感應耦合又稱磁場耦合。載流導體周圍空間都會產(chǎn)生磁場，如磁場是交變的，則會對其周圍閉合電路產(chǎn)生感應電勢，因此，電路中的線圈、變壓器甚至較長的導線都可能通過電磁感應耦合來傳遞噪聲。圖 54 中，噪聲信號 Vn 回路的 L1 與有用信號Vs 回路的 L2 經(jīng)等效的互感系數(shù) M 耦合，從而有可能造成對 Vs 的影響。 10 圖 54電磁感應耦合 漏電耦合 漏電耦合是電阻性耦合方式。當相鄰的元件或?qū)Ь€間絕緣電阻降低時，就會發(fā)生漏電耦合現(xiàn)象。圖 55中 Rab 為導線 a 與導線 b 之間的絕緣電阻，當電路絕緣性能下降時，即 Rab 變小，則導線 a 上的信號 Vn通過 Rab 與 Rb 分壓耦合到導線 b 上，從而造成 Vn 對 Vs的干擾。 圖 55 漏電耦合 輻射耦合 輻射耦合主要由電磁場輻射引起。當高頻電流通過導線時，就會在導體周圍形成空間傳播的電磁波，一定長度的信號傳輸線既可作為發(fā)射天線，也可作為接收天線，這就是所謂的“天線效應”。在一定強度的電磁場輻射條件下，由于天線效應，噪聲經(jīng)輻射耦合入侵電路就難以避免。輻射耦合的示意圖如圖 516 所示。 [7] 11 圖 56 輻射耦合 6 電子產(chǎn) 品噪聲的常規(guī)檢測方法 由于電子產(chǎn)品內(nèi)部元件千差萬別， 元件間、布線間、元件與布線間的相互影響，使得電子產(chǎn)品的噪聲非常復雜，但仍有規(guī)律可尋。電子產(chǎn)品常規(guī)的檢查方法如下： （ 1）觀察法：通過人的視覺去發(fā)現(xiàn)故障。主要用于對電路板進行漏焊、虛焊、線間的短路、斷線、上錯元件、打火、燒焦等檢查。 （ 2）觸摸法：通過人的手指去觸摸元件，發(fā)現(xiàn)是否有松動、過熱或無熱現(xiàn)象，間接地去判斷故障。輕擊機件、機箱、底板加大了噪聲振蕩，則噪聲產(chǎn)生于與此有關(guān)電路正常工作時，會發(fā)熱的元器件突然無熱或過熱，則噪聲與此電路有關(guān)。 （ 3）動態(tài)觀測 法：用示波器觀測電路關(guān)鍵點的波形來發(fā)現(xiàn)故障。從電路的后級往前級逐級注入測試信號，同時用示波器觀測該級輸出的信號波形，若信號波形不正常，則前方電路出現(xiàn)了故障。 （ 4）分割法：在尋找故障過程中，通過拔掉部分插件、拔下部分電路板、在電路板上斷線，從前級往后級逐步分離電路，分離到?jīng)]有噪聲的位置，則噪聲產(chǎn)生于 與此有關(guān)電路。 （ 5）靜態(tài)測量法：用萬用表測量元件的直流工作電壓、電流去發(fā)現(xiàn)故障。對于線性電路分立元件此法尤其重要。 （ 6）短路法：用 2~3 種容量的電容器，從前級開始使電路的信號輸出部分逐一接地， 順次向后探 索，直到發(fā)現(xiàn)接地時沒噪聲，則噪聲產(chǎn)生于此電路前。 （ 7）模擬法：通過對無故障機器和有故障機器，相同之處的對測，相比較來確定故障。 （ 8）替換法：通過對各部分電路間的電纜連線、內(nèi)部連線、電路板或某一部件的 12 更換，來確定故障在某一范圍內(nèi)。 （ 9）軟件診斷法：利用軟件功能為調(diào)試者提供自行測試噪聲大小。 （ 10）假負載法：在尋找故障過程中，斷開電源負載，用適當功率的電阻或燈泡來替換原負載，從而確定故障在某一范圍內(nèi)的方法。 （ 11）排除法：在尋找故障過程中，發(fā)現(xiàn)一點線索后，順著線索追查下去。經(jīng)測量和分析，找到一些可構(gòu)成 此類故障的原因，在這種情況下，先按某種原因去排除，如無效，再按其他原因去排除。 電子產(chǎn)品的常規(guī)檢查方法很多。在實際中，只要懂得電子技術(shù)原理，都還可以創(chuàng)新。以上這些方法，雖說它們彼此之間是孤立的，但是在實踐中，大多聯(lián)合運用。比如，靜態(tài)測量法和觸摸法相結(jié)合，短路法和動態(tài)觀測法相結(jié)合，觀察法和觸摸法相結(jié)合等都能又快又好地確定故障。 