干擾及其抑制

董杰

摘 要：通過分析影響電路正常工作的各種電性質(zhì)干擾，提出抑制這些干擾的途徑和辦法。

關(guān)鍵詞：干擾；電路；干擾源；干擾途徑

中圖分類號：TN79 文獻標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.05.090

干擾輕則會降低電路的信號質(zhì)量，重則會破壞電路的正常功能，造成邏輯錯亂、控制失靈，甚至發(fā)生設(shè)備損壞，影響生產(chǎn)等各種事故。

1 干擾

1.1 干擾的類型

干擾的來源是多方面的，它所造成的影響也是多種多樣的。

按來源可將干擾分為兩類：①控制器本身引起的各種干擾，即內(nèi)部干擾。內(nèi)部干擾可分為固定干擾和過度干擾。過度干擾為電路動態(tài)工作時引起的干擾。②由外部因素引起的干擾稱為外部干擾。外部干擾可分為自然干擾和人為干擾。由自然現(xiàn)象造成的干擾稱為自然干擾。

按干擾的途徑也可將干擾分為兩類，分別是路的干擾和場的干擾。通過電路渠道進行干擾的稱為路的干擾，通過電場、磁場或電磁場進行的干擾的稱為場的干擾。其中，場的干擾還可分為靜場干擾（包括靜電場干擾和靜磁場干擾）和動場干擾。

按干擾出現(xiàn)的規(guī)律，可將干擾分為固定的、半固定的和隨機的三類。固定設(shè)置的電氣設(shè)備在運行時引起的干擾屬于固定干擾；有些偶爾使用或啟動無規(guī)律的電氣設(shè)備（例如行車、電鉆等）引起的干擾屬于半固定干擾；閃電、供電系統(tǒng)繼電保護功能、絕緣子泄漏、汽車啟動點火設(shè)備引起的干擾等均屬于隨機干擾。半固定干擾與隨機干擾之間的區(qū)別在于前者是可以預(yù)計的，而后者是突發(fā)性的。

按干擾在電路輸入端的作用方式與有用信號的聯(lián)系，可將干擾分為常態(tài)干擾和共態(tài)干擾。干擾信號與有用信號串聯(lián)在一起時為常態(tài)干擾，干擾信號出現(xiàn)在監(jiān)測點與控制器之間時為共態(tài)干擾。常態(tài)干擾可能是信號源本身產(chǎn)生的，也可能是引線上感應(yīng)的，它串接在檢測回路中，相當(dāng)于檢測信號增加了一個信號，成為檢測信號的一部分。這種干擾直接送入放大器的輸入端，所以影響較大。共態(tài)干擾是因控制器本體的接地點與檢測裝置的接地點之間存在干擾電壓所引起的，這種干擾電壓主要來源于50 Hz交流電源的接地系統(tǒng)。

1.1.1 自然干擾

自然干擾是由某些自然現(xiàn)象所引起的，例如閃電、雷擊、地球輻射、宇宙輻射等。這類干擾主要對通信、廣播、導(dǎo)航等設(shè)備有較大影響，而對程控電氣設(shè)備的影響不大。除非在近處發(fā)生閃電、打雷等強烈干擾，才有可能影響程控電氣設(shè)備的正常工作，所以除了對可靠性要求特別高或處于嚴(yán)重雷電區(qū)的設(shè)備外，一般不考慮自然因素的干擾。

1.1.2 人為干擾

外部干擾除了自然干擾外，其余的均屬于人為干擾。人為干擾主要包括電干擾——各類電氣設(shè)備電火花引起的干擾（例如直流電機整流子碳刷電火花，接觸器、斷路器開關(guān)燈接點電火花），電氣設(shè)備啟停通過供電系統(tǒng)對控制設(shè)備產(chǎn)生的干擾，一些氣體、水電元件（例如閘流管、熒光燈）工作時產(chǎn)生的干擾，高頻加熱、脈沖電蝕、電火花加工、可控硅整流等電加工設(shè)備產(chǎn)生的干擾等。

1.1.3 內(nèi)部干擾

內(nèi)部干擾是由控制器本身產(chǎn)生的各種干擾，例如內(nèi)部布局和布線不合理，由分布電容、分布電感、漏電阻等潛在耦合而形成的內(nèi)部組件相互干擾；由公共電源的內(nèi)阻、接地回路的阻

