產(chǎn)生電磁干擾的來(lái)源及其抑制方法

這幾年來(lái)傳播媒體常提及「公害」一詞，諸如水質(zhì)污染、空氣污染、噪音問(wèn)題等等，曾幾何時(shí)，環(huán)境污染已成為我們最頭痛的問(wèn)題。

而電子 技術(shù)的日新月異，各種電子器材也相繼出現(xiàn)在我們的四周，這些器材有的是單獨(dú)動(dòng)作的，有的是須和其它器材組合一起而構(gòu)成整個(gè)系統(tǒng)動(dòng)作的；而這些電子器材的電 路工作方式有些是類比的，有些是數(shù)位的，或是類比與數(shù)位兩者皆有的。在這些日益增多的電子設(shè)備及大能量設(shè)施里，亦造成了極為嚴(yán)重的電磁信號(hào)污染，即電磁干擾(Electro-Magnetic InterferenceEMI)。例如一些汽機(jī)車的引擎點(diǎn)火會(huì)對(duì)電視機(jī)造成干擾而以條紋方式出現(xiàn)在電視畫面上；或?qū)κ找魴C(jī)造成干擾而以炒豆子聲或背景噪 聲方式出現(xiàn)于喇叭；而聆聽(tīng)音響時(shí)可能被電梯或高周波設(shè)備所產(chǎn)生之噪聲串入音響器材而造成不愉快的聲音輸出，亦或使用家用電腦時(shí)被冰箱的啟動(dòng)而造成電腦的錯(cuò) 誤動(dòng)作等等。

電磁干擾無(wú)所不在

一些「古時(shí)候」不曾出現(xiàn)的電子產(chǎn)品現(xiàn)在也是電磁干擾的主要來(lái)源之一，如吹風(fēng)機(jī)、洗衣機(jī)、冷氣機(jī)、電冰箱、電梯、日光燈、電動(dòng)縫紉機(jī)、錄放影機(jī)、電焊機(jī)及高周波設(shè)備等等；另外電力線也會(huì)產(chǎn)生很多的干擾問(wèn) 題。除了人為的噪聲外，自然界也會(huì)產(chǎn)生許多干擾的問(wèn)題，如靜電、雷擊及來(lái)自外太空的噪聲等等，總而言之，我們的生活圈里充滿著電磁干擾，而且似乎生活水準(zhǔn) 愈高，問(wèn)題也就愈嚴(yán)重。

或許對(duì)許多人而言他們認(rèn)為受到噪聲干擾只不過(guò)是使得電視機(jī)的畫面變的不好看，或是音響器材發(fā)出一些雜音而已，并不會(huì)造成什麼危險(xiǎn)；但若有一心臟病人正在使用心電儀器又受到電磁噪聲的干擾，或當(dāng)客機(jī)于暴風(fēng)雨中作緊急降落，而其電子導(dǎo)航系統(tǒng)又遭到電磁干擾而失效，那麼該怎麼辦呢？只有自求多福羅！還好，大部份的人也都不曾進(jìn)入這麼危險(xiǎn)的環(huán)境，但這些危險(xiǎn)確實(shí)存在，且不可不歷。

電磁干擾遠(yuǎn)在馬可尼設(shè)計(jì)了第一部無(wú)線電發(fā)射機(jī)時(shí)便已存在。電磁干擾在早些時(shí)候也稱為射頻干擾或高頻干擾(Radio Frequency Interference RFI)，再早就是叫做噪聲干擾。當(dāng)年馬可尼設(shè)計(jì)無(wú)線電發(fā)射機(jī)最大的問(wèn)是是在于兩組火花式調(diào)諧電路的發(fā)射器干擾問(wèn)題，但如果馬可尼還在世的話，他將會(huì)驚訝于現(xiàn)今電磁干擾問(wèn)題的嚴(yán)重性以及其復(fù)雜的程度。

幾 十年來(lái)工程人員便已知道幾乎每個(gè)電子設(shè)備于工作時(shí)都會(huì)幅射出一些電磁波，故電子設(shè)備在使用時(shí)是不可能不去干擾到其它的電子設(shè)備；但由于這些噪聲的種類繁 多，其產(chǎn)生的原因及其傳送的方法更是包羅萬(wàn)象，既無(wú)法預(yù)知，亦無(wú)任何萬(wàn)金的解決辦法，也往往為了解決噪聲干擾的問(wèn)題所花費(fèi)的時(shí)間與精力常比電路設(shè)計(jì)時(shí)所花 費(fèi)的還多。近年來(lái)已有許多機(jī)構(gòu)在進(jìn)行電磁相容性(Electro Magnetic Compatibility EMC)的研究，所謂的電磁相容性便是指器材于可能的電磁干擾環(huán)境下仍能正常工作之能力。

