瞬態(tài)脈沖干擾含有豐富的高頻成分,因此,使用低通濾波器可以濾除部分能量,從而減小干擾的幅度。設(shè)輸入低通濾波器的是一個(gè)梯形波(不失一般性),其幅度為vip,脈寬d,則其頻譜的幅度為:
vi(f)= 2vipd f1/d
設(shè)濾波器的插入損耗特性為il(f),截止頻率為 fco ,則濾波器的輸出電壓頻譜vo(f)為:
vo(f)= vi(f)il(f)
若用db表示,則為:vo(f)dbv = vi(f)dbv + il(f)dbv
設(shè)輸出波形也是梯形波,其幅度為 vop ,脈寬為do, 則截止頻率以下部分(插入損耗為0)的頻譜的幅度為:
vo(f)= vi(f)= 2vipd ffco
瞬態(tài)干擾:指時(shí)間很短,但幅度較大的電磁干擾。常見的瞬態(tài)干擾(設(shè)備需要通過試驗(yàn)驗(yàn)證其抗擾度)有三種:電快速脈沖(eft)、浪涌(surge)、靜電放電(esd)。
電快速脈沖:由電路中的感性負(fù)載斷開時(shí)產(chǎn)生。其特點(diǎn)是不是單個(gè)脈沖,而是一連串的脈沖,因此,它對(duì)電路的影響較大。因?yàn)橐贿B串的脈沖可以在電路的輸入端產(chǎn)生累計(jì)效應(yīng),使干擾電平的幅度最終超過電路的噪聲門限。從這個(gè)機(jī)理上看,脈沖串的周期越短,則對(duì)電路的影響越大。因?yàn)?,?dāng)脈沖串中的每個(gè)脈沖相距很近時(shí),電路的輸入電容沒有足夠的時(shí)間放電,就又開始新的充電,容易達(dá)到較高的電平。
浪涌:浪涌主要是由雷電在電纜上感應(yīng)產(chǎn)生的,功率很大的開關(guān)也能產(chǎn)生。浪涌的特點(diǎn)是能量很大,室內(nèi)的浪涌電壓幅度可以達(dá)到6kv,室外往往會(huì)超過10kv。浪涌雖然不象eft那么普遍,但是一旦發(fā)生危害是十分嚴(yán)重的,往往導(dǎo)致電路的損壞。
靜電放電:雷電現(xiàn)象實(shí)際就是一種靜電放電現(xiàn)象,它對(duì)設(shè)備電纜的影響已經(jīng)體現(xiàn)在浪涌試驗(yàn)中了。實(shí)際環(huán)境中的另一類主要現(xiàn)象是人體接觸設(shè)備時(shí)的靜電放電。但在一些標(biāo)準(zhǔn)中增加了比人體放電更嚴(yán)酷的裝置放電。這些靜電放電對(duì)設(shè)備造成的影響從本質(zhì)上講以輻射干擾為主,這在后面詳細(xì)介紹。
在電氣和機(jī)電設(shè)備中常見的一種瞬態(tài)干擾是由繼電器、馬達(dá)、變壓器等電感器件產(chǎn)生的。一般這些器件構(gòu)成系統(tǒng)的一部分,因此干擾往往在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生。設(shè)計(jì)人員對(duì)此應(yīng)給予足夠的重視。
瞬態(tài)干擾產(chǎn)生的機(jī)理:在電感負(fù)載的電路中,當(dāng)開關(guān)斷開時(shí),根據(jù)電感的特性,電感上的電流不能突然消失,為了維持這個(gè)電流,電感上會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很高的反電動(dòng)勢(shì),根據(jù)楞次定律,這個(gè)電壓為:
e = -l ( di / dt )
l = 電感(h)
i = 電感中的電流(a)