抗等耦合形成的級間反饋和干擾；電源電壓不穩(wěn)定，直流電源的波紋對電路造成的干擾；元器件質(zhì)量不好、虛焊、接插件接觸不良、金屬件裝置松動、屏蔽體接地不良、元件盒晶體管的噪聲等造成的干擾。其中，由虛焊引起的干擾時通時斷，時隱時現(xiàn)，較難尋找。另外，在邏輯電路中，電路開門或關(guān)門、電壓的差異、時間節(jié)拍配合得不好、電路動作時產(chǎn)生的脈沖干擾等都有可能造成電路誤動作，這些都屬于內(nèi)部干擾中的過度干擾。

控制器內(nèi)部的電設(shè)備不良也是造成干擾的原因之一?？刂破鲀?nèi)部均采用低壓直流穩(wěn)壓電源，這樣可以克服電網(wǎng)電壓和負(fù)載變化等造成的直流電源電壓波動，并為控制器各部分電路的穩(wěn)定運行提供保障。穩(wěn)壓電源的容量取決于供給內(nèi)部電路的電壓和電流。一般情況下，穩(wěn)壓電源的供電量是可以保證的，但當(dāng)交流電源電壓下降過多，超過了穩(wěn)壓器的設(shè)計限額時，穩(wěn)壓源的輸出電壓會下降，并伴隨著交流波紋的增多，使電路受到紋波的干擾，嚴(yán)重時，甚至不能正常工作。直流電壓的降低容易在檢查中被發(fā)現(xiàn)，但由于采用了穩(wěn)壓源以后，工作人員認(rèn)為電壓已經(jīng)穩(wěn)定，而忽視了來自電源波紋的干擾，特別是當(dāng)直流電壓幾乎沒有降低，但波紋電壓已經(jīng)產(chǎn)生的情況，就更不容易被注意到了。

1.2 干擾的途徑

1.2.1 路的干擾

各種干擾之所以能夠?qū)﹄娐吩斐捎绊?，除了具有干擾源和被干擾對象這兩個方面，還必須具備一條從干擾源到被干擾對象的干擾途徑。例如，電機、電器等用電設(shè)備的啟停通過供電電路對供電系統(tǒng)造成干擾。這樣，凡是接在這一系統(tǒng)上的電子設(shè)備，都將通過供電系統(tǒng)這一途徑受到干擾。再如，在控制器內(nèi)部，某一級單元電路的動作電流通過公共電源內(nèi)阻所形成的壓降會以“路的形式”干擾其他單元電路。對于內(nèi)部干擾來說，路的干擾是主要的。

1.2.2 場的干擾

接觸器通斷時產(chǎn)生的接點電弧就是強烈的干擾源，它一方面通過供電電路的形式傳輸干擾信號，另一方面通過電磁波的發(fā)射以場的形式傳播干擾信號。如果在它旁邊用半導(dǎo)體收音機去收聽，就會聽到爆裂的噪聲，這就是場的干擾所引起的。

對于外部干擾來說，除了通過供電電路引入控制器的干擾外，多數(shù)是場的干擾，而場的干擾往往不是直接進入控制本體，而是先以場的形式干擾檢測部件、執(zhí)行部件等外圍設(shè)備，然后再根據(jù)這些外圍設(shè)備與控制器本體的聯(lián)系，以路的形式竄入控制器內(nèi)部。

2 抑制干擾

2.1 抑制干擾的思路

2.1.1 消除干擾源

最積極有效的措施是消除干擾源，例如將產(chǎn)生干擾的電氣設(shè)備用隔離變壓器作為專線供電，搬移設(shè)備，將整流子電機改為無整流子電機。繼電器、接觸器、開關(guān)鞥電觸點在通斷時產(chǎn)生的電火花是較強的干擾源。對此，可以采取觸點消弧的措施，例如在接點上并接消弧電容或使用無觸點開關(guān)。另外，觸點接觸不良、電路中的虛假焊接等也會對電路造成干擾。這類干擾源是能夠消除的，也必須消除。

