民生學(xué)院07通信論文《通信電子電路噪聲干擾及克服方法》2

1、目 錄摘 要：10 前言11 噪聲和干擾11.1 噪聲和干擾的定義11.2 電子電路中噪聲干擾的危害21.3 噪聲和干擾的來源21.4 電阻熱噪聲、幾種晶體管噪聲及其他噪聲22 噪聲干擾的量度22.1 信噪比22.2 噪聲系數(shù)32.3 噪聲溫度32.4 分貝單位33 噪聲干擾的路徑33.1 噪聲的傳導(dǎo)耦合43.2 噪聲的靜電耦合43.3 噪聲的公共阻抗耦合43.4 漏電流耦合44 噪聲干擾的克服方法54.1 通過對噪聲源的抑制來克服噪聲干擾54.2 通過對路徑的控制來克服噪聲干擾54.3 通過處理接收方來減小噪聲干擾54.4 其他克服噪聲干擾的方法65 結(jié)論12參考文獻(xiàn)1221 摘 要電子電路

2、中存在多種類型的噪聲 ，噪聲過大會影響電路正常工作 ，必須加以抑制。電路中元器件內(nèi)部噪聲是顯著因素 ，外部噪聲也會產(chǎn)生一定的影響?？傊?，各種噪聲具有不同的內(nèi)部機(jī)理 ，不同的抑制措施。正文第一部分是講述噪聲的定義，特性及其產(chǎn)生的原因和噪聲的度量；第二部分是探討噪聲的干擾路徑，第三部分是解決如何將噪聲產(chǎn)生的影響降到最低，使電路的工作更加的順暢。關(guān)鍵詞： 噪聲；干擾；克服方法0 前言隨著人們生活水平的提高，各種家電，電話、手機(jī)、電視等，逐漸進(jìn)入普通百姓家庭，成為人們?nèi)粘Ｉ畈豢苫蛉钡纳畋匦杵?。其中電子電路在其中起到了重要的作用，而在電子電路中的噪聲干擾問題也一直都是一個(gè)有待解決和深入研究的問題。噪

3、聲會嚴(yán)重影響通信的質(zhì)量和精確度，而在通信電子電路中的噪聲干擾是多方面的，本文就幾種常見的噪聲干擾進(jìn)行分析，使之從根本上認(rèn)識噪聲和干擾，又對如如何消除和減弱其干擾做出回答。 1 噪聲和干擾1.1 噪聲和干擾的定義噪聲被看做一種幅度和頻率都是隨機(jī)變化的信號，干擾是指外部因素對系統(tǒng)施加影響而造成的隨機(jī)效果。噪聲和干擾與弱信號的接收密切相關(guān)，他們限制了高頻放大器所能放大的最小信號，因而使接收機(jī)的靈敏度有一個(gè)極限值。干擾和噪聲可能來源于接收系統(tǒng)的外部，也可能來源于系統(tǒng)的內(nèi)部，但是都表現(xiàn)為干擾有用信號的某種不期望的擾動。所以在通信電子電路中我們經(jīng)常把系統(tǒng)內(nèi)部和外部的無規(guī)則的起伏擾動對電路的接收引起的不良影

4、響稱為噪聲干擾。1.2 電子電路中噪聲干擾的危害電子設(shè)備的運(yùn)行環(huán)境決定了其本身的、人為的、自然產(chǎn)生的噪聲而通過各種途徑進(jìn)入運(yùn)行路線而產(chǎn)生干擾即噪聲干擾,從而影響電子設(shè)備的正常運(yùn)行。典型的噪聲干擾存在于電子設(shè)備放大電路中,這種弱電系統(tǒng)具有高靈敏度特點(diǎn),從而輕易受到外界和本身內(nèi)部一些無規(guī)則信號的影響而干擾運(yùn)行。若在放大器中無噪聲干擾的可能,那么其不論有效信號多么弱小,總能夠用高倍數(shù)放大器或者采用多級放大的形式將信號放大到我們的設(shè)計(jì)值。但由于噪聲干擾的存在,這樣經(jīng)放大器放大的有效信號和噪聲信號同時(shí)存在,在輸出端有效信號將被淹沒,有效信號分量與噪聲信號分量就不能清楚分辨,將妨礙對有效信號的測量和觀察。

5、典型的例子就是在有線電視終端接收中,噪聲干擾將使接收圖像呈雪花干擾,伴音呈噪聲,直接影響圖像和伴音質(zhì)量。且在多級放大器中,噪聲將通過放大不斷疊加,將使電子設(shè)備噪聲干擾更加嚴(yán)重。因此,對電子設(shè)備噪聲干擾對電子設(shè)備的危害是十分嚴(yán)重的。1.3 噪聲和干擾的來源 噪聲產(chǎn)生的原因是多種多樣的，在實(shí)際應(yīng)用中主要有以下幾種：1.3.1 自然界的放電噪聲宇宙射線、太陽黑子、雷電及大氣因素產(chǎn)生的各種放電現(xiàn)象都稱為自然界的放電噪聲。1.3.2 物質(zhì)本身的固有噪聲如固體由于其本身的物理性無規(guī)則運(yùn)動形成噪聲。固體噪聲可分為3 種：熱噪聲、散粒噪聲及接觸噪聲。 熱噪聲是電阻性器件中電子的熱擾動因溫度變化而產(chǎn)生其具有白噪

