噪声及其抑制

3 4 2.3
电源回路的接地 变压器的绕制和寄生电容的影响
屏蔽
1. 所谓屏蔽就是把电磁能量限制在一定的空间范 围内，防止从一个领域向另一个领域传播电磁波。 例如滤波器和金属罩组成电源输入滤波器来防止射 频能量沿电源线传播。 电磁耦合：电场耦合、磁场耦合、电磁场耦合和连 接导线的耦合。 屏蔽就是一直以上所有的耦合。
3 π型RC滤波电路 为了提高滤波效果，在电容C之后，我们再增加一 节RC低通电路。这样组成的滤波电路称之谓π型RC 滤波电路，如图4所示。经过C1滤波后的电压包含 直流分量和交流分量，假设交流分量主要用基波分 量最大值VIlm表示，则可求得输出电压的直流分量 和交流分量分别为：
VO ( AV ) = RL • VI ( AV ) R + RL
1.2 有源RC滤波电路 综上所述，无论是简单RC滤波电路还是π型RC滤波 电路，都存在着增大RC以提高滤波效果与RC增大又 不利于小型化、成本增加以及直流损失增大（π型 RC滤波电路）的矛盾。为了解决这一矛盾，在π型 RC滤波电路中增设了有源器件晶体管，组成了RC有 源滤波电路。如图5所示。由图可见，有源RC滤波 电路把RC2滤波电路接于晶体管的基极回路，R同时 兼作晶体管的偏置电阻；负载电阻RL接在晶体管的 射极回路，这样，便把原来通过负载RL的电流IE 折 合在基极，基极电流为发射极电流的1/（1+β）倍。
2 简单RC滤波电路的外特性和脉动特性 电容滤波的外特性是指VO与iO的关系，脉动特性是 指S与iO的关系。简单RC滤波电路的外特性和脉动 特性如图3所示。由图中可以看出和S都是随的变化 而变化，且随着放电时间常数的减小（即电流的增 加），电容滤波的外特性和脉动特性都会迅速变差。 换言之，为减小脉动系数、改善外特性，就必须增 大放电时间常数，或者说要选用大容量的电容，而 选择大容量的电容会使整个电路的体积和重量增加， 这既不实用，亦不利于设备的小型化 。
电流一路流过负载RL，一路向电容C充电，充电极 性为上正、下负。由于电源内阻及二极管导通电阻 均很小，即充电时间常数很小，所以充电进行的很 快，C两端的电压随很快上升到峰值，即 。当 由峰值开始下降时，充电过程结束。由于电容C两 端的电压 ，这时，四只二极管均被反偏截止， 电容C向负载RL放电，从而使通过负载RL的电流得 以维持。放电时间常数RLC取值愈大，RL两端的电 压下降愈缓慢，输出波形愈平滑，直到下一个半周 到来，且 时，D2、D4才正偏道通（D1、D3仍截 止），放电过程结束，又开始给C充电。如此周而 复始的充电、放电，在负载RL上便得到如图2所示 的输出电压。
二、噪声及其抑制
1.1 噪声的来源 产生噪声的来源很多，如外来干扰、雷电、机械震动、接触 不良，电路设计不当、元器件参数选择不当以及结构布局、 布线不合理都会使的电源噪声增大。 通过电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干 扰;而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时,都会 而谐波和寄生振荡的能量,通过输入输出线传播时, 在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为 辐射干扰。 辐射干扰 1、二极管的反向恢复时间引起的干扰 高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向 电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多 电流流过,在其受反偏电压而转向截止时,由于PN结中有较多 的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里, 的载流子积累,因而在载流子消失之前的一段时间里,电流会 反向流动, 反向流动,致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生 很大的电流变化(di/dt)。 很大的电流变化(di/dt)。
电场屏蔽 电场耦合主要是机器内各元件对机壳的寄生电容 引起的。 屏蔽电场，就是采用与外壳连接的金属隔板和金 属外罩。 磁场屏蔽 在任何载流电路的周围空间中都会产生磁场。恒 定磁场和交变磁场，这是由寄生电感的感应所引起， 其值随频率的增高而增大。 磁屏蔽就是消除恒定和缓慢变化的交变磁场的影响。 导磁率小的磁性材料、金属材料； 磁场和电场同时屏蔽 导线的屏蔽 低频变压器和电源变压器的屏蔽 机壳的屏蔽和密封
噪声及其抑制
一、滤波 1.1 简单RC滤波电路的工作原理； 1.2 有源滤波器； 1.3 高频滤波电容器； 1.4 噪声滤波方法； 二、噪声及其抑制 2.1 噪声的来源； 2.2 抑制噪声的方法； 2.3 屏蔽；
滤
波