2.1.2 破壞干擾途徑

對于場的干擾，可采取屏蔽措施；對于路的干擾，可采用限幅、整流等信號處理方法，切斷干擾途徑，或采用早通脈沖等方法從時間機率上切斷干擾途徑。如果無法切斷干擾途徑，就要區(qū)分有用信號和干擾信號，根據(jù)信號的特征，采用退耦、濾波、選頻等電路手段，引導(dǎo)干擾信號轉(zhuǎn)移，以抑制信號對電路的影響。

2.2 抑制干擾的措施

2.2.1 退耦

直流電源和地線中的脈沖電流所造成的干擾是常見的內(nèi)部干擾。因為一塊電路板上往往有幾十個邏輯單元，這些邏輯單元在變換狀態(tài)時，從電源中取得的電流將發(fā)生變化，這樣一個電流就在共電源的內(nèi)阻和接地回路的阻抗上就形成了干擾脈沖。這些干擾脈沖會以路的形式干擾公共電源上的各單元電路。抑制這種干擾的有效措施是在電源與地之間并接退耦電容，電容量越大，退耦效果越好，一般均采用電介電容進行退耦。在某些要求較高的場合，除了要采用容量較大的電介電容外，還要并接一只0.01～0.1 μF的非電解電容作為退耦元件。這是因為電介電容具有一定的分布電感，其對脈沖的高頻分量是呈感抗的，而上述做法能使它們分別起到低頻和高頻的退耦作用。

2.2.2 接地

電路的接地是十分重要的，因為接地問題會引起內(nèi)部的反饋干擾?？偟囊笫墙拥鼗芈返淖杩挂停唤拥攸c的焊接或連接要十分可靠，并采取一點接地的方式；輸出級的接地點離工作電源的底線應(yīng)盡可能地近一些，其他接地點則按信號的逆流程依次逐級連接，即輸入級的接地點離電源線最遠(yuǎn)。

接地干擾產(chǎn)生的根源是各級電路的動態(tài)工作電流在接地回路、接觸電阻等阻抗上的降壓以路的形式反饋到前級作為輸入信號，當(dāng)反饋量與反饋極性符合一定條件時，就會引起電路的不穩(wěn)定。

2.2.3 屏蔽

屏蔽主要是針對各種場的干擾，對于經(jīng)磁場和地點磁場的干擾，應(yīng)采用導(dǎo)磁材料屏蔽；對于高頻電磁場的干擾，應(yīng)采用良導(dǎo)體屏蔽；對于電場干擾，則主要依靠導(dǎo)體屏蔽。

2.2.4 濾波

當(dāng)穩(wěn)壓電源控制器內(nèi)部電路不良時，輸入的平均電壓很小，用萬用表檢測是不容易發(fā)覺的，即使發(fā)現(xiàn)有些下降，也容易誤認(rèn)為是穩(wěn)壓電源中的參數(shù)漂移。這時，工作人員會重新調(diào)整一下取樣部分的分壓電位器，使輸入平均電壓提高到額定值，但這樣做會進一步加劇紋波干擾。對于這種干擾的解決，可以增加濾波電容的容量，但當(dāng)負(fù)載較重時，由于電源等效內(nèi)阻的限制，即使據(jù)需增加電容容量也無濟于事，而且過大的容量會使整流元件在接通電源時發(fā)生沖擊性損壞，比較徹底的方法是提高整流電路的交流電壓。

當(dāng)電路用電量較大時，可采取三相橋式整流方案。三相橋式整流的紋波頻率為電源頻率的6倍，容易濾波，而且三相橋式整流的紋波分量也比單相橋式小很多。另外，沿電路引入的干擾可以采取濾波的方法予以削弱或消除。

3 結(jié)束語

抗干擾問題是實踐性較強的問題，本文只介紹了一些常見的方法，在具體實踐中，還需“對癥下藥”，有時往往需要采用多種抗干擾措施，多管齊下，才能解決問題。要真正解決問題，還需逐一測試和科學(xué)結(jié)合各種抗干擾措施，以取得最合理的抗干擾方案，并把握干擾的本質(zhì)，使之上升為理論，為今后的實踐提供理論依據(jù)。