6、聲特性，其功率頻譜分布均勻，它的瞬時(shí)幅值按高斯分布呈現(xiàn)，且均值為零。散粒噪聲是由于電子器件的電子或空穴隨機(jī)發(fā)射時(shí)其電流平均值變化所致，其噪聲也呈現(xiàn)為白噪聲特性。接觸噪聲是由于材料之間不完全接觸造成的電導(dǎo)率變化產(chǎn)生的，如繼電器接口或接插件的不良接觸及電位器的不良接觸等，這種噪聲具有1/ f 特性。1.4 電阻熱噪聲、幾種晶體管噪聲及其他噪聲 1.4.1 電阻熱噪聲 電阻熱噪聲的定義：我們把因?yàn)殡娮訜徇\(yùn)動過而產(chǎn)生的隨機(jī)起伏的電壓稱為電阻熱噪聲或熱噪聲電壓。電阻熱噪聲在一定的溫度下，電阻導(dǎo)體內(nèi)部的自由電子因受到熱激發(fā)而做不規(guī)則的熱運(yùn)動。由于運(yùn)動過程中會發(fā)生碰撞使得每個(gè)電子運(yùn)動的方向和速度都隨時(shí)間無規(guī)

7、則的變化，因而通過導(dǎo)體任一截面的電子數(shù)將時(shí)多時(shí)少起伏不定，這樣就在導(dǎo)體內(nèi)部形成隨機(jī)起伏的電流，該電流流過電阻導(dǎo)體本身，便在電阻兩端產(chǎn)生隨機(jī)起伏的電壓其波形示意圖1如下：圖1：熱噪聲電壓波形電阻熱噪聲是一個(gè)隨機(jī)量，其幅度和極性是隨時(shí)間無規(guī)則的變換的，所以不能用一個(gè)確定的函數(shù)表示，但是它確遵守統(tǒng)計(jì)學(xué)規(guī)律。熱噪聲的特性圖如圖2所示： 圖2：電阻熱噪聲特性圖高頻熱噪聲對工作在高頻頻段內(nèi)的電路對影響尤甚。由于導(dǎo)體內(nèi)部的結(jié)構(gòu)、雜質(zhì)含量都不一樣，其內(nèi)部產(chǎn)生的電流和電動勢也不一樣。而很多放大電路在設(shè)計(jì)時(shí)由于對電壓放大的需要，往往要求較高的輸入阻抗和較高的響應(yīng)度。因此在一定情況下會使這種電動勢得到放大。通常在電

8、子線路的工作頻率內(nèi)，電路的熱噪聲與通頻帶成正比，通頻帶越寬，電路的熱噪聲的影響就越大。另外從（圖2）可以看出電阻熱噪聲具有極寬的頻譜，其包含的頻率分量從0頻開始直到Hz以上，雖然熱噪聲的電壓的振幅頻譜無法確定，但是其功率頻譜完全可以確定。其在單位頻帶上電阻兩端的噪聲電壓均方值為：S(f)=4kTR(V2/Hz)式中T為熱力學(xué)溫度，k為波爾茲曼常數(shù)。因?yàn)殡妷壕街悼梢钥醋髟撾妷涸?歐姆電阻上所消耗的平均功率，所以S(f)通常也稱為電阻熱噪聲的功率譜密度。電阻熱噪聲在很寬的頻率范圍內(nèi)具有均勻的功率譜密度。所以又把工作頻帶內(nèi)功率譜密度分布均勻的噪聲稱為“白噪聲” ，而把功率譜頻率變化的噪聲稱為“有色

9、噪聲” 。而電阻熱噪聲是屬于“白噪聲” 。由（圖2）可知盡管電阻熱噪聲的頻譜很寬，但是實(shí)際上在測試接收系統(tǒng)中的頻帶是有限的。當(dāng)電阻接入系統(tǒng)時(shí)，將對電阻熱噪聲進(jìn)行濾波，只有位于通頻帶內(nèi)的那一部分噪聲功率才能對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。 1.4.2 幾種晶體管及其噪聲在電子電路中晶體管主要包括晶體二極管，三極管和場效應(yīng)管。晶體二極管：二極管是一種具有單向?qū)щ娦缘亩似骷?，有電子二極管和晶體二極管之分，我們主要了解晶體二極管的特性。晶體二極管是由一個(gè)p型半導(dǎo)體和一個(gè)n型半導(dǎo)體形成的p-n結(jié)，在其界面處兩側(cè)形成空間電荷層，并建有自建電場。當(dāng)不存在外加電壓時(shí)，由于p-n 結(jié)兩邊載流子濃度差引起的擴(kuò)散電流和自建電場引