7 噪聲干擾的克服方法 抗干擾是一個非常復雜、實踐性很強的問題，一種干擾現(xiàn)象可能是由若干因素引起的。因此，在電子電路的設計中，我們應采取抗干擾措施，對電子電路的工作原理、具體布線、屏蔽、 電源的抗擾動能力、系統(tǒng)地處理以及防護形式不斷改進，提高電子電路的可靠性和穩(wěn)定性。目前主要從噪聲干擾源，噪聲干擾傳播途徑和接受端來克服和減小噪聲對電子電路噪聲的不良影響。 合理的選擇器件 （ 1）電阻：所有的電阻在一定溫度時，由于熱能作用，電子騷動都會產(chǎn)生，溫度愈小愈低。選用電阻首先考慮其額定功率，要求留有余地。對于特種類型的電阻以防產(chǎn)生感應：可調(diào)電阻的滑動觸點要和定片接觸良好， 各接頭最好用最短的雙股絞線連到電路板上。線繞電阻要用無感繞線法繞制。 （ 2）電感：當電流經(jīng)過它時，產(chǎn)生感應反電動勢，對鄰近電 路產(chǎn)生干擾并形成噪聲。要求電感絕緣度高，漏電流小，靜電、磁屏蔽好。 （ 3）變壓器：當電流經(jīng)過它的初級繞組時，有部分變成了漏磁通， 同時初級繞組端異常電壓會通過級間靜電電容耦合到次級繞組，對鄰近電路產(chǎn)生干擾，形成噪聲。選用變壓器一定要注意初級繞組與次級繞組間絕緣程度及靜電、磁屏蔽狀況。 （ 4）電容：在實際電路中，每個電容可等效為一個很小的電阻、電感與之相串聯(lián)或并聯(lián)而成。當電路工作時，它易和附近元件形成自激振蕩，并對鄰近電路產(chǎn)生干擾 13 選用電容時須注意：高、中頻電路的電容要盡量縮短連接導線的跨度，不要分別接地。電容 的額定電壓要求盡量高，否則它的漏電流會增大?？烧{(diào)電容動片與定片間夾有塵土或塵土炭化很容易產(chǎn)生，要密封嚴密。 （ 5）半導體元器件：首先，它對溫度極為敏感，很容易產(chǎn)生熱噪聲。焊接時要求：熱量不能通過導線影響元件性能。選用半導體元件時，其額定功率要求留有余地。其次，半導體元件對光較為敏感，管子的輸出電壓會隨光通量而變化。使用中，不能讓半導體元件涂層脫落。再者，半導體元件結(jié)間有結(jié)電容，引腳有引線電感。在高頻電路中，它們易產(chǎn)生 C， L 衰減振蕩，造成信號波形失真。使用半導體元件時，要盡量剪短引線，也可通過并聯(lián)二極管來泄 放結(jié)電容的反向穿透電流。 （ 6）開關(guān)與繼電器：長期使用，塵埃或煙灰等進入設備容易使接點受到污染，接點金屬氧化或燒壞，接點處形成火花電弧，輻射出電磁波，產(chǎn)生高頻振蕩，形成噪聲。使用開關(guān)與繼電器時，要保證接點良好接觸。 （ 7）電聲器件：由于功率和阻抗與電路的匹配不良、屏蔽線接地不當、接線柱的相位錯誤、安置的方向不對、音圈位置不當、音膜破裂等都要產(chǎn)生噪聲。正確用好電聲器件對降低噪聲至關(guān)重要。 （ 8）指示燈：氖燈由于輝光放電，會產(chǎn)生噪聲。白熾燈由于電感存在，會產(chǎn)生很高的異常電壓，成為其他電路的噪聲源。指示燈的接點金 屬生銹、氧化或燒壞也會產(chǎn)生噪聲。 在低頻段，晶體管由于存在勢壘電容和擴散電容等問題，噪聲較大。而結(jié)型場效應管因為是多數(shù)載流子導電，不存在勢壘區(qū)的電流不均勻問題。而且柵極與導電溝槽間的反向電流 I g 產(chǎn)生的散粒噪聲很小。故在中、低頻的前級電路中采用場效應管不但可以降低噪聲還可以有較高的輸入阻抗。另外如果需要更換晶體管等半導體元件，一定要經(jīng)過對比選擇。本人曾在修理一臺功放機功放管時，由于一時找不到相同型號的管，只能用參數(shù)相近的代用管代替。結(jié)果焊好后發(fā)現(xiàn)，其音質(zhì)比原來差。經(jīng)過調(diào)整靜態(tài)參數(shù)后仍有雜音。最后只能通過對 比找出效果最好的管，才解決了問題。其實型號相同的半導體器件參數(shù)也是有差別的。同樣，電路中的碳膜電阻與金屬膜電阻的噪聲系數(shù)也是不一樣的，金屬膜電阻的噪聲比碳膜的要小。特別是在前級小信號輸入時，可以考慮用噪聲小的金屬膜電阻。 采用優(yōu)質(zhì)的電源 電源對整個電路的工作狀態(tài)影響極大，電源選擇不好，輕則使電路靜態(tài)工作點偏 14 移，重則將會給整個電路帶來沖擊和干擾。