一些精密昂貴的軍用器材、儀器、大 型電腦、航空器材等，為了消除電磁干擾的問(wèn)題也采用了許多電磁相容性的改善方法，但一些屬于家電性質(zhì)的消費(fèi)性器材若非生產(chǎn)廠商的成本顧慮便是其相信他們的 產(chǎn)品只有一小部份會(huì)進(jìn)入電磁干擾的環(huán)境使用，因此就算有設(shè)計(jì)抗電磁干擾的電路于這些產(chǎn)品內(nèi)也往往無(wú)法達(dá)到預(yù)期的效果。再加上市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)，要廠商研究改進(jìn)并 且加上一些對(duì)其銷售無(wú)直接幫助的電路簡(jiǎn)直是不可能的事。當(dāng)使用者遇到干擾問(wèn)題時(shí)，只好自個(gè)想辦法啦！

電磁噪聲解決方法

電 磁噪聲依其傳播的方法可分為幅射性噪聲(Radiated Noise)與傳導(dǎo)性噪聲(Conducted Noise)；構(gòu)成噪聲干擾的三個(gè)主要因素為「噪聲產(chǎn)生源」、「受到噪聲感染之感受體」及「噪聲傳播路徑」，若三者缺一便無(wú)法構(gòu)成噪聲問(wèn)題。而干擾可能來(lái) 自自己家中，或是由鄰居家中發(fā)出者，或是導(dǎo)因于附近的電力輸送線。噪聲亦可能經(jīng)由天線而進(jìn)入，在很多情況下，噪聲都很可能直接被屋內(nèi)的配線、或器材的導(dǎo)線所拾取。

要解決電磁干擾有三種方法：其一為「噪聲產(chǎn)生源」產(chǎn)生的干擾必須被壓到最小的情況，二為「感受體」 (如電視機(jī)、電腦、音響器材等等)必須受到保護(hù)，以期能抗拒噪聲的干擾，三是「噪聲的傳播路徑」完全被阻斷或是盡可能減少噪聲的傳播機(jī)會(huì)。

一般而言，除直接由電磁幅射所引致的干擾外，另經(jīng)由電源線而引入之電磁干擾最為常見(jiàn)；對(duì)一些高傳真度音響器材而言，由電源線引人之噪聲會(huì)在很多情況下巧妙地 對(duì)原音動(dòng)了手腳，并在傳真的可信度上有戲劇性的效果，而此時(shí)你用示波器根本看不出音頻波形有何變化；同樣的，幅射性電磁干擾亦會(huì)對(duì)信號(hào)線、喇叭線等構(gòu)成影 響。

對(duì)很多人而言，他們相信自電力設(shè)施輸送到用戶的電跟他們的信號(hào)產(chǎn)生器所產(chǎn)生的正弦波差不多，差別只是在于功率而已。事實(shí) 上，若用示波器去作觀測(cè)的話，將會(huì)發(fā)現(xiàn)所看到的根本不是「清純」的60Hz正弦波，而是含有著各種不同的失真、早已扭曲變形、有突波、凹陷等等，此一現(xiàn)象 還因時(shí)因地而變化；至此，若你深感此問(wèn)題的嚴(yán)重性，那麼最好的方法便是去買一堆電池回來(lái)使用，或是去買一部發(fā)電機(jī)回來(lái)，只是發(fā)電機(jī)的功力來(lái)源切不可為汽油 引擎，因汽油引擎的火星塞亦為電磁干擾的來(lái)源之一。說(shuō)真的，這兩個(gè)解決辦法還真是治本的唯一方法，而軍方單位、電信單位及廣播電臺(tái)也確曾使用過(guò)一屋子的鉛酸電池和發(fā)電機(jī)去供給他們器材所需的電源。不過(guò)，我倆現(xiàn)在的變通辦法便是在電源進(jìn)到器材以前，好好的把它「美容整形」一番便得了。

