任紅濤

摘 要：本文主要從紋波在測(cè)量過(guò)程中可能產(chǎn)品的干擾方式和耦合途徑著手，尋求解決干擾的方法。首先，對(duì)紋波和噪聲的定義的角度進(jìn)行剖析，對(duì)紋波和噪聲產(chǎn)生的機(jī)理和用途角度進(jìn)行了闡述;其次，針對(duì)紋波的測(cè)量和計(jì)算進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹;然后，對(duì)干擾的耦合方式進(jìn)行了分析;最后，針對(duì)不同方式的干擾找到相對(duì)應(yīng)的解決方法。

一、研究背景

在環(huán)境實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試紋波時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)紋波超標(biāo)現(xiàn)象，產(chǎn)品在其它實(shí)驗(yàn)室測(cè)試結(jié)果正常，可以肯定環(huán)境實(shí)驗(yàn)室內(nèi)工作電路中引入了不希望存在的干擾信號(hào)。

二、研究目的

通過(guò)研究耦合方式和耦合路徑，找到排除耦合干擾因素，達(dá)到進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量的目的。

三、定義

1.紋波（ripple）的定義

紋波是由于直流穩(wěn)定電源的電壓波動(dòng)而造成的一種現(xiàn)象，因?yàn)橹绷鞣€(wěn)定電源一般是由交流電源經(jīng)整流穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)而形成的，這就不可避免地在直流穩(wěn)定量中多少帶有一些交流成份，這種疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量就稱之為紋波。

紋波的成分較為復(fù)雜，它的形態(tài)一般為頻率高于工頻的類似正弦波的諧波，另一種則是寬度很窄的脈沖波。對(duì)于不同的場(chǎng)合，對(duì)紋波的要求各不一樣。對(duì)于電容器來(lái)說(shuō)，無(wú)論是哪一張紋波，只要不是太大，一般對(duì)電容器質(zhì)量不會(huì)造成影響。

紋波就是一個(gè)直流電壓中的交流成份。直流電壓本來(lái)應(yīng)該是一個(gè)固定的值，但是很多時(shí)候它是通過(guò)交流電壓整流、濾波后得來(lái)的，由于濾波不干凈，就會(huì)有剩余的交流成份，即便如此，就是用電池供電也因負(fù)載的波動(dòng)而產(chǎn)生抖動(dòng)。事實(shí)上，即便是最好的基準(zhǔn)電壓源器件，其輸出電壓也是有抖動(dòng)的。

2.噪聲定義

噪聲信號(hào)就是目的信號(hào)以外的所有信號(hào)的一個(gè)總稱。最初人們把造成收音機(jī)這類音響設(shè)備所發(fā)出噪聲的那些電子信號(hào)，稱為噪聲。但是，一些非目的的電子信號(hào)對(duì)電子線路造成的后果并非都和聲音有關(guān)，因而，后來(lái)人們逐步擴(kuò)大了噪聲概念。例如，把造成視屏幕有白斑條紋的那些電子信號(hào)也稱為噪聲。可能以說(shuō)，電路中除目的信號(hào)以外的一切信號(hào)，不管它對(duì)電路是否造成影響，都可稱為噪聲。又有某一頻率的無(wú)線電波信號(hào)，對(duì)需要接收這種信號(hào)的接收機(jī)來(lái)講，它是正常的目的信號(hào)，而對(duì)另一種接收機(jī)它就是一種非目的信號(hào)，即噪聲。用示波器觀察到在正常的脈沖信號(hào)上混有一些小的尖峰脈沖是所不期望的，而是一種噪聲。但由于電路特性關(guān)系，這些小尖峰脈沖還不至于使數(shù)字電路的邏輯受到影響而發(fā)生故障，所以可以認(rèn)為是沒(méi)有干擾。

當(dāng)一個(gè)噪聲電壓大到足以使電路受到干擾時(shí)，該噪聲電壓就稱為干擾電壓。而一個(gè)電路或一個(gè)器件，當(dāng)它還能保持正常工作時(shí)所加的最大噪聲電壓，稱為該電路或器件的抗干擾容限或抗擾度。一般說(shuō)來(lái)，噪聲很難消除，但可以設(shè)法降低噪聲的強(qiáng)度或提高電路的抗擾度，以使噪聲不至于形成干擾。

3.紋波及噪聲的危害

除了在電爐子和產(chǎn)生諧波以外，它主要有以下主要危害：

1）使電路中發(fā)生諧振而造成過(guò)流或過(guò)壓引發(fā)事故;

2）增加附加損耗，降低發(fā)電、輸電及用電設(shè)備的效率和設(shè)備利用率;

3）使電氣設(shè)備（電機(jī)、電容器、變壓器等）運(yùn)行不正常，加速絕緣老化，從而縮短它們的使用壽命;

4）使繼電保護(hù)、自動(dòng)裝置、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)及許多用電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不正?；虿荒苷?dòng)作或操作，干擾數(shù)字電路的邏輯關(guān)系，影響其正常工作;

5）使測(cè)量和計(jì)量?jī)x器、儀表不能正確指示或計(jì)量;