10、起的漂移電流相等而處于電平衡狀態(tài)。當(dāng)外界有正向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場的互相抑制抵消使載流子的擴(kuò)散電流增加引起了正向電流。當(dāng)外界有反向電壓偏置時(shí)，外界電場和自建電場進(jìn)一步加強(qiáng)，形成在一定反向電壓范圍內(nèi)與反向偏置電壓值無關(guān)的反向飽和電流I0。當(dāng)外加的反向電壓高到一定程度時(shí)，p-n結(jié)空間電荷層中的電場強(qiáng)度達(dá)到臨界值產(chǎn)生載流子的倍增過程，產(chǎn)生大量電子空穴對，產(chǎn)生了數(shù)值很大的反向擊穿電流，稱為二極管的擊穿現(xiàn)象。P-n結(jié)的反向擊穿有齊納擊穿和雪崩擊穿之分。下圖（圖3）是硅二極管的伏安特性曲線：圖3：硅二極管的伏安特性曲線晶體二極管的噪聲主要包括（1）熱噪聲：當(dāng)載流子通過電阻輸運(yùn)時(shí)，由于熱運(yùn)動的無規(guī)

11、性，載流子的速度及其分布將會出現(xiàn)起伏，從而就會產(chǎn)生出電流的漲落和相應(yīng)在電阻上的電壓漲落，這就是熱噪聲。這種噪聲在任何電阻器件上都會產(chǎn)生，而p-n結(jié)在小信號工作時(shí)具有一定的交流電阻，所以也就必然存在熱噪聲。這種噪聲的大小既與溫度有關(guān)，也與電阻的大小有關(guān)。由于p-n結(jié)的正向交流電阻很小，而反向電流又很小，所以熱噪聲也很弱（噪聲均方根電壓僅大約為4nV）。熱噪聲的頻譜密度與信號頻率無關(guān)（即各種頻率的噪聲功率相同），也是一種白噪聲。（2）散粒噪聲：這種噪聲是指通過p-n結(jié)的電流及其之上電壓的一種漲落效應(yīng)，它在大多數(shù)依靠p-n結(jié)來工作的器件中往往是主要的噪聲成分。由于越過p-n結(jié)的少數(shù)載流子將會不斷遭受

12、散射而改變方向，同時(shí)又會不斷復(fù)合與產(chǎn)生，因此載流子的速度和數(shù)量將會出現(xiàn)起伏，從而造成通過p-n結(jié)的電流和相應(yīng)其上的電壓的漲落，這就是散粒噪聲。通過p-n結(jié)的電流愈大，載流子的速度和數(shù)量的起伏也愈大，散粒噪聲電流也就愈大。散粒噪聲與熱噪聲具有相同形式的關(guān)系式，因此散粒噪聲也與頻率無關(guān)（即為白噪聲，在低頻和中頻下的確如此）。但在高頻時(shí)則與頻率有關(guān)。散粒噪聲在少數(shù)載流子工作的半導(dǎo)體器件（雙極型器件）中起很大作用。（3）閃變噪聲（1/f噪聲）：這是一種在低頻（1000Hz）下具有很大影響的噪聲；其來源很可能是半導(dǎo)體內(nèi)部或者表面的各種雜質(zhì)、缺陷等所造成的一些不穩(wěn)定性因素。因?yàn)檫@些因素（主要是表面態(tài)）對載

13、流子往往起著復(fù)合中心的作用，而復(fù)合中心上的載流子數(shù)量由于外電場或氣氛等的影響會產(chǎn)生起伏，這就將引起復(fù)合電流、并從而整個(gè)電流的漲落，這也就是閃變噪聲。這種噪聲的電流均方值與交流信號頻率f之間近似有反比關(guān)系。正是閃變噪聲與頻率近似具有反比的關(guān)系，所以也就常常稱這種噪聲為1/f噪聲。這種噪聲在以半導(dǎo)體表面薄層作為有源區(qū)工作的器件中往往起著重要的作用。三極管：三極管的基本結(jié)構(gòu)是兩個(gè)反向連結(jié)的PN接面，可有pnp和npn 兩種組合。三個(gè)接出來的端點(diǎn)依序稱為發(fā)射極（emitter, E）、基極（base, B）和集電極（collector, C）。在沒接外加偏壓時(shí)，兩個(gè)pn接面會形成耗盡層，將中性的p區(qū)和

14、n區(qū)隔開。三極管在電子電路中的地位是十分重要的，他是電子電路的核心元件。三極管工作狀態(tài)有三種，放大、飽和、截止，其中又以放大狀態(tài)最為復(fù)雜，主要用于小信號的放大領(lǐng)域。（1）熱噪聲：這是由于載流子的熱運(yùn)動而產(chǎn)生的電流起伏及其在電阻上產(chǎn)生的電壓起伏。因此，熱噪聲既與溫度T有關(guān)，也與電阻R有關(guān)。與二極管的熱噪聲產(chǎn)生的機(jī)理基本相同。（2）散粒噪聲：這是正偏p-n結(jié)注入的少數(shù)載流子，由于不斷遭受散射而改變方向，同時(shí)又不斷復(fù)合、產(chǎn)生，所造成的一種電流、電壓起伏所產(chǎn)生的。p-n結(jié)注入的電流愈大，載流子的速度和數(shù)量的漲落也愈大，則散粒噪聲也就愈大。散粒噪聲與熱噪聲具有相同形式的表示式，它也是一種與頻率無關(guān)的白噪