選擇電源一般要求是：使輸出的直流，不受輸入電網(wǎng)電壓的波動或負載變化的影響。直流電源整流后的脈動波形經(jīng)過濾波后脈動小，電流線平滑。電源必須有足夠的功率富余量，以 保證電源的工作穩(wěn)定。為保證電源的穩(wěn)定性和可靠性，在條件允許的情況下最好盡量采用開關(guān)電源或數(shù)字電源。 對電路合理的布局 合理的電路布局可以減少不同工作頻段電路之間的相互干擾，同時也使對干擾信號的濾除變得相對簡單。電路布局的基本原則是按電路的功能單元進行分布。在電路布局設計時，必須要考慮好電路的電磁兼容性，要充分考慮元器件之間的相互影響。對敏感的元件要實行隔離保護，特別是可能造成相互干擾的元件不要離得太近，要盡量將其分開。邏輯電路和線性電路也要分開。對易受干擾的最好是用屏蔽層進行屏蔽。對繼電器等能產(chǎn)生電 磁能量的元件要盡量遠離容易被干擾的功能單元和敏感元件，同時也應對其進行屏蔽隔離。對電流較大的印制線路板要加大電源線寬度以減小環(huán)路電阻對電路的。對容易受分布電容影響的如高頻電路等部位，要合理配置退耦電容，以減小和消除分布電容的影響。 抑制和減少輸入端偏置電路的噪聲 輸入端偏置電路噪聲一般是由輸入端偏置分流電阻產(chǎn)生的。當流過偏置電阻的直流電流過大時就會使能量過剩從而產(chǎn)生電流噪聲。如果選擇好適合的偏置電路，噪聲就可以通過旁路電容短接入地，可以抑制噪聲輸出，減小對下一級電路的影響。 + Rb1 Re VT Rs R C1 C2 Us 圖 71: 抑制偏置電路噪聲的電路 ～ R4 RE020406080100120一月 二月 三月 四月亞洲區(qū)歐洲區(qū)北美區(qū) a 15 通過對路徑的控制來克服噪聲干擾 選擇合理的接地點 低頻線性電路的電路板的接地一般都是采用公共的單點接地。雖然理論上電勢都為零，但由于導體電阻的存在，其參考零點的電勢是存在微小差別的。既然存在電勢差，就有可能在小范圍內(nèi)存在小的電流。這種小電流的存在，會使零點參考值發(fā)生改變而產(chǎn)生干擾。此外小信號輸出的接地點和功率較大的放大級的接地點離得太近，干擾信號也可能通過接地端竄擾，因此要將 其距離拉開。線性電路和邏輯電路的接地也應分離。弱信號電路、低頻電路周圍地線不要形成電流環(huán)路。一般而言低頻電路多采用單點接地而高頻電路多采用多點串聯(lián)接地，而在公共接地后一定要注意將各單元的接地連接到設備的金屬外殼或接地線路上并保證連接可靠。另外良好的接地對繼電器、線圈等電磁元件的分布電容也是一種有效的抑制。 單點接地：把各級單元電路的地線接在同一點上 (如圖 72)采用這種應運的優(yōu)點是不存在環(huán)形地回響，因而也不存在地環(huán)流，各電路的接地點只與本電路的地電流和地阻抗有關(guān)。 圖 72單點接地示意 圖 串聯(lián)接地：從防止干擾和噪聲的角度來看，這種接法不合理。但因其接法簡單，在許多工作中仍被采用。特別是在設計印刷電路在所板上應用比較方便。其示意圖如（圖 73）： 電路 1 電路 2 電路 3 16 圖 73串聯(lián)接地示意圖 多點接地：為了降低阻抗，地線一般用寬銅皮鍍銀作為接地母線。這種接法多用于高頻電路。 系統(tǒng)接地：為了避免大功率電路流過地線回路的電流對小信號電路產(chǎn)生影響，通常功率地線和機械地線必須自成一體。接到各自的地線上，然后一起連到機殼地上。 加入校正電路 產(chǎn)生自激振蕩的原因不僅僅是由于電源 電壓造成的，有時負反饋過強也會產(chǎn)生自激振蕩，這時消除自激振蕩的方法是在電路中加入校正網(wǎng)絡。其目的是使電路的幅頻特性和相頻特性發(fā)生變化，破壞自激振蕩的條件，典型電路如圖 74 所示。 圖 74運放消除自激振蕩常用的補償措施 根據(jù)不同的工作頻段、參數(shù)選擇適當?shù)姆糯箅娐?: 電路的選擇關(guān)系到整個電路的工作狀態(tài)。它不僅對本級電路有直接影響，對整個電路的電路工作參數(shù)、工作狀態(tài)都會產(chǎn)生重要影