隔離變壓器

曾有人想到使用一個(gè)隔離變壓器，以阻斷噪聲的傳播路徑，因?yàn)閷９╇娫词褂玫淖儔浩魍ǔＶ辉O(shè)計(jì)在一個(gè)固定的低頻率工作，其頻率響應(yīng)也相當(dāng)?shù)牟?，所以，在高頻時(shí) 的磁力線交連便很差，結(jié)果便限制了多種類型的噪聲。此一構(gòu)想不錯(cuò)，但一般的變壓器為了要降低成本及減少磁損，初級(jí)與次級(jí)便做得很靠近，那麼它們之間便有足 夠的電容量來(lái)將噪聲傳過(guò)去。有一個(gè)方法可以降低初級(jí)圈與次級(jí)圈間的電容量，即便是將初級(jí)圈和次級(jí)圈分離，但分離得愈開(kāi)則變壓器的效率將愈低，較好的方法是 在初級(jí)圈和次級(jí)圈之間用一層銅片隔開(kāi)并接地，亦即法拉第屏蔽(Faraday Shield)；假設(shè)以Zs為0的狀態(tài)下接地，則A，B間的靜電容量C1與C2則不再串聯(lián)，而僅由Cs 產(chǎn)生作用。此時(shí)，所使用的靜電隔離材料，如銅片的材質(zhì)，銅片的厚度等等都會(huì)影響到效果。實(shí)際上，即使隔離材料的厚度很厚，也多少會(huì)有Zs存在，因 此，C1、C2的影響仍無(wú)法完全消除；若將隔離片的片數(shù)增加，則效果會(huì)大些，此時(shí)除了相當(dāng)于將分布容量做更多的串聯(lián)以減少其等效電容值外，對(duì)電磁波的隔離 也多少有點(diǎn)效果?？傊?，為了達(dá)到良好的靜電隔離效果，應(yīng)盡量降低Zs值，并減少Cs值。

若要真正做到具有高度噪聲截止效果的 變壓器便必須做到「箱隔屏蔽」，即是將初級(jí)圈與次級(jí)圈完全分開(kāi)并做靜電隔離，并使其初級(jí)圈與次級(jí)圈的配置與配線結(jié)合為最小，如此，初級(jí)圈和次級(jí)圈間的電容 將可少于0.005pF。只是此種變壓器的制造已非傳統(tǒng)的EI型那麼簡(jiǎn)單，售價(jià)也不低，若你真的很愛(ài)惜你的器材的話它還是值得的。不過(guò)若你能找到和你器材 內(nèi)同規(guī)格的此種變壓器時(shí)，你不妨直接替換，這樣將會(huì)比你使用隔離變壓器時(shí)的效果還好。

近來(lái)市上有種內(nèi)含射頻濾波器的電源插座盒出售，它較使用隔離變壓器的方法要簡(jiǎn)單且經(jīng)濟(jì)許多，但仍然與使用變壓器作噪聲隔離時(shí)一樣，其濾波器(或變壓器)本身到器材間的本屏蔽電源線常會(huì)形成一支天線，特別是在VHF的波段；而大多數(shù)的濾波器均在1MHz到10MHz之間的頻率有著良好的衰減特性，而10MHz以上的頻率則愈來(lái)愈差，亦即它不大能壓抑100MHz以上的起高頻噪聲進(jìn)入到你的器材里。

有 些廠商在發(fā)現(xiàn)了其產(chǎn)品有了干擾問(wèn)題存在時(shí)，大都會(huì)直接把濾波器裝在器材里以期能壓低這些噪聲的能量，使其不致干擾到電路的正常工作；不過(guò)大家所期望的結(jié)果 是所有的電子產(chǎn)品均能免除電磁干擾的困擾，那麼，便只有在設(shè)計(jì)當(dāng)時(shí)充份考慮到電磁相容此一問(wèn)題才行，否則于產(chǎn)品問(wèn)世後才發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題，那麼便有可能要花較高 的代價(jià)與精神才能解決部份問(wèn)題，而有時(shí)甚至無(wú)法澈底的解決所存在的干擾問(wèn)題。

后記:

本文僅概略的介紹了一些產(chǎn)生電磁干擾的來(lái)源及其簡(jiǎn)單的抑制方法，事實(shí)上，這些是不夠的，至于其詳細(xì)的解決方法是必須從產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)使開(kāi)始，有與趣的讀者可參閱該方面的事實(shí)，您將會(huì)對(duì)電子器材有更深一層的了解。