這個(gè)反電動(dòng)勢(shì)向電感的寄生電容c反向充電。隨著充電電壓的升高,觸點(diǎn)上的電壓也升高,當(dāng)達(dá)到一定程度時(shí),將觸點(diǎn)擊穿,形成導(dǎo)電通路,電容c開始放電,電壓開始下降,當(dāng)電壓降到維持觸點(diǎn)空氣導(dǎo)通的電壓以下時(shí),通路斷開,又重復(fù)上面的過程。這種過程一直重復(fù)到由于觸點(diǎn)之間的距離增加,電容上的電壓不能擊穿觸點(diǎn)為止。
當(dāng)電容不能通過擊穿觸點(diǎn)放電時(shí),就通過電感回路放電,直到電感中的能量耗盡為止。
說明1:隨著觸點(diǎn)的距離越來越遠(yuǎn),擊穿觸點(diǎn)需要的電壓越來越高,因此電容上的電壓越來越高。
說明2:隨著擊穿觸點(diǎn)需要的電壓越來越高,電容充電的時(shí)間越來越長(zhǎng),因此震蕩波形的頻率越來越低。
說明3:電容c每次擊穿觸點(diǎn)向電源回路反向放電時(shí),會(huì)在電源回路上形成很大的脈沖電流,由于電源阻抗的存在,這些脈沖電流在電源兩端形成了脈沖電壓,從而對(duì)共用這個(gè)電源的其它電路造成影響。
在電氣和機(jī)電設(shè)備中常見的一種瞬態(tài)干擾是由繼電器、馬達(dá)、變壓器等電感器件產(chǎn)生的。一般這些器件構(gòu)成系統(tǒng)的一部分,因此干擾往往在系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生。設(shè)計(jì)人員對(duì)此應(yīng)給予足夠的重視。
開關(guān)觸點(diǎn)被擊穿導(dǎo)通(可見到藍(lán)光)的機(jī)理有兩種:輝光放電和弧光放電。
輝光放電:當(dāng)加在氣體上的電場(chǎng)強(qiáng)度較強(qiáng)時(shí),氣體中的自由電子或離子會(huì)獲得足夠能量,撞擊其它原子或分子,產(chǎn)生更多的自由電子和離子,形成導(dǎo)電氣體,這種狀態(tài)稱為氣體電離。當(dāng)觸點(diǎn)之間的氣體發(fā)生電離時(shí),會(huì)發(fā)生一種能自行維持的輝光放電。
起輝電壓:能夠造成氣體電離的電壓稱為起輝電壓。起輝電壓與氣體種類、氣體壓力和觸點(diǎn)之間距離有關(guān)。標(biāo)準(zhǔn)壓力和溫度下的空氣,當(dāng)觸點(diǎn)間距是0.08mm時(shí),起輝電壓大約為320v。觸點(diǎn)間距增加或減小時(shí),電壓都要增加。
維持電壓:氣體發(fā)生電離以后,只需要較低電壓就能維持其電離狀態(tài)。這個(gè)維持電壓與觸點(diǎn)的距離無關(guān),在空氣中大約為300v。另外,為了維持導(dǎo)通,還需要一個(gè)最小電流,通常為幾個(gè)ma。
弧光放電:金屬中的電子處于自由狀態(tài)。有些電子的速度足夠高,可以脫離金屬表面。通常情況下,它們很快就會(huì)被拉回金屬表面。但如果有一個(gè)外加電場(chǎng)能夠克服這個(gè)拉回電子的力,則電子就成為空間的自由電子。所需要的電壓梯度一般為0.5mv/cm。
在外界電場(chǎng)的作用下,電子從陰極射向陽極,由于局部電流很大,使觸點(diǎn)局部溫度很高,這可能使金屬汽化,形成了一個(gè)金屬氣體橋,這就是弧光放電。一旦形成了金屬氣體橋,發(fā)生了弧光放電,只要外界電壓能克服陰極電位,并且有足夠的電流使金屬汽化,弧光放電就能夠保持。維持電壓一般為10-30v,維持電流一般為1a。當(dāng)電壓或電流不滿足這個(gè)條件時(shí),弧光放電就終止了。
氣體金屬橋上的電流由電路電阻和電源電壓決定。