電磁干擾的原理是帶電體電磨和位能不斷的改變，會對感應(yīng)體產(chǎn)生位移電流，當(dāng)這邊是正的時候，電流的方向往這邊流，當(dāng)是負(fù)的時候電流往另外一邊流。位移電流和一般電工學(xué)里面的位移電流不一樣，位移電流不需要回路，在任何一個導(dǎo)體里面都會產(chǎn)生位移電流，并且位移電流的大小在這個導(dǎo)體里面的每個地方都不一樣，不管這個怎么變化，中間位移電流等于零，只在兩端位移電流是最的大，中間那個地方等于零。如果你不好理解，你把這個當(dāng)成一根天線就理解了，天線發(fā)射電磁波的時候也是沒有回路的，就是靠不斷的對它進(jìn)行充放電，這個原理是一樣的。還有一種情況，當(dāng)兩個變換的速度和來回移動的方向、距離正好是半個波長的時候它會產(chǎn)生諧振，這個在天線理論里面可以學(xué)到。因?yàn)槲灰齐娏魇怯兴俣鹊?，不能說速度等于無窮大，我這邊變你也變，如果移動有速度就會產(chǎn)生疊加和抵消的作用，就會產(chǎn)生諧振。
我們給大家介紹一個很重要的概念，就是電容。這個電容和我們現(xiàn)在電路里面用的電容是兩個概念，大家不要混淆。任何帶電體我們都可以把它看成一個電容，電容的大小跟它帶的電壓和電荷的多少有關(guān)，如果帶的電荷越多，電壓越高它的電流就越大。電容的概念其實(shí)與電荷的概念也是互相對應(yīng)的，我們把這個電容器看成是兩個電容進(jìn)行串聯(lián)，也就是說帶電體帶正電，帶正電是對于無限遠(yuǎn)的地方來說的，為什么呢？因?yàn)檫@個帶電以后電場分布是發(fā)散性的，中間這一點(diǎn)是最強(qiáng)，離的越遠(yuǎn)的時候電感強(qiáng)度就越來越低，當(dāng)無限遠(yuǎn)的時候就等于零，你不能拿它來參考地球，參考地球的話相當(dāng)于范圍太小，本身地球也可以看成電容，所以分析電容的時候最好用無限遠(yuǎn)的地方作為參考點(diǎn)。也就是說我們計(jì)算電容的時候以無限遠(yuǎn)的地方考慮，計(jì)算電容也是以無限遠(yuǎn)的地方考慮。把這兩個電容靠在一起的時候就變成了電容器，你就可以利用這兩個電容的電位梯度和電容器來分析。任何一個帶電體都可以看成一個電容，一個孤立球?qū)w的電容等于表面積除以半徑，再乘以電容系數(shù)。地球的容量算出來就是7×10-4（F），把兩個孤立電容進(jìn)行推導(dǎo)，算出來就是這樣，電容器正好等于上面儲存的電容量除以電位差。明白電容的概念以后，也要分析電路的電磁感應(yīng)方面，要有量的概念。有了量的概念我們可以對電磁干擾進(jìn)行分析，比如說這邊是一個干擾電壓，通過這條電路進(jìn)行供電，旁邊也有一個電路，這個電路就會受到干擾，干擾怎么計(jì)算？它的導(dǎo)向電路是什么？我們可以把兩個導(dǎo)線看成一個電容器，就是有一個耦合電容。等效電路相當(dāng)于這邊，你要減少兩個回路互相干擾的程度就必須要減少上面的Cm電容，把兩條線隔得越遠(yuǎn)越好，而且越短越好，只要面積越小電容器越小，離得越遠(yuǎn)電容器也越小。
下面講磁場感應(yīng)與干擾。磁場只要有電容從導(dǎo)體里面流過就會產(chǎn)生磁場，磁場這個東西因?yàn)槲覀兠坏?，所以現(xiàn)在我們都是用磁力線表示，我們可以判別它。這個磁場如果穿過周邊的電路，或者是其他電感線圈就會產(chǎn)生電子感應(yīng)，這就相當(dāng)于一個有電流流過的電感線圈，會產(chǎn)生磁場，這個磁場對另外一個線圈也會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。線圈對應(yīng)里面任何一個線路也會產(chǎn)生感應(yīng)電壓。所以電磁感應(yīng)就是因?yàn)榇帕€穿過閉合回路而產(chǎn)生的，你要減少電壓的大小，就要減少干擾的大小，一個就是減少它的磁通量，感應(yīng)電壓與磁通量有關(guān)，減少磁通量只能減少面積，減少圈圈的面積，或者減少磁場強(qiáng)度，磁場強(qiáng)度一般很難改變，你只能改變面積。另外，剛才說的干擾是位能改變才會干擾，如果只是一個通到位能不變，它不會干擾，永遠(yuǎn)是一個1安培，位能不變不會干擾。干擾是位能不斷改變，一下子變成1安培，一下子變成2安培，一下子變成3安培，一下子又變成負(fù)的安培。