15、聲。p-n結(jié)注入的電流愈大，載流子的速度和數(shù)量的漲落也愈大，則散粒噪聲也就愈大。散粒噪聲與熱噪聲具有相同形式的表示式，它也是一種與頻率無關(guān)的白噪聲。對于晶體管，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都存在散粒噪聲。在共基極組態(tài)中，輸入端的散粒噪聲電流與發(fā)射極電流IE成正比；在共發(fā)射極組態(tài)中，輸入端的散粒噪聲電流與基極電流IB成正比；而輸出端的散粒噪聲電流與集電極電流IC成正比。（3）閃變噪聲（1/f噪聲）：主要是來自于晶體缺陷、表面態(tài)或表面不穩(wěn)定性所引起的復(fù)合電流的漲落，其噪聲電流均方值與頻率f的次方成反比，值對同一種半導(dǎo)體而言是確定的，一般為0.81.5。為了降低1/f噪聲，就需要提高晶體材料的質(zhì)量和改善工藝過程等

16、；通過采取一些措施后，可以把1/f噪聲控制到很小。而且閃變噪聲只在低頻時(shí)起作用。場效應(yīng)管：場效應(yīng)管是根據(jù)三極管的原理開發(fā)出的新一代放大元件，有3個(gè)極性，柵極，漏極，源極，它的特點(diǎn)是柵極的內(nèi)阻極高，采用二氧化硅材料的可以達(dá)到幾百兆歐，屬于電壓控制型器件。場效應(yīng)管場效應(yīng)晶體管（Field Effect Transistor縮寫(FET)）簡稱場效應(yīng)管.由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,也稱為單極型晶體管.它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件.。它具有具有輸入電阻高（100M1 000M）、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)?、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。1.4.3 低頻噪聲和電路板上電磁原件的干

17、擾低頻噪聲產(chǎn)生原因雖然目前還沒有定論，但很多理論認(rèn)為是由于電阻在制造過程中，由于內(nèi)部的導(dǎo)電微粒不連續(xù)造成的。特別是碳膜電阻，其內(nèi)部的碳質(zhì)材料內(nèi)部存在許多微小顆粒，顆粒之間是不連續(xù)的。在電流流過時(shí)，會使電阻的導(dǎo)電率發(fā)生變化引起電流的變化，產(chǎn)生類似接觸不良的閃爆電弧。另外晶體管也可能產(chǎn)生相類似的爆裂噪聲和閃爍噪聲(1/f)，其產(chǎn)生的機(jī)理和電阻中微粒的不連續(xù)性相近，也和晶體管的參雜程度有關(guān)。下面分別為爆裂噪聲波形圖和低頻噪聲波形圖： 圖4：爆裂噪聲波形圖5：低頻噪聲波形圖另外在許多電路板上都有繼電器、線圈等電磁元件。在電流通過時(shí)其線圈的電感和外殼的分布電容向周圍輻射的電磁能量，其能量會對周圍的電路產(chǎn)

18、生干擾。而象繼電器等元件是反復(fù)工作的，其在通、斷電時(shí)會產(chǎn)生瞬間的反向高壓，形成瞬時(shí)浪涌電流，這種瞬間的高壓對電路將產(chǎn)生極大的沖擊，從而嚴(yán)重干擾電路的正常工作。2 噪聲干擾的量度噪聲系數(shù)、噪聲溫度和信噪比都是衡量線性電路本身噪聲性能的指標(biāo)。下面將分別簡單介紹這三種指標(biāo)的定義。2.1 信噪比信噪比的概念首先是在無線電通信中提出來的。接收機(jī)輸出功率可分成兩部分：信號功率和噪聲功率。理論上和實(shí)踐中經(jīng)常要考慮信號功率與噪聲功率的比值，這個(gè)比值就叫做信噪比，通常用表示= 信號功率/噪聲功率 = S/N，譬如在測量中經(jīng)常把(2/2)作為信噪比，這里是質(zhì)量特征值的平均值是樣本方差。通常把這些量取常用對數(shù)再放大

19、10倍作為信噪比，仍記為，但這時(shí)的單位是分貝(dB)，把說成為信噪比的分貝值。譬如信噪比這個(gè)量，通常都是越大越好。2.2 噪聲系數(shù)實(shí)際電路的輸入信號通?；煊性肼?。為了說明信號的質(zhì)量，可以用信號功率S與其相混的噪聲功率N之比（即S/N）來衡量，并稱比值S/N為信噪比。顯然，信噪比越大，信號的質(zhì)量越好。線性電路的噪聲系數(shù)Nf定義為：在標(biāo)準(zhǔn)信號源激勵下，輸入端的信噪比Si/Ni與輸出端的信噪比So/No的比值，上述定義中標(biāo)準(zhǔn)信號源是指輸入端僅接有信號源及其內(nèi)阻Rs，并規(guī)定該內(nèi)阻在溫度T=290K時(shí)所產(chǎn)生的熱噪聲為輸入端的噪聲源。噪聲系數(shù)通常也用dB表示：Nf(dB)=10lg(No/KpNi)，其中

