電子電路噪聲的來(lái)源_電子電路抑制干擾的方法

噪聲是泛指干擾和破壞有用信號(hào)以外的無(wú)用信號(hào)。在測(cè)量中它嚴(yán)重影響有用信號(hào)的測(cè)量精度，特別是妨礙對(duì)微弱信號(hào)的檢測(cè)。在通訊系統(tǒng)中，直接影響接收系統(tǒng)的靈敏度和傳輸系統(tǒng)的最小允許傳輸電平。在電子計(jì)算機(jī)中干擾將造成誤動(dòng)作等。

廣義上來(lái)說(shuō)，噪聲和干擾是同義語(yǔ)。如果要具體細(xì)分，則干擾是噪聲造成的不良影響。當(dāng)一個(gè)噪聲電壓使電路不能正常工作時(shí)，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。一般來(lái)說(shuō)噪聲是很難消除的，但是可以降低噪聲的強(qiáng)度，使其不致形成干擾。

一、形成噪聲的三要素

要想設(shè)法抑制噪聲和干擾，必須首先確定產(chǎn)生噪聲的噪聲源是什么，接收電路是什么，“源”和“接收電路”之間是怎樣耦合的，這就是平常所說(shuō)的形成噪聲的三要素，即：噪聲源；對(duì)噪聲敏感的接收電路；耦合通道。然后才能采用相應(yīng)的方法，通常在三個(gè)方面加以解決：對(duì)于噪聲源，應(yīng)抑制噪聲源產(chǎn)生的噪聲；對(duì)于噪聲敏感的接收電路，應(yīng)使接收電路對(duì)噪聲不敏感；對(duì)于耦合通道，可抑制耦合通道的傳輸。

二、噪聲的來(lái)源

噪聲的來(lái)源是多種多樣，歸納起來(lái)可分為：

1.系統(tǒng)內(nèi)部元件產(chǎn)生的隨機(jī)噪聲——固有噪聲。

2.系統(tǒng)外部來(lái)的干擾。

（1）固有噪聲

電路各種元器件本身就是噪聲源。如電阻的固有噪聲，主要是由電阻內(nèi)部的自由電子無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)造成的。晶體管的散粒噪聲、低頻噪聲、爆烈噪聲等都是固有噪聲。

（2）系統(tǒng)外部來(lái)的干擾

其因素更多更廣泛，如50Hz電源諧波所產(chǎn)生的干擾，生產(chǎn)設(shè)備所產(chǎn)生的干擾，以及元器件接觸不良等。

三、噪聲的耦合方式

噪聲源以什么方式耦合到電路中來(lái)，即引入渠道。了解耦合方式，才能采取相應(yīng)措施抑制干擾；通常耦合方式有傳導(dǎo)耦合、經(jīng)公共阻抗耦合和電磁場(chǎng)耦合三種形式。

（1）傳導(dǎo)耦合

導(dǎo)線經(jīng)過(guò)具有噪聲的環(huán)境時(shí)，拾取到噪聲并傳送到電路造成干擾。噪聲經(jīng)電路輸入引線或電源引線傳至電路最為常見。

（2）經(jīng)公共阻抗的耦合

經(jīng)公共阻抗的耦合是通過(guò)地線和電源內(nèi)阻產(chǎn)生的寄生反饋部分。

（3）電磁場(chǎng)耦合

電磁場(chǎng)耦合即是感應(yīng)噪聲產(chǎn)生的干擾，包括電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁感應(yīng)：

電磁場(chǎng)耦合根據(jù)輻射源的遠(yuǎn)近可分為：

近場(chǎng)感應(yīng)：電容性感應(yīng)——電力線通過(guò)相互間電容耦合來(lái)傳播；電感性耦合——磁力線通過(guò)相互間電感耦合來(lái)傳播。

遠(yuǎn)場(chǎng)的輻射——以電磁波方式傳播。

電容性耦合和電感性耦合往往是同時(shí)存在，兩者很容易混淆，處理時(shí)若分不清這兩種噪聲，就不可能有的放矢采取有效措施。其區(qū)分原則大致如表1所示。