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陶老師ESD、EMI、EMC講座（1）——靜電的產(chǎn)生
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電磁干擾我們關(guān)心的有兩種，一種是傳導(dǎo)干擾，一種叫做輻射干擾。傳導(dǎo)干擾是通過導(dǎo)線，就是電源線或者里面的信號線進(jìn)行傳導(dǎo)、傳輸?shù)?，這叫做傳導(dǎo)干擾。另外一種是輻射干擾，輻射干擾是通過空間的，這兩種相對來說后面這種輻射更加難。傳導(dǎo)干擾還分共模干擾和差模干擾，輻射干擾一般是通過空間互相連接，只要兩個設(shè)備靠在一起就會產(chǎn)生干擾。輻射干擾也分電場干擾和磁場干擾，就是電場輻射和磁場輻射，但是根據(jù)麥格思維方程，電場輻射和磁場輻射都是互相聯(lián)系在一起，只要你在任何一個空間里面有交電電場，它在旁邊也會產(chǎn)生對應(yīng)的磁場，并且兩個可以互相轉(zhuǎn)換。
傳導(dǎo)干擾測量原理。這里面?zhèn)鲗?dǎo)干擾有兩個干擾，一個是共模，一個是差模，這樣一個回路是流進(jìn)入又流出來的，這叫做差模。這兩個同時進(jìn)去從另外一邊流出來叫共模，共模干擾很簡單，就是以大地為一端，另外一端是以上面的線路、設(shè)備，不管什么線為一端測到的電壓，這叫做共模干擾。因?yàn)闇y量的時候必須要與一根電路連接，先測三個電壓，這是測這個與大地之間的電壓，這是測兩條線之間的電壓，然后得出結(jié)算公式。V1=CI-DI，就是共模干擾減去差模干擾。V2=CI+DI，V3=DI，R1、R2、R3、R4為接地電阻，C1為分布電容，如果到檢測所去測之前自己一定要先進(jìn)行摸底測試，用一塊墊板或金屬板放在下面接地，等于說分布是固定的，利用標(biāo)準(zhǔn)一塊板與機(jī)器造成分布電容，一般是一個平方米等等，是由他們定的，你可以做試驗(yàn)，測多大都沒有關(guān)系，但它是固定的，測電視機(jī)是什么樣，測手機(jī)是什么樣，這是不一樣的。傳導(dǎo)干擾測量方法。分布電容在這一塊金屬板，與它之間產(chǎn)生分布電容，當(dāng)然用這個板帶分布電容，測出來的結(jié)果數(shù)字越大，這只是用來做對比，以此為基礎(chǔ)。我們做摸底可以用大一點(diǎn)測，容易測得到，但你測得不算數(shù)。
傳導(dǎo)干擾詳解。我們講一講幾個干擾原理，不管是傳導(dǎo)干擾還是輻射干擾，在電路里面占的成分最大就是開關(guān)電容，大概占了輻射干擾的70%以上，如果可以把開關(guān)電容、輻射和傳導(dǎo)干擾基本上壓制住了，其他就很容易了。在電容一進(jìn)去以后可以構(gòu)成回路，這里也構(gòu)成回路，這里也是構(gòu)成回路，這幾個回路在上面互相之間都會產(chǎn)生電流回路法，之間會互相干擾。這里是對地的分布電容，每個回路里面對地都有分布電容構(gòu)成一個回路。上面幾個會產(chǎn)生差模干擾，這幾個屬于共模干擾，共模干擾是與大地相關(guān)的，就是以地為一端，是測試端或者是電壓的一個值。這些回路你都可以看成是一個變壓器的線圈，相當(dāng)于一個感應(yīng)線圈，只要里面有磁力線穿過都會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，都會通過并合這些線往那邊傳。
