现代测控电子技术第五章

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1、第五章电子系统抗干扰技术1.干扰的概念干扰在测量与控制系统中是指有用的测量信号或控制信号以外的任何信号。干扰可以来自测控系统外部，也可以来自测控系统本身，还可以来自被测量或控制对象。最大的干扰源是电磁干扰，因此，抗干扰技术也主要针对电磁干扰。2.电磁兼容性的概念国际电工技术委员会（IEC）对电磁兼容性(简称EMC）的定义为：电磁兼容性是设备的一种能力，它在器电磁环境中能完成自身的功能，而不致于在其环境中产生不允许的干扰。我国国家军用标准GJB72-85对电磁兼容性的定义为：设备在共同的电磁环境中能一起执行各自功能的共同状态，即该设备不会由于受到处于同一

2、电磁环境中其他设备的电磁发射而导致或遭受不允许的性能降低，它也不会使同一电磁环境中其他设备因受其电磁发射而导致或遭受不允许的性能降低。3.电磁兼容性的实施为了实现系统内、外的电磁兼容，需从技术上和组织上两方面采取措施。1）技术措施技术措施是指采取有效的技术手段抑制干扰源，消除或减弱干扰耦合，提高系统的抵抗干扰的能力。2）组织措施组织措施是指由一系列国际组织，各国政府及军事部门，制定一系列电磁兼容标准、规范和频谱分配，规定干扰极限值，限制各种设备发射干扰的上限，并使各种系统在指定的频域、时域及空域上工作，推行强制性电磁兼容认证，保证电磁兼容的有效实施。事

3、实已经证明：在不同的阶段考虑电磁兼容性问题，其投入及效果有着较大的差异。在设计阶段考虑电磁兼容性问题，效果好、投入少。因此，电磁兼容性设计已经成为测控系统设计的重要内容。1.电磁干扰概念1）电磁干扰定义电磁干扰（EMI）是指空间电场和磁场的有序或无序变化所引起的设备、传输通道或系统性能下降的有害因素。它是形成后果的电磁骚扰（EMD）。5.1电磁干扰2）电磁干扰的三要素（1）电磁干扰源：指产生电磁干扰的任何元件、器件、设备、系统或自然现象。（2）传播途径（耦合与辐射）：指将电磁干扰能量传输到受扰设备的通道或媒介。（3）敏感设备：指受到电磁干扰影响或对电磁

4、干扰发生响应的设备。3）设备电磁兼容性能的评价电子设备的抗干扰性能采用电磁兼容不等式进行简单评价。干扰发送量×耦合因素<干扰敏感阈如果设备受到的噪声量小于设备对该干扰的敏感阈，设备不受其干扰而仍可正常工作。如果设备所有噪声入口处都达到这一条件并有足够裕量，则该电子设备达到电磁兼容性要求。如果设备的某个或某些噪声入口不满足上述不等式要求，或者虽能勉强满足但裕量太小，则该设备达不到电磁兼容性要求。2.干扰源能产生一定的电磁能量而影响周围设备正常工作的物体或设备称为干扰源。1）内部噪声是指在电子装置和设备内部的电路或器件产生的噪声。2）外来干扰是从外部侵入电

5、子装置和设备的噪声。主要有自然噪声和来自其他设备的人为噪声。（1）自然噪声主要指自然界的宇宙射线、太阳辐射、太阳黑子产生的周期性电扰动以及雷电产生的噪声。（2）人为噪声是指其它机器和设备产生的噪声，包括有触点电器、放电管、工业用高频设备、电力输送线、机动车、大功率发射装置、超声波设备等产生的噪声。各类干扰的频率分段如下：干扰源频率范围典型电磁干扰源工频及音频干扰源50Hz及其谐波输电线电力牵引系统有线广播甚低频干扰源30kHz以下雷电等载频干扰源10-300kHz高压直流输电高次谐波交流输电即电气高次谐波铁路射频、视频干扰源300kHz-300MHz工

6、业、科学医疗设备电动机、照明电器宇宙干扰微波干扰源300MHz-100GHz微波炉微波接力通信卫星通信3.干扰的耦合方式1）传导耦合经导线传播把干扰引入测控系统，称为传导耦合。交流电源线、测控系统中的长线都能引起传导耦合，它们都具有天线效果，能够广泛拾取空间的干扰引入测控系统。2）近场感应耦合带电的元件、导线、结构件等都能形成电磁场，这种电磁场可以对附近的电路回路形成干扰。（1）电容性耦合一个导体上的电压或干扰成分通过分布电容使相邻导体上的电位受到影响，这种现象称为电容性耦合。它可简化为图5.1.1所示的电路模型。图中Vl为干扰源电路在a、b点间体现的

7、电动势，Z2为受扰电路在c、d点间的等效输入阻抗，C为干扰源电路和受扰电路间存在的等效寄生电容。图5.1.1电容性耦合模型受扰电路在c、d点间所感受到的干扰信号为由此可见，受扰电路所感受到的干扰信号V2随V1、C、Z2和干扰信号的频率ω增加而增大。减小受扰电路的等效输入阻抗Z2和电路间的寄生电容C，可以降低静电耦合的干扰与噪声。（2）电感性耦合若电路中存在两个相邻的闭合回路，当一个回路中的电流所产生的磁通穿过另一个回路时，两个回路之间存在互感M，若磁通随时间变化，则在另一个回路中将产生感应电压，这可简化为图5.1.2所示的电路模型。图中I1,为干扰源电

8、路在a、b点间的电流源，Z2为受扰电路在c、d点间的等效输入阻抗，M为干扰源电路和受扰电路间的