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第8章 精密仪器抗干扰技术
第八章 精密仪器抗干扰技术
8.1 概述
精密测控仪器在工业生产过程中有着广泛应用,但工业现场往往弥布着各种干扰,
这些干扰会在被测信号上叠加干扰信号。通常把这种干扰信号称之为噪声。它对整个
测控系统有着严重的影响,尤其当被测信号很微弱时,往往容易被噪声所“淹没”,
导致较大的误差,从而影响设备的正常工作。为了能精确地采集数据,需要消除和抑
制系统中的噪声,并提高精密仪器的抗干扰能力,才能让整个系统运转正常。
8.2 电磁干扰
电磁干扰EMI(Electromagnetic Interference),有传导干扰和辐射干扰两种。传导
干扰是指通过导电介质把一个电网络的信号耦合(干扰)到另一个电网络。辐射干扰
是指干扰源通过空间把其信号耦合(干扰)到另一个电网络。在高速 PCB 及系统设计
中,高频信号线、集成电路的引脚、各类接插件等都可能成为具有天线特性的辐射干
扰源,能发射电磁波并影响其他系统或本系统内其他子系统的正常工作。噪声来源于
噪声源,噪声源是多种多样的,噪声源主要可归纳为三类:放电噪声源、电气设备噪
声源和固有噪声源。
1、放电噪声源
由各种放电现象产生的噪声称为放电噪声,在放电过程中,放电噪声会向周
围辐射出从低频到高频的电磁波,而且还会传播到很远的距离。它是对电子仪表影响
最严重的一种噪声干扰。在放电现象中属于持续放电有电晕放电、辉光放电、弧光放
电;属于过渡现象的有火花放电。
2、电气设备噪声源
(1)工频干扰 大功率输电线是典型的工频噪声源,低电平的信号线只要有一段
距离与输电线相平行,就会受到明显的干扰。即便是室内的一般交流电源线,对于输
入阻抗和灵敏度很高的检测仪表来说也是很干扰源,另外,在电子装置的内部,由于
工频感应也会产生交流噪声,若工频电源的电压波形失真较大,由于高次谐波分量的
增多,它产生的干扰更大。
(2 )射频干扰 高频感应加热、高频焊接等工业电子设备以及广播机、雷达机等通
过辐射或通过电源线会给附近的电子测量仪表带来干扰
(3 )电子开关 电子开关虽然在时并不产生火花,但由于的速度极快,使电路中
的电压和电流发生急剧的变化,形成冲击脉冲,从而成为噪声干扰源,在一定电路参
数条件下电子的通断还会带来相应的阻尼振荡,从而构成高频干扰源,使用可控硅的
电压高速电路对其它电子装置的干扰就是典型例子,这种电路在可控硅的控制下周期
性地通断,形成前沿陡峭的电压和电流,并且使电源波形畸变,从而干扰由该电源系
统供电的其它电子设备。
3、固有噪声源
固有噪声是由于元器件的物理性而产生的随机性噪声,正因为其具有随机性质,因
而通常为是采用概率论的方法来确定其有效值,固有噪声包括下列三种噪声:
(1)热噪声:热噪声主要是由于器件内部电子的随机热运动所形成的噪声电压,
也就是说即便一个电阻外部不加电源,其两端依然存在微弱的电压,并且这个电压与
其内部电子的热运动有关,因此又称为热噪声。
例如,电阻两端的热噪声电压为:
e 4kTR
−23
其中:k 为玻尔兹曼常数( 1.38×10 J K )
T 为绝对温度(K )
R 为电阻值(Ω)
(2 )散粒噪声:散粒噪声存在于电子管和半导体元件中。在电子管里,散粒噪声
来自阴极电子的随机发射,在半导体元件内,散粒噪声是通过晶体管基区载流子的随
机扩散以及电子 空穴对的随机发生及其复合形成的,散粒噪声的方根噪声电流等于:
I = 2qIdc Δf
其中:q 为电子电荷( −19 );
1.6×10 C
I dc 为平均直流电流(A );
Δf 为噪声带宽;
(3 )接触噪声:接触噪声是由于两种材料之间的不完全接触,从而形成电导率的
起伏而产生的,它发生在两个导体相连接的地方,接触噪声正比于直流电流的大小,
其功率密度正比于频率的倒数,且大小服从正态分布。噪声电源I
f
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