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這個更加具體，有電力穿過的時候會產(chǎn)生電力線，電力線會產(chǎn)生共模干擾，這幾個都是共模干擾，那些都是差模干擾。這些干擾主要是如何產(chǎn)生的？本身線路里面只有電流流過，構(gòu)成一個線圈或?qū)Ь€都會產(chǎn)生干擾，最大的是變壓器漏感，這是其他回路的好幾十倍。所以變壓器漏感最好進(jìn)行屏蔽？怎么屏蔽呢？在線圈的外邊用一層金屬，鋁片也好，銅片也好，一般用銅片包起來，包起來應(yīng)該讓它短路，就是用焊絲焊起來，漏感在上面也會產(chǎn)生渦流，一產(chǎn)生渦流就會產(chǎn)生抵消干擾的磁場，就相當(dāng)于把漏感抵消掉。
減少線路中的干擾，就是信號線或傳輸線，兩根線靠得越近，一個電流往這邊流，一個電流往那邊流，兩個電磁場會抵消掉。也就是說在回路里面產(chǎn)生的感應(yīng)面積相對越小越好。
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電磁輻射干擾原理。主要也是有兩種，一種是電場輻射，電場輻射最典型的就是半波陣子，如果上面這根天線的波程是半個波程，電場是最大的，現(xiàn)在一般都很少有半波程，有一段接大地，有一端作為發(fā)射天線，像中波天線就是這樣，電信天線就是半波陣子。還有一個是磁場天線，磁場天線相當(dāng)于變壓器的回路，不過這個天線有參數(shù)，或者半波陣子波程最好是半個波程，根據(jù)這個波程發(fā)射，不是隨便的，長的短的效果是不一樣的。電磁輻射產(chǎn)生這兩個陣子還會充放電，一下子到正，一下子到負(fù)，相當(dāng)于電容。充放電在這里會產(chǎn)生磁場，這個磁場又產(chǎn)生電阻，這就是麥格思維，不斷、不斷的傳下去，在這里面的旋度等于面積的強(qiáng)度，這就是麥格思維方程。電磁波傳播是這樣的，輻射原理主要是這個原理。
各種干擾脈沖波形的頻譜。輻射和干擾的頻率有關(guān)，頻率一般都是指正弦波，這樣比較好理解，對于方波或正弦波的波形，一般我們都可以把它看成是無窮多個上升率不同的波形進(jìn)行疊加，也就是用基數(shù)展開，這是數(shù)學(xué)表達(dá)方式，比較正確是用不同的上升率，不同的波形進(jìn)行疊加，但上升率不好理解，一般都是用正旋波表示。這里面波種不同的波形，它產(chǎn)生的干擾不一樣。這種的頻譜是最寬的，這種是高新的，接近于正弦波。120dB的時候是1v，126dB就是2v，大家知道dB是什么嗎？它一般用來表示放大倍數(shù)，就是輸出電壓與輸入電壓之比，取數(shù)值大于20。為什么用這個倍數(shù)來比？用倍數(shù)比相當(dāng)于把視角范圍縮小，讓你好看，如果從線性來看，一個毫伏一直到兩伏就沖到天上去了，不好看。用對數(shù)坐標(biāo)表示，越往下越壓縮，前面是壓縮比較小，這邊也是。這里變成10，變成了100，變成1000，這是在電工里面用量表示，用倍數(shù)表示，每6dB就差1倍，大家記住。這里是60÷20=3，是3個據(jù)波，這里是1000微伏，120是正極，1V+6dB=2v。到測試所去測試給一個曲線，很多人問我dB是什么意思？dB就是一個坐標(biāo)，后面會加一個單位，一個毫伏0dB就是一個毫伏。功率不是20倍表示了，而是用10倍表示，每3dB差一倍功率，電壓就是每6個dB差一倍。
另外對于輻射干擾，我們最注意的就是共模干擾，差模干擾相對來說比共模干擾小很多，我們做過一個試驗(yàn)，在同一個導(dǎo)線里面流過的電容，相差的共模干擾是2500倍。上面就是對輻射進(jìn)行測試，剛才是共模干擾，其他都是傳導(dǎo)測試，其實(shí)就是輻射干擾測試，一般就是用天線來測，天線的測試原理就是這樣的，量天線和大地之間的電壓，這個設(shè)備與大地之間有分布電容，前面已經(jīng)說過了，放這個在上面，與板接地產(chǎn)生分布電容。天線也有分布電容，分布電容不是跟設(shè)備大小和距離有關(guān)，所以測試的時候都有一個標(biāo)準(zhǔn)，固定設(shè)備中間距離有多遠(yuǎn)，天線面積用多大，還有一套天線，很多天線，不只是一個，計(jì)最大的那個，就是測試電壓最大的那個，天線對輻射會產(chǎn)生諧振。