四、抑制干擾的方法

抑制干擾必須從產(chǎn)生干擾的三要素出發(fā)找出辦法。

1.在噪聲發(fā)源處抑制噪聲最為有效

可想而知，從噪聲發(fā)源處采取措施不讓噪聲傳播出來(lái)，問(wèn)題會(huì)迎刃而解。因此在遇到干擾的情況時(shí)，無(wú)論情況怎樣復(fù)雜，首先要查找和研究如何將噪聲源的噪聲抑制下去。工作現(xiàn)場(chǎng)常見噪聲源有電源變壓器、繼電器、集成電路處于開關(guān)工作狀態(tài)、白熾燈、電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)等，根據(jù)不同情況采取適當(dāng)措施，如電源變壓器采取屏蔽措施，繼電器用二極管并接到線圈上解決，等等。

2.使接收電路對(duì)噪聲不敏感

這有兩方面含義，—是將易受干擾的元器件，甚至整個(gè)電路屏蔽起來(lái)，如對(duì)多級(jí)放大器中第一級(jí)用屏蔽體罩起來(lái)，使外來(lái)噪聲盡量少進(jìn)入放大器中去，二是放大器本身固有噪聲盡量小，因此通常選用噪聲系數(shù)小的元器件、合理布線以設(shè)計(jì)低噪聲前置放大器來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.在噪聲傳播途徑中抑制噪聲

根據(jù)噪聲傳播途徑不同，采用相應(yīng)手段將傳播切斷或削弱，從而達(dá)到抑制噪聲的目的。

（1）噪聲經(jīng)導(dǎo)線傳導(dǎo)耦合到電路中最常見的是經(jīng)輸入引線和電源引線。抑制噪聲可用不同方法：輸入引線通常采用屏蔽方法來(lái)抑制噪聲，如采用電纜線等；為防止經(jīng)電源引線引入噪聲，通常是在對(duì)噪聲敏感的某一級(jí)或幾級(jí)或整個(gè)電路直流供電線上加入RC去耦電路，另外使引線遠(yuǎn)離噪聲源也是有效方法之一。

（2）抑制公共阻抗有兩種：電源內(nèi)阻和地線。其抑制噪聲干擾的方法與抑制自激振蕩相同。

（3）抑制電磁場(chǎng)耦合噪聲方法

抑制電磁場(chǎng)耦合噪聲的常用方法是采用屏蔽技術(shù)和接地技術(shù)。

五、屏蔽技術(shù)與接地技術(shù)

由上邊可以看出屏蔽與接地是抑制干擾比較有效而且經(jīng)常采用的防干擾技術(shù)。

1．屏蔽技術(shù)

所謂屏蔽，就是對(duì)兩個(gè)指定空間區(qū)域進(jìn)行金屬隔離，以抑制電場(chǎng)、磁場(chǎng)和電磁波由一個(gè)區(qū)域?qū)α硪粋€(gè)區(qū)域的感應(yīng)和傳播。屏蔽一般有兩種：一是靜電屏蔽；二是電磁屏蔽。

靜電屏蔽的原理：

靜電屏蔽的原理是在屏蔽體接地后，干擾電流經(jīng)屏蔽體短路入地，使其不能耦合到電路中去。下面以兩根導(dǎo)線之間靜電耦合加以說(shuō)明：

首先應(yīng)該明確，空間中兩個(gè)相鄰的導(dǎo)體相當(dāng)電容的兩個(gè)極板，總是存在電容。人們把這種電容叫雜散電容或分布電容、寄生電容。同樣任何一根導(dǎo)線都存在電容和電感，叫分布電容、分布電感。這些雜散電容、電感數(shù)值一般很小，在低頻時(shí)影響不大，但對(duì)高頻信號(hào)，其影響不可低估。如果用集總電容和電感來(lái)表示這些雜散電容和電感，就可以應(yīng)用一般網(wǎng)絡(luò)理論對(duì)屏蔽進(jìn)行分析。