常用的滤波器有电感输入式滤波器（倒L型、T 型），电容输入式滤波器（Π型LCL），电阻输入 式滤波器。 电感输入式适用于大功率且负载变化较大的场合， 电容型输入式滤波器适用于负载电流较小的场合。 对于LC滤波器，电路的固有谐振频率ω0=1/√LC应 该低于整流电压中最低次写谐波的频率，这样滤波 器对包含最低次谐波在内的个次谐波都呈现感性， 避免了滤波器谐振于最低次谐振频率的危险。
在基极回路滤波，所以R的值可以取得较大而与C2 配合便可获得很好的滤波效果。如此便可使得基极 回路电压（即C2两端电压）纹波成分大为减小，射 极输出电压（即负载RL上的电压）中的纹波分量亦 大为减小（射极跟随作用）。 另外，从负载RL两端来看将基极回路中的滤波元件 RC2折合到射极回路中，相当于R减小了（1+β）倍， 而C2增大了（1+β）倍。因此，采用有源滤波电路 后，由于晶体管的电流放大作用，要达到同样的滤 波效果，可以选用较大的电阻和较小的电容来实现， 从而避免了电阻上直流损失大和电容体积大的缺点， 有效解决了简单RC滤波电路和π型RC滤波电路所遇 到的困难和问题。这种滤波电路可广泛应用于小型 电子设备中。
式中R′= R∥RL ,ω为整流输出电压基波的角频率，由（2） 式知，为了得到较好的滤波效果，应取1/ωC2 « R′，此时， 式（2）可以简化为
由（1）式和（3）式可以看出，和简单的电容滤波电路相比 较，π型RC滤波电路虽然直流分量衰减了，但交流分量衰减 更大。在ω不变的情况下，C2和R′(R∥RL)愈大，则滤波效 果愈好。为了使R′值大，要求R和RL都应大，但R增大会使 输出直流电压减小，C2的增大又增大了体积和重量。可见π 型RC滤波电路虽然可以减小纹波系数，但因R上有直流方法
1. 电路元件安装减低噪声的效果 输入交流和输入直流分开，并远离； 注意大电流、电压变化率的元件的回路合理布局， 回路布线尽可能短； 2. 开关二极管产生的噪声及缓冲电路 选择低正向电压，短的恢复时间，小的反响漏电流 选择并联RC 缓冲回路，在回路中串联电感等，选择 合理的续流二极管的接地点。R=5.1 C=0.01~0.12uF
LC滤波，qn=ω2nLC-1 RC滤波， qn=ωnCR
电容C滤波ic=C*duc/dt Δuc=IΔt/C
1.2 简单RC滤波电路的工作原理 滤波电路是直流电源的重要组成部分，它一般是 由电容等储能元件组成，用来滤除单向脉动电压中 的谐波分量，从而得到比较平滑的直流电压。图1所 示为桥式整流简单RC滤波电路。由图可以看出，滤 波电容C并联于整流电路的输出端，即C与RL 并联， 整流电路的负载为容性。其工作原理为：设t=0时接 通电源，当由零逐渐上升时，二极管D1、D3导通，D2、 D4截止
1.3 高频滤波电容器
在低频时主要由Xc影响阻抗，在高频时主要由XL影 响阻抗，最低的阻抗等于ESR。 Z=√R2+X2 X=ωL-1/ωC
1.4 噪声滤波的方法 1 各种滤波器的构成
C1 选0.22uF~0.47uF 共模电感： 它在同一铁心上有两个匝数相等的绕组，电源线的 往返电流在铁心中产生的磁通方向相反，相互抵消， 因而不起电感作用，对于电源相线和地线间的共模 噪声，能得到一个大的电感量，呈现高阻抗，对共 模噪声有良好的抑制作用。 叠片式铁心：大约10KHz 粉末状钹莫合金铁心：1KHz~1MHz 铁氧体铁心：100KHz~150MHz
2、开关管工作时产生的谐波干扰 功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。 例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形 在阻性负载时近似为矩形波, 在阻性负载时近似为矩形波,其中含有丰富的高次谐 波分量。当采用零电流、零电压开关时, 波分量。当采用零电流、零电压开关时,这种谐波干 扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间, 扰将会很小。另外,功率开关管在截止期间,高频变 压器绕组漏感引起的电流突变, 压器绕组漏感引起的电流突变,也会产生尖峰干扰。 3、其他原因 元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够 完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布置， 完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布置， 具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板 具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板 上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成 EMI干扰 EMI干扰 。