20、Kp是功率增益。2.3 噪聲溫度噪聲溫度也是一種衡量線性電路本身噪聲性能的指標(biāo)。如果將線性電路輸出端的噪聲功率Nm除以額定功率增益Kpm后折算到輸入端，并且用信號源內(nèi)阻Rs在假想溫度Tn時(shí)所產(chǎn)生的額定噪聲功率來等效，于是有噪聲的電路就可以看成一個(gè)理想的無噪聲電路，則稱這個(gè)假想溫度Tn為線性電路的等效噪聲溫度或簡稱噪聲溫度。顯然，電路內(nèi)部噪聲越大，噪聲溫度越高，反之則越低。源內(nèi)阻Rs在Tn時(shí)產(chǎn)生的額定噪聲功率Nim=kTnBn，根據(jù)Tn的定義則有：有:Nim Nm/Kpm=kTnBn.則Tn可表示為:Tn= Nm/KpmBnk噪聲溫度可噪聲系數(shù)之間可以互換，可得: Nf=1+Tn/T.表明對理想

21、的無噪電路，由于Nf=1，故其噪聲溫度為零。Nf越大，電路的噪聲溫度越高。噪聲溫度和噪聲系數(shù)都能用來表征電路的噪聲性能。通常，當(dāng)電路內(nèi)部噪聲較大時(shí)，采用噪聲系數(shù)比較方便。而對于低噪聲器件和低噪聲電路，在衡量或比較它們的噪聲性能時(shí)，則用噪聲溫度比較合適，比如有兩個(gè)低噪聲放大器，其噪聲系數(shù)分別為1.05和1.025，噪聲性能似乎相差不大，但用噪聲溫度表示時(shí)，則分別為14.5K和7.25K，即相差一倍，可見，在低噪聲場合用噪聲溫度，其噪聲性能的差異反映在數(shù)量變化上比較明顯。2.4 分貝單位比值1/100001/10001/1001/10dB數(shù)-80-60-40-20比值235dB數(shù)369.514在電

22、子工程中最常用到的一個(gè)單位是分貝（dB），它的定義是兩功率之比再取對數(shù)，即為分貝（B）作為單位。但是在應(yīng)用上為了處理方便，取分貝的1/10為輔助單位，稱為分貝（dB）。3 噪聲干擾的路徑形成電磁噪聲干擾有三個(gè)因素：即噪聲源、耦合通道以及接收噪聲的電子電路。上面我們已談到噪聲源。下面談一下噪聲的耦合方式，即通道。噪聲的主要耦合方式, 即通道的性質(zhì)有以下四種:傳導(dǎo)耦合、靜電耦合、經(jīng)過公共阻抗的耦合、漏電流耦合、遠(yuǎn)場輻射耦合。3.1 噪聲的傳導(dǎo)耦合經(jīng)導(dǎo)線傳播的噪聲進(jìn)入電子電路謂為傳導(dǎo)耦合。一般來說,信號電路的長線可能受到空間電磁場的影響而在導(dǎo)線中產(chǎn)生噪聲電壓。而交流電源線的負(fù)載較多,如大功率高頻電爐

23、、各種旋轉(zhuǎn)電動機(jī)等,由它們產(chǎn)生的噪聲通過供電電網(wǎng)會傳導(dǎo)到其它電子設(shè)備中去,形成噪聲干擾。3.2 噪聲的靜電耦合靜電耦合又稱電容性耦合。它是由于兩個(gè)電路之間存在有寄生電容, 使一個(gè)電路的電荷變化影響到另一個(gè)電路。靜電耦合的等效電路如圖6：圖6：靜電耦合等效電路在靜電耦合中。在頻率很高的射頻段, 靜電耦合干擾最嚴(yán)重。而且當(dāng)降低接收電路的輸入阻抗時(shí)可以減小靜電耦合干擾3.2.1 電磁耦合電磁耦合是由于兩個(gè)電路存在有互感, 使一個(gè)電路的電流變化,通過磁交鏈影響到另一個(gè)電路。圖中In表示噪聲電流源,M表示兩個(gè)電路之間的互感系數(shù), UN 表示通過電磁耦合在被干擾電路感應(yīng)的干擾電壓。設(shè)噪聲源的角頻率為, 由

24、交流電路和等效電路可得:圖7：電磁耦合等效電路圖另外電磁耦合還有以下特點(diǎn)：干擾電壓UN 正比于噪聲源的角頻率；干擾電壓UN 正比于互感系數(shù)M；干擾電壓UN 正比于噪聲電流In；3.3 噪聲的公共阻抗耦合共阻抗耦合是由于兩個(gè)電路共有阻抗, 當(dāng)一個(gè)電路中有電流流過時(shí), 通過共有阻抗便在另一個(gè)電路上產(chǎn)生干擾電壓。在一般情況下, 共阻抗耦合可用下圖8所示等效電路圖表示。圖中zc表示兩個(gè)電路之間的共有阻抗 In表示噪聲電流源Un表示被干擾的感應(yīng)電壓。由等效電路可知Un=In+Zn阻抗耦合干擾電壓Un正比于共阻抗Zn和噪聲源電流In。圖8：公共阻抗耦合等效電路3.4 漏電流耦合漏電流耦合是由于絕緣不良,