這就是標(biāo)準(zhǔn)的測試，這里面裝了一個寬帶天線，專門吸收電磁波，這里面都是塑料和導(dǎo)電橡膠，變成電流波在里面來回輻射，然后吸收掉。測試費(fèi)用很高，一般都要幾萬元，如果沒有把握好測幾次，費(fèi)用就受不了，最好測試之前自己先測一下。最簡單的，就是用一塊雙面硬紙板，這邊做一個正極天線，那邊做一個磁電線，一邊是接收電場的，一邊是接收磁場，一圈、一圈相當(dāng)于變壓器的線圈，兩根連起來相當(dāng)于正極，長長短短可以把頻率范圍加寬。最好做成半波，但是半波對干擾來說很難定義范圍，不過半波實(shí)際上也接收得到，只是幅度變小，就做得寬一些，多裝幾組以后進(jìn)行測試。你在進(jìn)行重力測試之前自己先測試，或者他測以后你再測一次，對比哪個頻率超標(biāo)或不合格了，自己再摸底，能夠在那邊插兩個dB，你自己測了之后能插六個dB，那還不合格嗎？它只是一個相對數(shù)據(jù)，因?yàn)檫@種方式也不是絕對科學(xué)的東西，而且每個試驗(yàn)室內(nèi)都有一套標(biāo)準(zhǔn)的東西，只能在我這里測，不能在別的地方測，不管合不合理只能到我這里測，在同等條件下對比，你測試了以后，與他就可以對比差別出來。你在這里比，頻率比也有相差，把它壓下來就可以了。這個你可以用示波器，這也是常用的，相對來說也不貴，就可以使用，如果沒有就用電視機(jī)高頻頭裝一個簡單的來調(diào)也可以，調(diào)到后面用一個表進(jìn)行指示，像調(diào)電視臺一樣，慢慢描出一個曲線出來都可以。
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什么是EMC？其實(shí)對于用戶來說，他最關(guān)心的是EMC，但對于產(chǎn)品生產(chǎn)者來說EMI又是最關(guān)鍵的。因?yàn)镋MI是電磁干擾，電磁干擾你生產(chǎn)出來的設(shè)備會干擾別人的設(shè)備，比如說電視機(jī)干擾別人的收音機(jī)，或者會干擾人家的手機(jī)，這就不行了，因?yàn)榫桶杨l率變成有償資源，政府要賣錢的，賣給使用者以后，使用者就有權(quán)利要求你賣給我的頻率一定能用，所以大家定了一個法則，法則定得太高不行，定得太低也不行，雙方要有一個協(xié)議，定出來就是電磁兼容。電磁兼容是使用方和設(shè)備生產(chǎn)方兩方協(xié)商的，一般執(zhí)行都是權(quán)力部門，不是生產(chǎn)方來定。我們國家在1996年以前不管這樣的東西的，為了監(jiān)管，1996年以后我們引入EMC，就是電子兼容的概念，現(xiàn)在我們出口的產(chǎn)品都要經(jīng)過EMC的認(rèn)定，你沒有經(jīng)過EMC認(rèn)定就不行。EMC認(rèn)定一般有6個方面，以前只有3個方面，現(xiàn)在有6個方面，除了電磁場干擾以外還有安全性，安全現(xiàn)在也放到EMC里頭去了。安全在每個國家都不一樣，美國的法規(guī)放得比較松，相對來說沒有歐洲那么嚴(yán)，但消費(fèi)者要認(rèn)這個東西，不管法律。比如uL認(rèn)證，美國法律就沒有規(guī)定，沒有說產(chǎn)品一定要經(jīng)過UL認(rèn)證，但消費(fèi)者認(rèn)這個東西，你經(jīng)過了認(rèn)證我就認(rèn)你，不經(jīng)過我就不認(rèn)你，歐洲都是有法律制定的。
我們后面再講很具體的電路問題。很多人對地的概念不是很清楚，也不了解，現(xiàn)在很多人都把電路里面的公共關(guān)說成地，具體是不是？我們先介紹幾個概念。一般按照道理，最早地就是大地，后來地慢慢習(xí)慣用到設(shè)備里面，包括外殼、輸入線，比如說示波器或者信號線，與大地連在一起，有的不連，現(xiàn)在就變成了一個很模糊的概念，我們就把熱地、冷地、浮地、接地幾個概念簡單介紹一下。這個符號是比較標(biāo)準(zhǔn)的接地符號，就是接大地的，不管哪個設(shè)備接地都是這個符號。熱地國家還沒有標(biāo)準(zhǔn)，大部分都習(xí)慣用這個箭頭作為熱地。