【導(dǎo)讀】產(chǎn)生干擾，嚴(yán)重時(shí)可以造成一定的傷害。本研究重點(diǎn)對(duì)電子噪聲的來源及其抑制方法。由電子噪聲的基礎(chǔ)知識(shí)，電子器件的內(nèi)部噪聲，電子電路的噪聲計(jì)算入手，

　　

【正文】 流和地阻抗有關(guān)。 圖 72 單點(diǎn)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(jiǎn)單，在許多工作中仍被采用。特別是在設(shè)計(jì)印刷電路在所板上應(yīng)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(diǎn)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(duì)小信號(hào)電路產(chǎn)生影響，通常功率地線和機(jī)械地線必須自成一體。接到各自的地線上，然后一起連到機(jī)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(shí)負(fù)反饋過強(qiáng)也會(huì)產(chǎn) 生自激振蕩，這時(shí)消除自激振蕩的方法是在電路中加入校正網(wǎng)絡(luò)。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(yùn)放消除自激振蕩常用的補(bǔ)償措施 根據(jù)不同的工作頻段、參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)姆糯箅娐?: 電路的選擇關(guān)系到整個(gè)電路的工作狀態(tài)。它不僅對(duì)本級(jí)電路有直接影響，對(duì)整個(gè)電路的電路工作參數(shù)、工作狀態(tài)都會(huì)產(chǎn)生重要影響。如共射組態(tài)連接時(shí)，電路有較高的放大增益，同時(shí)它的噪聲對(duì)后級(jí)的影響較小。而共集組態(tài)時(shí)輸入阻抗有較高的輸入阻抗同時(shí)也有較好的頻響。因此根據(jù)不同的電路對(duì)參 數(shù)的不同要求，選擇好的電路，不僅可以簡(jiǎn)化線路結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以減少噪聲對(duì)整個(gè)電路的干擾。在電路性能參數(shù)允 電路 1 電路 2 電路 3 17 許的條件下，盡可能采用抗干擾能力較好的數(shù)字電路。 合理選取級(jí)間藕合也可以抑制噪聲 不同的電路特點(diǎn)要求有不同的偶合方式。如阻容偶合電路簡(jiǎn)單但不能傳送直流信號(hào)；變壓器耦合容易變換阻抗，而且不影響各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)但頻響特性差、成本高；直藕信號(hào)可以使前級(jí)信號(hào)無損直接傳輸?shù)骷?jí)靜態(tài)工作點(diǎn)不能獨(dú)立，而且存在零點(diǎn)漂移問題。目前抗干擾比較強(qiáng)的是光電耦合。光電耦合由于是通過光電耦合器中的發(fā)光二級(jí)管進(jìn)行光電信號(hào)交換， 只有限定的電流才能進(jìn)行交換，因此可以濾除電壓的干擾。同時(shí)由于它是單向傳輸，消除了回路中的各種干擾因素。因此它是目前比較理想的抗干擾耦合電路 。 通過處理接收方來減小噪聲干擾 屏蔽接收端 通過對(duì)接收端的屏蔽處理可以更好的選取有用信號(hào)而把無用的噪聲信號(hào)濾除，從而達(dá)到消除和減小噪聲干擾的目的。其中現(xiàn)在運(yùn)用較多的有靜電屏蔽和電磁屏蔽。 靜電屏蔽 靜電屏蔽是切斷電容耦合的一個(gè)十分有效的方法。屏蔽常用的材料有紫銅、黃銅、鋁及鉛錫箔等。要使靜電屏蔽效果好 ,首先要使屏蔽體接地 ,其次是盡量將被干擾 的部分屏蔽起來 ,使干擾源和被干擾電路的耦合電容減到最小。靜電屏蔽的原理如圖 75 所示。在電路中常見的靜電屏蔽是導(dǎo)線屏蔽。一般用編織線作為屏蔽層將導(dǎo)線包圍起來 ,并且接地 ,因此能保護(hù)線路不受外界電場(chǎng)影響。另外也防止了導(dǎo)線產(chǎn)生的電力線向外界泄漏 ,成為靜電感應(yīng)的噪聲源。對(duì)于抗干擾要求較高的電子系統(tǒng) ,可把整個(gè)電子系統(tǒng)都屏蔽起來。屏蔽罩必須良好接地 ,是干擾電流直接經(jīng)屏蔽罩入地 ,而不經(jīng)過放大器的輸入電阻。當(dāng)電子系統(tǒng)的輸入信號(hào)線采用具有金屬套的屏蔽線時(shí) ,屏蔽線的金屬外殼必須采用一點(diǎn)接地。 [3] 圖 75 靜電屏蔽原理圖 18 電磁屏蔽 減少電感性耦合的有效方法是采用電磁屏蔽。電磁屏蔽主要是利用在低電阻的金屬屏蔽材料內(nèi)流過的電流來防止頻率較高的磁通干擾 ,原理如圖 76 所示。一般用于屏蔽像線圈等這類向外泄漏磁通的元器件。利用坡莫合金或高導(dǎo)磁率材料做成的磁屏 蔽罩 ,其磁阻遠(yuǎn)小于屏蔽與輸入變壓器空氣隙的磁阻 ,干擾磁場(chǎng)的大部分磁力線通過屏蔽罩而不會(huì)穿過空氣隙進(jìn)入被屏蔽體。