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在我們的四周,這些器材有的是單獨動(dòng)作的,有的是須和其它器材組合一起而構成整個(gè)系統動(dòng)作的;而這些電子器材的電路工作方式有些是類(lèi)比的,有些是數位的,或是類(lèi)比與數位兩者皆有的。在這些日益增多的電子設備及大能量設施里,亦造成了極為嚴重的電磁信號污染,即電磁干擾(Electro-Magnetic InterferenceEMI)。例如一些汽機車(chē)的引擎點(diǎn)火會(huì )對電視機造成干擾而以條紋方式出現在電視畫(huà)面上;或對收音機造成干擾而以炒豆子聲或背景噪聲方式出現于喇叭;而聆聽(tīng)音響時(shí)可能被電梯或高周波設備所產(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」不曾出現的電子產(chǎn)品現在也是電磁干擾的主要來(lái)源之一,如吹風(fēng)機、洗衣機、冷氣機、電冰箱、電梯、日光燈、電動(dòng)縫紉機、錄放影機、電焊機及高周波設備等等;另外電力線(xiàn)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)自外層空間的噪聲等等,總而言之,我們的生活圈里充滿(mǎn)著(zhù)電磁干擾,而且似乎生活水準愈高,問(wèn)題也就愈嚴重。
或許對許多人而言他們認為受到噪聲干擾只不過(guò)是使得電視機的畫(huà)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 )造成什么危險;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,或當客機于暴風(fēng)雨中作緊急降落,而其電子導航系統又遭到電磁干擾而失效,那么該怎么辦呢?只有自求多福羅!還好,大部份的人也都不曾進(jìn)入這么危險的環(huán)境,但這些危險確實(shí)存在,且不可不歷。
電磁干擾遠在馬可尼設計了第一部無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機時(shí)便已存在。電磁干擾在早些時(shí)候也稱(chēng)為射頻干擾或高頻干擾(Radio Frequency Interference RFI),再早就是叫做噪聲干擾。當年馬可尼設計無(wú)線(xiàn)電發(fā)射機最大的問(wèn)是是在于兩組火花式調諧電路的發(fā)射器干擾問(wèn)題,但如果馬可尼還在世的話(huà),他將會(huì )驚訝于現今電磁干擾問(wèn)題的嚴重性以及其復雜的程度。
幾十年來(lái)工程人員便已知道幾乎每個(gè)電子設備于工作時(shí)都會(huì )幅射出一些電磁波,故電子設備在使用時(shí)是不可能不去干擾到其它的電子設備;但由于這些噪聲的種類(lèi)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)題所花費的時(shí)間與精力常比電路設計時(shí)所花費的還多。近年來(lái)已有許多機構在進(jìn)行電磁兼容性(Electro Magnetic Compatibility EMC)的研究,所謂的電磁兼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兼容性的改善方法,但一些屬于家電性質(zhì)的消費性器材若非生產(chǎn)廠(chǎng)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,因此就算有設計抗電磁干擾的電路于這些產(chǎn)品內也往往無(wú)法達到預期的效果。再加上市場(chǎng)的競爭,要廠(chǎng)商研究改進(jìn)并且加上一些對其銷(xiāo)售無(wú)直接幫助的電路簡(jiǎn)直是不可能的事。當使用者遇到干擾問(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)與傳導性噪聲(Conducted Noise);構成噪聲干擾的三個(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,或是導因于附近的電力輸送線(xiàn)。噪聲亦可能經(jīng)由天線(xiàn)而進(jìn)入,在很多情況下,噪聲都很可能直接被屋內的配線(xiàn)、或器材的導線(xiàn)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、電腦、音響器材等等)必須受到保護,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(xiàn)而引入之電磁干擾最為常見(jiàn);對一些高傳真度音響器材而言,由電源線(xiàn)引人之噪聲會(huì )在很多情況下巧妙地對原音動(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 )對信號線(xiàn)、喇叭線(xiàn)等構成影響。
對很多人而言,他們相信自電力設施輸送到用戶(hù)的電跟他們的信號產(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(guān)測的話(huà),將會(huì )發(fā)現所看到的根本不是「清純」的60Hz正弦波,而是含有著(zhù)各種不同的失真、早已扭曲變形、有突波、凹陷等等,此一現象還因時(shí)因地而變化;至此,若你深感此問(wèn)題的嚴重性,那么最好的方法便是去買(mǎi)一堆電池回來(lái)使用,或是去買(mǎi)一部發(fā)電機回來(lái),只是發(fā)電機的功力來(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也確曾使用過(guò)一屋子的鉛酸電池和發(fā)電機去供給他們器材所需的電源。不過(guò),我倆現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,因為專(zhuān)供電源使用的變壓器通常只設計在一個(gè)固定的低頻率工作,其頻率響應也相當的差,所以,在高頻時(shí)的磁力線(xiàn)交連便很差,結果便限制了多種類(lèi)型的噪聲。此一構想不錯,但一般的變壓器為了要降低成本及減少磁損,初級與次級便做得很靠近,那么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)方法可以降低初級圈與次級圈間的電容量,即便是將初級圈和次級圈分離,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圈和次級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;若將隔離片的片數增加,則效果會(huì )大些,此時(shí)除了相當于將分布容量做更多的串聯(lián)以減少其等效電容值外,對電磁波的隔離也多少有點(diǎn)效果?傊,為了達到良好的靜電隔離效果,應盡量降低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」,即是將初級圈與次級圈完全分開(kāi)并做靜電隔離,并使其初級圈與次級圈的配置與配線(xiàn)結合為最小,如此,初級圈和次級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的EI型那么簡(jiǎn)單,售價(jià)也不低,若你真的很愛(ài)惜你的器材的話(huà)它還是值得的。不過(guò)若你能找到和你器材內同規格的此種變壓器時(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(xiàn)常會(huì )形成一支天線(xiàn),特別是在VHF的波段;而大多數的濾波器均在1MHz到10MHz之間的頻率有著(zhù)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(chǎng)商在發(fā)現了其產(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)大家所期望的結果是所有的電子產(chǎn)品均能免除電磁干擾的困擾,那么,便只有在設計當時(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)世后才發(fā)現有問(wèn)題,那么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,至于其詳細的解決方法是必須從產(chǎn)品設計時(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 )對電子器材有更深一層的了解。 |