25、由流經(jīng)絕緣電阻的漏電流所引起的噪聲干擾。一般情況下的漏電流感應(yīng)可用下圖所示等效電路表示。圖中En表示噪聲源電勢，R表示漏電阻，Zt表示被干擾電路的輸入阻抗，Un表示干擾電壓。由下圖9可知漏電流耦合干擾經(jīng)常發(fā)生在下列情況：(1)當(dāng)用儀表測量較高的直流電壓時(shí)；（2）在測量裝置附近有較高的直流電壓源時(shí)；（3）在高輸入阻抗的直流放大器中。圖9：漏電流耦合等效電路3.5輻射耦合如果電測設(shè)備周圍存在輻射電磁場, 那么在電測設(shè)備和連接的導(dǎo)線中會產(chǎn)生正比電場強(qiáng)度E的感應(yīng)電動勢, 這個(gè)電動勢會對電測設(shè)備測量帶來干擾。這就是輻射干擾。通常從干擾源到被干擾點(diǎn)的途徑是多種多樣的,噪聲源也是多方面的, 有時(shí)干擾是時(shí)隱時(shí)

26、現(xiàn)的。4 噪聲干擾的克服方法抗干擾是一個(gè)非常復(fù)雜、實(shí)踐性很強(qiáng)的問題，一種干擾現(xiàn)象可能是由若干因素引起的。因此，在電子電路的設(shè)計(jì)中，我們應(yīng)采取抗干擾措施，對電子電路的工作原理、具體布線、屏蔽、電源的抗擾動能力、系統(tǒng)地處理以及防護(hù)形式不斷改進(jìn)，提高電子電路的可靠性和穩(wěn)定性。目前主要從噪聲干擾源，噪聲干擾傳播途徑和接受端來克服和減小噪聲對電子電路噪聲的不良影響。4.1 通過對噪聲源的抑制來克服噪聲干擾4.1.1 合理的選擇器件在低頻段，晶體管由于存在勢壘電容和擴(kuò)散電容等問題，噪聲較大。而結(jié)型場效應(yīng)管因?yàn)槭嵌鄶?shù)載流子導(dǎo)電，不存在勢壘區(qū)的電流不均勻問題。而且柵極與導(dǎo)電溝槽間的反向電流I g 產(chǎn)生的散粒噪

27、聲很小。故在中、低頻的前級電路中采用場效應(yīng)管不但可以降低噪聲還可以有較高的輸入阻抗。另外如果需要更換晶體管等半導(dǎo)體元件，一定要經(jīng)過對比選擇。本人曾在修理一臺功放機(jī)功放管時(shí)，由于一時(shí)找不到相同型號的管，只能用參數(shù)相近的代用管代替。結(jié)果焊好后發(fā)現(xiàn)，其音質(zhì)比原來差。經(jīng)過調(diào)整靜態(tài)參數(shù)后仍有雜音。最后只能通過對比找出效果最好的管，才解決了問題。其實(shí)型號相同的半導(dǎo)體器件參數(shù)也是有差別的。同樣，電路中的碳膜電阻與金屬膜電阻的噪聲系數(shù)也是不一樣的，金屬膜電阻的噪聲比碳膜的要小。特別是在前級小信號輸入時(shí)，可以考慮用噪聲小的金屬膜電阻。4.1.2 采用優(yōu)質(zhì)的電源電源對整個(gè)電路的工作狀態(tài)影響極大，電源選擇不好，輕則

28、使電路靜態(tài)工作點(diǎn)偏移，重則將會給整個(gè)電路帶來沖擊和干擾。選擇電源一般要求是：使輸出的直流，不受輸入電網(wǎng)電壓的波動或負(fù)載變化的影響。直流電源整流后的脈動波形經(jīng)過濾波后脈動小，電流線平滑。電源必須有足夠的功率富余量，以保證電源的工作穩(wěn)定。為保證電源的穩(wěn)定性和可靠性，在條件允許的情況下最好盡量采用開關(guān)電源或數(shù)字電源。4.1.3 對電路合理的布局合理的電路布局可以減少不同工作頻段電路之間的相互干擾，同時(shí)也使對干擾信號的濾除變得相對簡單。電路布局的基本原則是按電路的功能單元進(jìn)行分布。在電路布局設(shè)計(jì)時(shí)，必須要考慮好電路的電磁兼容性，要充分考慮元器件之間的相互影響。對敏感的元件要實(shí)行隔離保護(hù)，特別是可能造成