冷地國家也沒有標(biāo)準(zhǔn)，大家都接受是這樣的，這三個地基本上電工里面都有明確定義的，這個地就是接大地，熱地就是里面整流出來電源的某一端是公共端，人去摸它會帶電，會電死人，和前面的火線會產(chǎn)生回路電流，會電到人，所以這個叫做熱地。還有一個通過電子耦合以后沒有電的關(guān)聯(lián)，只有磁場關(guān)聯(lián)，你去量根本沒有回路，叫做冷地，手是可以摸的。但是你不要以為它是冷地就不帶電，實(shí)際上它還是帶電，為什么帶電？大家可能一下子不是很清楚，它帶的是靜電，相當(dāng)于極化帶電，就是線圈通過感應(yīng)以后，一頭帶負(fù)的，一頭帶正的。電容機(jī)也是，有一頭帶電，有一頭不帶電，這一點(diǎn)還是帶負(fù)電，不帶電的沒有跟電路連接，定位與大地一樣，所以叫做浮地。對應(yīng)的不是與大地相等，但沒有與大地連接，拿電表來量這一點(diǎn)與大地沒有電壓。浮地的信號現(xiàn)在還沒有，如果大家參考的話可以參加這個符號來用，這個地方電位等于零，當(dāng)兩邊發(fā)生變化就用這個來表，對電路分析有好處，特別是嚴(yán)重干擾的時候一定要把浮地找到，因?yàn)殡娢辉礁叩牡胤诫娙菰饺菀赘蓴_，電位等于零，也就是浮地和電位是越低的地方干擾就越小。
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為了降低傳導(dǎo)干擾，現(xiàn)在一般在輸入電路里面都要加濾波器，這邊是設(shè)備產(chǎn)生的干擾，通過這幾個濾波以后就會把幾個電壓降低，這兩個電容是共模的濾波電容，這幾個有共模電感，也有差模電感，因?yàn)楣材ｋ姼械捏w積比較大，成本比較高，所以大家都沒有用，都在用共模電感代替。因?yàn)楣材ｋ姼斜旧碛新└?，漏感對差模來說也有抑制作用，所以相對來說用共模電感代替差模電感，成本可以大大降低。這兩個電容很關(guān)鍵，在安全里面兩個的和不能超過470b，為什么？安全測試的時候在安全設(shè)備上加2500v交流電來測與地的漏電，如果超過2.5毫安就算不合格。這樣算的話50就是2500v電壓，算出來的電壓不能超過470b。按照共模預(yù)計(jì)，這兩個做得更大一點(diǎn)，最大不能超過4700v。這是差模電容，差模電容沒有要求，用的越大越好。但是用得越大也有一個問題，把電容線拔掉的時候上面帶電不能超過，所以這里必須加一個放電電阻，這邊大的以后也可以加一個放電電阻，充電拔掉以后，下面人不能摸，會電到人，所以用放電電阻把它放掉。
這是網(wǎng)友發(fā)給我的，他說測試很多次都不能過關(guān)，怎么處理？這是很簡單的開關(guān)電容，我們拿這個來分析一下。這是變壓器的幾個腿，開關(guān)管接在這個地方，也就是說開關(guān)管的漏值或極電值接在這里，這是電源的輸入，這是濾波電源，測出來的曲線在這里，以這條線為標(biāo)準(zhǔn)，以下就合格，超過不算合格，要求它降下來。傳導(dǎo)干擾基本上是勉強(qiáng)通過的，如果接上負(fù)載以后脈寬不斷地調(diào)整，相對來說測得比較低。不是說一直過不了，我們分析原因，它認(rèn)為干擾變壓器這一點(diǎn)干擾幅度是最高的，就是變壓器輸入這一段，如果能夠降低干擾，不一定能夠是電流回路越小越好，導(dǎo)線越短越好，面積越小越好，他知道這個干擾最厲害。但是又聰明過頭，認(rèn)為干擾越大越厲害，通過電容把電壓接到地上，不是好了嗎？這就是把干擾幅度很高的地方用電容接地，讓它降低干擾不是很好嗎？這個想法好像很聰明，實(shí)際上這是不對的，因?yàn)檫@里沒有地，導(dǎo)電模上都沒有接大地，把這個連起來以后，通過電容連起來，整個這邊這一片都變成輻射天線了，面積增大了，電場感應(yīng)的感應(yīng)強(qiáng)度和面積有關(guān)，就是分布電容大小，分布電容大小就是導(dǎo)體的表面積。連起來就變成無線天線，這是不科學(xué)的，把電容去掉就好了。
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