电气设备内部干扰的抑制

　　3 内部的电场和磁场干扰的抑制

　　3.1 电场感应的抑制

　　电场感应是由电场耦合而产生的一种干扰，当两个相互绝缘的导体相对放置时，一方的电荷变化，必将通过电场耦合而影响到另一方，这就是电容耦合。在电路板的布线中，电路之间的杂散电容、分布电容是产生电场耦合的通道。要抑制电场耦合带来的干扰，必须采取相应的措施，尽可能地降低杂散电容和分布电容，就可以降低电场耦合带来的干扰，具体措施如下：

　　（1）电场屏蔽

　　电场屏蔽是针对电场耦合所形成的干扰而采取的一种屏蔽措施。它是通过屏蔽体把干扰源（或需要保护的电路）封闭起来，切断电力线的通道，且必须把屏蔽体可靠接地。加装屏蔽体实质上是降低了干扰源与被保护电路之间的耦合电容。在图1（a)中，未采取屏蔽措施，A和B之间存在耦合电容CAB；在图1(b)中，虽然采取了屏蔽措施，但是屏蔽体却未接地，它们之间仍然存在耦合电容CCB；在图1(c)中，既采取了屏蔽措施，而且把屏蔽体接地，它们之间的耦合电容消失了。实践中电场屏蔽的方法有两种，第一种是用接地的屏蔽体包围干扰源，它可以有效地切断电力线的延伸，从而避免对其它电路形成的干扰；第二种是用接地的屏蔽体包围需要保护的电路，形成一个有效的“洁净”空间，从而避免了来自外界的电场耦合干扰。图1从（a)到(c)的演示过程说明“屏蔽罩”和“接地”之间的密切关系。只加“屏蔽罩”，而不“接地”是毫无意义的。

　　（2）布线和布局

　　合理的布线和布局是抗干扰措施中非常重要的一个环节。前面讲过，电场耦合就是电容耦合，而要减小电容耦合所带来的干扰，其实质就是要降低干扰源与被干扰电路之间的分布电容。在布局上，增大干扰源与对电场噪声敏感的电路之间的距离（增大距离就等于降低了耦合电容），在实践中不失为一种良策。在布线上，缩短布线长度，增加布线间的距离，都能够很好地抑制电容耦合噪声所带来的干扰。另外要强调的是，一定要把高压信号电路与低压信号电路隔离开来，如果不采取措施，那么低压信号电路，尤其是逻辑电路将不能正常工作。

(a)屏蔽板                                  (b)屏蔽体

图2 磁场屏蔽

图3 屏蔽层作信号回线减少干扰

　　3.2 磁场感应的抑制

　　磁场屏蔽是针对磁场耦合所形成的干扰而采取的一种屏蔽措施。磁场屏蔽与电场屏蔽之间存在着很大的差异，如果仍然采用“屏蔽体”加“接地”的办法，那么可能是得不偿失，收效甚微。因为“磁力线”与“电力线”不同，它能够穿出任何物体，“屏蔽体”可以隔断“电力线”，但却无法隔断“磁力线”。鉴于磁场的这种特殊性，对磁场的屏蔽可以采取如下几方面的措施：

　　（1）采用高导磁材料制做屏蔽体

　　图2（a)是在干扰磁场和被保护的电路之间放置一块由高导磁材料制做的“屏蔽板”，那么磁力线将从“屏蔽板”通过，该电路所在的空间中所通过的磁力线将大大减少，从而起到屏蔽的作用。图2(b)是在干扰磁场中用具有一定厚度的高导磁材料制成的密封“屏蔽体”，在这个“屏蔽体”的内部，形成了一个没有磁力线通过的“洁净区”。之所以这个密封的“屏蔽体”内不会有磁力线通过，是因为高导磁材料的磁阻非常小，因而磁力线被它旁路掉，从而形成了有效的磁场屏蔽。被保护的电路处于这个密封的“屏蔽体”内，就不会受到干扰磁场的侵害。大多数电气设备局部及整体绝大多数都用钢板密封正是基于这个原理。

　　（2）减少被保护电路的环路面积

　　由电磁感应定律可知，感应电势与环路的截面积成正比。因此减少被保护电路的环路面积，不失为一种有效的方法，可以收到明显的抑制干扰的效果。而设计者往往在电路布线设计时不太注意电流的返回路径，因此环路面积就不能被有效地减小，致使磁场感应的干扰电势也就不能得到有效的抑制。

　　（3）屏蔽磁场干扰源

　　磁场屏蔽与电场屏蔽有着本质的区别。电场屏蔽体能切断电力线，从而达到抑制噪声的作用。磁场屏蔽体却不能切断磁力线，但是我们可以利用相反原理来抵消磁场所产生的噪声，从而达到磁场屏蔽的目的。在某些场合，这种方法是十分有效的。如图3所示，在一个通有电流的导线周围施加一屏蔽层，并让屏蔽层流过一个和中心导线电流大小相等、方向相反的电流（即把屏蔽层用作信号返回线），则屏蔽层的电流将产生一个与中心电流所产生的磁场大小相等、方向相反的外部磁场，用于抵消由中心导线在屏蔽层所形成的磁场，消除了磁场所产生的噪声干扰。