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。
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
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
2.2 抑制噪声的方法
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
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 。
二Fra Baidu bibliotek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)。
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上有直流压降， 外特性并没有得到改善。
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。
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。
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。
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 。
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
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。