29、相互干擾的元件不要離得太近，要盡量將其分開。邏輯電路和線性電路也要分開。對易受干擾的最好是用屏蔽層進(jìn)行屏蔽。對繼電器等能產(chǎn)生電磁能量的元件要盡量遠(yuǎn)離容易被干擾的功能單元和敏感元件，同時(shí)也應(yīng)對其進(jìn)行屏蔽隔離。對電流較大的印制線路板要加大電源線寬度以減小環(huán)路電阻對電路的。對容易受分布電容影響的如高頻電路等部位，要合理配置退耦電容，以減小和消除分布電容的影響。4.1.4抑制和減少輸入端偏置電路的噪聲輸入端偏置電路噪聲一般是由輸入端偏置分流電阻產(chǎn)生的。當(dāng)流過偏置電阻的直流電流過大時(shí)就會使能量過剩從而產(chǎn)生電流噪聲。如果選擇好適合的偏置電路，噪聲就可以通過旁路電容短接入地，可以抑制噪聲輸出，減小對下一級電

30、路的影響。圖10：: 抑制偏置電路噪聲的電路4.2 通過對路徑的控制來克服噪聲干擾4.2.1 選擇合理的接地點(diǎn)低頻線性電路的電路板的接地一般都是采用公共的單點(diǎn)接地。雖然理論上電勢都為零，但由于導(dǎo)體電阻的存在，其參考零點(diǎn)的電勢是存在微小差別的。既然存在電勢差，就有可能在小范圍內(nèi)存在小的電流。這種小電流的存在，會使零點(diǎn)參考值發(fā)生改變而產(chǎn)生干擾。此外小信號輸出的接地點(diǎn)和功率較大的放大級的接地點(diǎn)離得太近，干擾信號也可能通過接地端竄擾，因此要將其距離拉開。線性電路和邏輯電路的接地也應(yīng)分離。弱信號電路、低頻電路周圍地線不要形成電流環(huán)路。一般而言低頻電路多采用單點(diǎn)接地而高頻電路多采用多點(diǎn)串聯(lián)接地，而在公共接

31、地后一定要注意將各單元的接地連接到設(shè)備的金屬外殼或接地線路上并保證連接可靠。另外良好的接地對繼電器、線圈等電磁元件的分布電容也是一種有效的抑制。單點(diǎn)接地：把各級單元電路的地線接在同一點(diǎn)上(如圖11)采用這種應(yīng)運(yùn)的優(yōu)點(diǎn)是不存在環(huán)形地回響，因而也不存在地環(huán)流，各電路的接地點(diǎn)只與本電路的地電流和地阻抗有關(guān)。圖11：單點(diǎn)接地示意圖串聯(lián)接地：從防止干擾和噪聲的角度來看，這種接法不合理。但因其接法簡單，在許多工作中仍被采用。特別是在設(shè)計(jì)印刷電路在所板上應(yīng)用比較方便。其示意圖如（圖12）：圖12：串聯(lián)接地示意圖多點(diǎn)接地：為了降低阻抗，地線一般用寬銅皮鍍銀作為接地母線。這種接法多用于高頻電路。系統(tǒng)接地：為了避

32、免大功率電路流過地線回路的電流對小信號電路產(chǎn)生影響，通常功率地線和機(jī)械地線必須自成一體。接到各自的地線上，然后一起連到機(jī)殼地上。4.2.2 加入校正電路產(chǎn)生自激振蕩的原因不僅僅是由于電源電壓造成的，有時(shí)負(fù)反饋過強(qiáng)也會產(chǎn)生自激振蕩，這時(shí)消除自激振蕩的方法是在電路中加入校正網(wǎng)絡(luò)。其目的是使電路的幅頻特性和相頻特性發(fā)生變化，破壞自激振蕩的條件，典型電路如圖14所示。圖13：運(yùn)放消除自激振蕩常用的補(bǔ)償措施4.2.3根據(jù)不同的工作頻段、參數(shù)選擇適當(dāng)?shù)姆糯箅娐?電路的選擇關(guān)系到整個(gè)電路的工作狀態(tài)。它不僅對本級電路有直接影響，對整個(gè)電路的電路工作參數(shù)、工作狀態(tài)都會產(chǎn)生重要影響。如共射組態(tài)連接時(shí)，電路有較高的

33、放大增益，同時(shí)它的噪聲對后級的影響較小。而共集組態(tài)時(shí)輸入阻抗有較高的輸入阻抗同時(shí)也有較好的頻響。因此根據(jù)不同的電路對參數(shù)的不同要求，選擇好的電路，不僅可以簡化線路結(jié)構(gòu)，同時(shí)也可以減少噪聲對整個(gè)電路的干擾。在電路性能參數(shù)允許的條件下，盡可能采用抗干擾能力較好的數(shù)字電路。4.2.4合理選取級間藕合也可以抑制噪聲不同的電路特點(diǎn)要求有不同的偶合方式。如阻容偶合電路簡單但不能傳送直流信號；變壓器耦合容易變換阻抗，而且不影響各級的靜態(tài)工作點(diǎn)但頻響特性差、成本高；直藕信號可以使前級信號無損直接傳輸?shù)骷夓o態(tài)工作點(diǎn)不能獨(dú)立，而且存在零點(diǎn)漂移問題。目前抗干擾比較強(qiáng)的是光電耦合。光電耦合由于是通過光電耦合器中的發(fā)