屏蔽罩的形狀對(duì)屏蔽效果影響很大 ,以圓柱形屏蔽效果最好。電磁屏蔽體如果接地 ,同樣有靜電屏蔽的作用。 圖 76 電磁屏蔽原理圖 加入濾波電容和補(bǔ)償電路 在數(shù)字電路系統(tǒng)中 ,由于印刷電路板上的線條非常細(xì)且密集 ,故存在著比較大的分布電感。當(dāng)電流突然變化時(shí) ,電路將產(chǎn)生相當(dāng)大的壓降 ,造成比較大的噪聲電壓。為了有效地抑制電源線上電壓波動(dòng) ,一般可在靠近每一片集成電路電源管腳處接入 0. 01～0. 1μ F 的旁路電容。如下圖 77 所示。 19 圖 77 集成電路旁路電容的接法 對(duì)于模擬電路系統(tǒng)，由于電源性能不好，內(nèi)阻較大，往往會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。例如運(yùn)算放大器電路本身就是一個(gè)電源多種回路所公用，只要是電源線較長(zhǎng)或電源特性不好，電源阻抗就變大。這樣就會(huì)產(chǎn)生 噪聲電壓而影響運(yùn)算放大器，使其工作不穩(wěn)定。尤其對(duì)高速寬頻帶運(yùn)算放大器 ( 例如 LM318 ， L F357 等 ) ，如不加電源旁路電容，必然會(huì)產(chǎn)生自激振蕩。解決的辦法是用 0. 1～ 1μ F 的電容作電源退耦，電容的引線要盡可能的短，如圖 78 所示。有時(shí)，盡管在電路中加了電源退耦電容，但電路仍存在自激振蕩，這時(shí)要在電路中用穩(wěn)壓器來調(diào)整運(yùn)算放大器的供電電源，原理電路如圖 79所示。 圖 78 運(yùn)放電源濾波電路 圖 79 穩(wěn)壓管改善自激振蕩電路 其他克服噪聲干擾的方法 對(duì)稱消除噪聲法 電路的完全 對(duì)稱定義為電路有一個(gè)對(duì)地對(duì)稱的輸入極或輸出 ,使其連接外電路的兩導(dǎo)線對(duì)地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線有相同的阻抗 ,并有對(duì)地對(duì)稱的負(fù)載電路。這樣兩導(dǎo)線拾取的是相同量的噪聲 ,能夠在負(fù)載上形成幅值相等而極性相反的噪聲電壓 ,從而將自行抵消 20 (圖 710)。在實(shí)際應(yīng)用中 ,電路要完全對(duì)稱是較不容易的。一般選用帶屏蔽的雙絞線電纜來確保電路對(duì)地阻抗相等。信號(hào)源是非對(duì)稱輸出時(shí) ,可用兩個(gè)變壓器將信號(hào)轉(zhuǎn)換成對(duì)稱輸入。 圖 710 對(duì)稱消除法示意圖 濾波方法 濾波手段來抑制噪聲 ,宜用于噪聲頻率與有效信號(hào)頻率相差較遠(yuǎn)的場(chǎng)合。對(duì)近場(chǎng)感應(yīng)耦合、傳導(dǎo)耦合、或因接觸點(diǎn)抖動(dòng)產(chǎn)生的噪聲的抑制 ,有較好的效果。濾波的方式一般根據(jù)抑制噪聲的對(duì)象分別采用交流電源進(jìn)線的低通濾波器來抑制較高頻率的噪聲 ,例如抑制電網(wǎng)噪聲。但要注意的是要確保低通濾波器外殼有良好的接地、其輸入端與輸出端要產(chǎn)生嚴(yán)格隔離、防止耦 合噪聲。另一種濾波是針對(duì)接點(diǎn)信號(hào)開關(guān)、按鈕、鍵盤輸入工作時(shí) ,每次操作會(huì)出現(xiàn)不是理想的階躍電位 ,因此在上升沿或下降沿將出現(xiàn)噪聲。產(chǎn)生的原因是由于接點(diǎn)開關(guān)的機(jī)械抖動(dòng)所為。因此必須在接收端添加濾波器 ,可削弱和消除此類噪聲。 結(jié)論：電子電路干擾的產(chǎn)生原因是非常復(fù)雜的，它既有電路內(nèi)部本身產(chǎn)生的干擾，也有外部各種電磁能量的干擾。有時(shí)要完全區(qū)分是電路內(nèi)部產(chǎn)生的干擾還是電路外部信號(hào)能量的干擾是比較困難的，而且要完全濾除干擾做出如理論設(shè)計(jì)那樣 完美的電路是不可能的，只能是通過各種抑制措施使電路噪聲的干擾控制在限定范圍內(nèi)，不影 響電路功能的正常實(shí)現(xiàn)即可。另外電路噪聲的抑制還要受電路制作成本的制約，因此在設(shè)計(jì)和選定電路之前，一定要根據(jù)電路的性能要求設(shè)定合 理電路參數(shù)，使電路的性價(jià)比達(dá)到最優(yōu)。因此，在電子電路的設(shè)計(jì)中，我們不僅應(yīng)預(yù)先采取抗干擾的措施，在調(diào)試過程中還應(yīng)及時(shí)分析出遇到的現(xiàn)象，對(duì)電子電路的工作 21 原理、具體布線、屏蔽、電源的抗擾動(dòng)能力、系統(tǒng)地的處理以及防護(hù)形式不斷改進(jìn)，提高電子電路的可靠性和穩(wěn)定性。 22 參考文獻(xiàn) [1]李國(guó)林 電子電路與噪聲基礎(chǔ) [M].北京 :高等教育出版社。 . 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