淺談電子類實驗室的電磁干擾及抑制措施

王凡

摘要：在上電子類實驗課時，經常由于實驗室存在比較嚴重的電磁干擾，使得測量儀器技術性能指標下降，實驗達不到預期的效果，本文分析了電子類實驗室的電磁干擾途徑;給出了抑制電磁干擾的若干措施。

關鍵詞：電磁干擾;接地系統;電源濾波

伴隨著科學技術的進步，尤其是通信技術、微電子技術的發展、各種設備的廣泛應用的同時，也使電磁環境逐漸惡化，電磁干擾日益嚴重，電磁干擾會影響電纜信號的完整性。通過電磁干擾源產生的電磁能，經導線傳導、空間輻射等傳播途徑傳輸至敏感設備，嚴重干擾儀器設備的正常運行。另外，由于我們國家是220V高內阻電網，比起美國等國的110V低阻電網，其污染程度要嚴重很多。其次，我國許多企業用電不規范，更加劇了電網“污染”程度。

在做電子類實驗（模擬電路實驗和高頻電路實驗）的過程中，經常遇到這樣一些問題：學生在實驗箱上按照電路圖接好電路，用儀器（如：示波器）進行測量，但測量的結果與理論相差甚遠，在認真檢查后，也沒有發現問題的根源，之后，在不經意間把接線重新整理一下，或是把地線改接一個位置，甚至是把實驗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生畸變失真，因此，在實驗室建設初期，應該考慮實驗儀器和設備的電磁兼容（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生的干擾現象，電磁干擾產生的根本原因是導體中電壓或電流的突變，其傳到途徑有傳導干擾和輻射干擾兩種。

（一）來自系統外引線傳導干擾

這種干擾主要通過電源和信號線引入，通常稱為傳導干擾。這種干擾在模擬電路實驗中表現的較為嚴重，主要有以下幾種：來自電源的干擾：來自信號線引入的干擾;來自接地系統的干擾。

1.電源的干擾：據統計，計算機的故障90%來自電源問題。劣質的電源是許多電子設備損壞及其運行發生故障的元兇。常見電源質量問題有：電壓過高或過低，電網突波和雜波干擾，電力供應中斷或瞬間斷電等。一般電子儀器和電器設備都允許輸入電壓有一個波動范圍內均可正常工作，但對于電網干擾（包括突波和雜波干擾）就容易引起嚴重后果。

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干擾，50Hz交流電的電網，其強大的電磁場和大地漏電流產生的干擾;二是信號線受空間電磁輻射感應的干擾，即信號線上的外部感應干擾。

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

（二）來自空間的輻射干擾

輻射干擾是指電子設備產生的干擾信號通過空間耦合把干擾信號傳給另一個電網絡或電子設備。空間輻射電磁場（EMI）主要是由：無線電發射設備：包括移動通信系統、廣播、電視、雷達、導航及無線電接力通信系統.如微波接力，衛星通信等。因發射功率大，其基波信號可產生功能性干擾;諧波及亂真發射構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，并根據其特點進行抑制。如：電機運轉所產生的干擾噪聲來源于電機電路產生的瞬時沖擊電流和反向沖擊電壓。從而在電路中產生高頻的噪聲信號。據此可以采用“高頻扼流圈”抑制交流電的高頻部分。

（二）科學合理的接地設置

實驗室設備可靠接地是抑制電網噪聲防止電磁干擾以及保護人員設備安全的重要措施，實驗室的接地方式應根據實驗室的具體功能和環境進行合理的布設。根據接地需求分為“保護接地”和“屏蔽接地”。為了保護人員和設備的安全，實驗室電子設備對機座、金屬外殼可靠接地 ，稱為“保護接地 ”;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。

實驗室地線設計應遵循一些原則，如：數字地與模擬地分開，低頻電路應盡量采用單點并聯接地，高頻電路宜采用多點串聯接地，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，可以抑制電網中的各種噪聲，一般裝在設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）注重實驗細節的改善

注重實驗細節，也可以減少電磁干擾：盡量減小儀器、實驗箱中易干擾器件的阻抗，以減小感應電壓。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）使用優質的開關電源

開關電源以其效率高、體積小、輸出穩定性好的優點而使用廣泛。但由于成本問題，很多國產實驗箱所使用的開關電源質量較差，由于開關電源工作過程中的高頻率、高di/dt和高dv/dt，其產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。因此在經濟條件允許的情況下，實驗箱中盡量選換優質的開關電源。

三、結束語

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

參考文獻

[1]敬奕艷. 電子教學實驗室建設的探索 [J].中國現代教育裝備，2021.4.359

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