34、光二級管進(jìn)行光電信號交換，只有限定的電流才能進(jìn)行交換，因此可以濾除電壓的干擾。同時(shí)由于它是單向傳輸，消除了回路中的各種干擾因素。因此它是目前比較理想的抗干擾耦合電路。4.3 通過處理接收方來減小噪聲干擾4.3.1 屏蔽接收端通過對接收端的屏蔽處理可以更好的選取有用信號而把無用的噪聲信號濾除，從而達(dá)到消除和減小噪聲干擾的目的。其中現(xiàn)在運(yùn)用較多的有靜電屏蔽和電磁屏蔽。4.3.2 靜電屏蔽靜電屏蔽是切斷電容耦合的一個(gè)十分有效的方法。屏蔽常用的材料有紫銅、黃銅、鋁及鉛錫箔等。要使靜電屏蔽效果好,首先要使屏蔽體接地,其次是盡量將被干擾的部分屏蔽起來,使干擾源和被干擾電路的耦合電容減到最小。靜電屏蔽的原理

35、如圖14 所示。在電路中常見的靜電屏蔽是導(dǎo)線屏蔽。一般用編織線作為屏蔽層將導(dǎo)線包圍起來,并且接地,因此能保護(hù)線路不受外界電場影響。另外也防止了導(dǎo)線產(chǎn)生的電力線向外界泄漏,成為靜電感應(yīng)的噪聲源。對于抗干擾要求較高的電子系統(tǒng),可把整個(gè)電子系統(tǒng)都屏蔽起來。屏蔽罩必須良好接地,是干擾電流直接經(jīng)屏蔽罩入地,而不經(jīng)過放大器的輸入電阻。當(dāng)電子系統(tǒng)的輸入信號線采用具有金屬套的屏蔽線時(shí),屏蔽線的金屬外殼必須采用一點(diǎn)接地。圖14：靜電屏蔽原理圖4.3.3 電磁屏蔽減少電感性耦合的有效方法是采用電磁屏蔽。電磁屏蔽主要是利用在低電阻的金屬屏蔽材料內(nèi)流過的電流來防止頻率較高的磁通干擾,原理如圖15所示。一般用于屏蔽像線

36、圈等這類向外泄漏磁通的元器件。利用坡莫合金或高導(dǎo)磁率材料做成的磁屏蔽罩,其磁阻遠(yuǎn)小于屏蔽與輸入變壓器空氣隙的磁阻,干擾磁場的大部分磁力線通過屏蔽罩而不會穿過空氣隙進(jìn)入被屏蔽體。屏蔽罩的形狀對屏蔽效果影響很大,以圓柱形屏蔽效果最好。電磁屏蔽體如果接地,同樣有靜電屏蔽的作用。屏蔽體接地不妨礙電磁屏蔽功能,所以一般電磁屏蔽也接地。圖15：電磁屏蔽原理圖4.3.4 加入濾波電容和補(bǔ)償電路在數(shù)字電路系統(tǒng)中,由于印刷電路板上的線條非常細(xì)且密集,故存在著比較大的分布電感。當(dāng)電流突然變化時(shí),電路將產(chǎn)生相當(dāng)大的壓降,造成比較大的噪聲電壓。為了有效地抑制電源線上電壓波動,一般可在靠近每一片集成電路電源管腳處接入0

37、. 010. 1F 的旁路電容。如下圖16所示。圖16：集成電路旁路電容的接法對于模擬電路系統(tǒng)，由于電源性能不好，內(nèi)阻較大，往往會產(chǎn)生自激振蕩。例如運(yùn)算放大器電路本身就是一個(gè)電源多種回路所公用，只要是電源線較長或電源特性不好，電源阻抗就變大。這樣就會產(chǎn)生噪聲電壓而影響運(yùn)算放大器，使其工作不穩(wěn)定。尤其對高速寬頻帶運(yùn)算放大器( 例如LM318 ，L F357 等) ，如不加電源旁路電容，必然會產(chǎn)生自激振蕩。解決的辦法是用0. 11F 的電容作電源退耦，電容的引線要盡可能的短，如圖17所示。有時(shí)，盡管在電路中加了電源退耦電容，但電路仍存在自激振蕩，這時(shí)要在電路中用穩(wěn)壓器來調(diào)整運(yùn)算放大器的供電電源，原理電路如圖18所示。圖17：運(yùn)放電源濾波電路圖18：穩(wěn)壓管改善自激振蕩電路4.4 其他克服噪聲干擾的方法4.4.1 對稱消除噪聲法電路的完全對稱定義為電路有一個(gè)對地對稱的輸入極或輸出,使其連接外電路的兩導(dǎo)線對地或?qū)ζ渌鼘?dǎo)線有相同的阻抗,并有對地對稱的負(fù)載電路。這樣兩導(dǎo)線拾取的是相同量的噪聲,能夠在