為了得到較好的電場(chǎng)屏蔽，必須做到：（1）盡量縮短中心線伸出屏蔽體外的長(zhǎng)度，減小兩導(dǎo)線間的雜散電容C。（2）給屏蔽體以良好的接地，若電線長(zhǎng)度小于1/20波長(zhǎng)時(shí)，最好采用一點(diǎn)接地。以上介紹的導(dǎo)線的屏蔽原理也適用于其他形式的屏蔽體，如屏蔽罩等。（3）屏蔽體的形狀多種多樣，可以用屏蔽罩把電路元件完全包圍起來(lái)，其形狀可做成方形、長(zhǎng)方形、圓柱形等，其中以圓柱形屏蔽效果最佳；也可在需要屏蔽的方向上加屏蔽板，如印刷電路中在兩個(gè)信號(hào)線中間加地線將其分開。電纜線、編織線是導(dǎo)線常用的靜電屏蔽形式，電纜線是用金屬網(wǎng)將導(dǎo)線包圍起來(lái)的傳輸線，應(yīng)用時(shí)外層金屬網(wǎng)用適當(dāng)形式接地，即可保護(hù)導(dǎo)線不受外界電場(chǎng)影響，又可防止導(dǎo)線上產(chǎn)生的電力線向外泄漏。

屏蔽體材料：電屏蔽常用導(dǎo)電率高的銅、鋁或鐵等金屬；而磁屏蔽采用高導(dǎo)磁率的磁性材料，如坡莫合金或鐵材料等。

2、接地技術(shù)

接地與屏蔽一樣，也是抑制干擾的有效方法之一，如果能把屏蔽與接地正確結(jié)合起來(lái)使用，可以解決大部分干擾問(wèn)題。

所謂接地，就是選擇一個(gè)等電位點(diǎn)，它是系統(tǒng)或電路的基準(zhǔn)電位，即參改點(diǎn)，但并一定是大地電位。一般儀器機(jī)殼要接大地．這種地線稱為保護(hù)地線，主要目的是保護(hù)人身安全。而這里所說(shuō)的接地是指電路的信號(hào)地線（參考電位點(diǎn)），不—定與大地相連。

（1）電路接地方式

信號(hào)地線的接地方式有兩種：①一點(diǎn)接地；②多點(diǎn)接地。一點(diǎn)接地又有兩種接法：即串聯(lián)接地和并聯(lián)接地，如圖2.12所示。

串聯(lián)接地方式從防止干擾來(lái)說(shuō)是不合理的。因各地線串聯(lián)、地線呈現(xiàn)的電阻容易形成公共地線干擾；但由于比較簡(jiǎn)單，當(dāng)各電路的電平相差不大時(shí)，使用得還比較多。

并聯(lián)接地在低頻中是最適用的，它沒有公共阻抗支路，但需要連很多導(dǎo)線，且導(dǎo)線較長(zhǎng)，地線阻抗較大．所以不適用于高頻信號(hào)。

多點(diǎn)接地，這是一種把電路中所用的地線分別連到最近的地線排上的一種方法，地線排一般是機(jī)殼，這樣可以降低地線阻抗，比較適用高頻信號(hào)。

特別要注意的是：交流電源的地線不能用作信號(hào)地線，因?yàn)樵谝欢坞娫吹鼐€的兩點(diǎn)間會(huì)有數(shù)百毫伏、甚至幾伏的電壓，這對(duì)低電平電路來(lái)說(shuō)是一個(gè)非常嚴(yán)重的干擾。

（2）模擬地與數(shù)字地

目前較大的電子系統(tǒng)中往往即有模擬電路，又有數(shù)字電路，為了防止數(shù)字信號(hào)（即大信號(hào)）對(duì)模擬電路產(chǎn)生干擾，一般將兩者地線分開，采用模擬地線和數(shù)字地線，使模擬電路和數(shù)字電路自成回路，這是很好的防干擾措施。