6）干擾通信系統(tǒng)，降低信號(hào)的傳輸質(zhì)量，破壞信號(hào)的正常傳遞，甚至損壞通信設(shè)備。

四、測(cè)量與計(jì)算

紋波的測(cè)量可以采用指針電壓表測(cè)量也可以采用示波器測(cè)量，當(dāng)前示波器測(cè)量是主流，示波器帶寬對(duì)紋波測(cè)量有影響。儀器測(cè)量值為峰峰值，既有我們需要測(cè)量得到的真實(shí)值，也有因?yàn)楫a(chǎn)品工作背景引入的各種噪聲信號(hào)。

首先，硬件連接要注意一下幾點(diǎn)：

1）探頭要與示波器匹配，末端要接合適電容。

2）測(cè)量位置應(yīng)該是被測(cè)量的輸出端，功率端因?yàn)榫€的長(zhǎng)短和電壓的衰減，測(cè)量是不準(zhǔn)確的，同時(shí)距離電子負(fù)載端太近，受電子設(shè)備輸出紋波影響嚴(yán)重，即引入的噪聲信號(hào)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)把真實(shí)值淹沒(méi)的情況，故應(yīng)該連接在測(cè)量端。

3）多路信號(hào)同時(shí)測(cè)量時(shí)，應(yīng)該使用差分探頭進(jìn)行隔離。

4）示波器設(shè)置：測(cè)量帶寬，測(cè)量通道，直流/交流，探頭比例，時(shí)間和幅值，峰峰值測(cè)量等

5）調(diào)節(jié)時(shí)間和幅值，把曲線顯示在屏幕中央，占屏幕30%～80%，時(shí)間要可以讀取紋波周期為宜。

6）根據(jù)周期計(jì)算出紋波的頻率，根據(jù)頻率判斷產(chǎn)生的位置和原因，為實(shí)驗(yàn)室的改造提供依據(jù)。

五、耦合方式與路徑

簡(jiǎn)單來(lái)講，噪聲信號(hào)的耦合方式就是各種電磁信號(hào)的耦合方式。

1.空間輻射耦合

測(cè)量位置的空間散布的各種電磁波，作用到被測(cè)產(chǎn)品的工作電路中，然后產(chǎn)生相應(yīng)的噪聲信號(hào)。通常實(shí)驗(yàn)室中的電磁波來(lái)源主要是正在運(yùn)行的試驗(yàn)設(shè)備。

2.接觸傳導(dǎo)耦合

1）測(cè)量線路傳導(dǎo)

測(cè)量線路指的是示波器供電端和測(cè)量探頭都有可能引入噪聲信號(hào)。供電端電源線應(yīng)該連接在背景干凈的電源插座上，或者連接在隔離插座上。測(cè)量探頭的屏蔽要良好，同時(shí)與示波器連接的地線也要連接牢靠。

2）供電線路傳導(dǎo)

此處的供電線指的是產(chǎn)品的工作線路中的儀器設(shè)備的供電線引入噪聲信號(hào)的方式。

3）工作電路中的設(shè)備傳導(dǎo)

產(chǎn)品工作線路中的儀器設(shè)備自身的某些頻段的信號(hào)傳導(dǎo)進(jìn)被測(cè)電路。

4）硬件線路接觸不良

某些工作電路中的連接接觸不良，也有可能產(chǎn)生不希望的噪聲信號(hào)。

六、解決辦法

針對(duì)噪聲信號(hào)的耦合方式，找到相應(yīng)的解決辦法：

1）對(duì)于空間輻射耦合的干擾源，要找到接收點(diǎn)，然后把接收點(diǎn)用屏蔽功能的金屬箔等進(jìn)行屏蔽。

2）探頭屏蔽和接地應(yīng)該良好，否則予以更換。

3）供電電源背景如果不干凈，應(yīng)該連接在隔離插座上。

4）對(duì)工作電路中的設(shè)備傳導(dǎo)的噪聲，可以通過(guò)合適的濾波電路進(jìn)行過(guò)濾，或找到干擾可以接受的儀器進(jìn)行替換。同時(shí)把測(cè)試點(diǎn)盡量遠(yuǎn)離有影響的設(shè)備。

5）排查線路中的接觸不良問(wèn)題，把所有連接點(diǎn)均做到連接牢靠。

6）另外，對(duì)高頻干擾信號(hào)，還可以在引入干擾的線路末端通過(guò)加磁環(huán)的方法進(jìn)行限制。

7）對(duì)于空間耦合方式的干擾源，在確定干擾源后，被干擾儀器與干擾源的距離影響很大，可以采用加大距離，遠(yuǎn)離干擾源的方法進(jìn)行處理。

七、結(jié)論

如果可以找到背景噪聲干凈的工作環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，采用干凈工作環(huán)境是首選。假如無(wú)法選擇時(shí)，遇到測(cè)量結(jié)果超差或明顯與已知情況不符的情況時(shí)，首先尋找到干擾源。在尋找干擾源的過(guò)程中，可以通過(guò)可能性和工作量的大小來(lái)進(jìn)行排序，可能性越大同時(shí)工作量小的先進(jìn)行。然后按照對(duì)應(yīng)的解決辦法進(jìn)行排除，從而得到理想的被測(cè)值。