电子电路的噪声研究-学位论文.doc

单位代码： 005 分 类 号： TN911 延安大学西安创新学院 本科毕业论文（设计）题 目： 电子电路的噪声研究 专 业： 电子信息工程 电子电路的噪声研究摘要：随着电子技术的快速发展，各种各样的电子设备或系统已经开始广泛的出现在人们的生活中。这些设备或系统在运行时会向周围发射电磁能量，对其他的电子设备产生干扰，严重时可以造成一定的伤害。本研究重点对电子噪声的来源及其抑制方法进行讨论。由电子噪声的基础知识，电子器件的内部噪声，电子电路的噪声计算入手，讨论电子电路中的噪声来源及抑制噪声的有效方法。 关键词：内部噪声，来源，抑制The Study of electronic circuit noise Abstract: with the rapid development of electronic technology, all kinds of electronic equipment, or system has begun to widely appeared in peoples lives. Around the equipment, or system at run time to launch the electromagnetic energy, produces interference to other electronic equipment, serious when can cause certain harm. This study focus on electronic noise sources and its suppression methods are discussed. By the basic knowledge of electronic noise, electronic devices, the internal noise of electronic circuit, the noise calculation of electronic noise sources in the circuit are discussed and the effective method to suppress noise. Keywords: internal noise sources, suppressed 目录1.引言12.噪声的定义及其特性13.几种常见的电子噪声13.1电阻热噪声13.2晶体管及其噪声43.3低频噪声和电路板上电磁原件的干扰74噪声的量度84.1信噪比84.2噪声系数84.3噪声温度84.4分贝单位95噪声干扰的路径95.1噪声的耦合方式95.2公共阻抗耦合95.3直接耦合105.4电容耦合105.5电磁感应耦合115.6漏电耦合115.7辐射耦合126电子产品噪声的常规检测方法127噪声干扰的克服方法147.1 合理的选择器件147.2 采用优质的电源157.3 对电路合理的布局157.4抑制和减少输入端偏置电路的噪声167.5 通过对路径的控制来克服噪声干扰167.5.1 选择合理的接地点167.5.2 加入校正电路177.5.3根据不同的工作频段、参数选择适当的放大电路:187.5.4合理选取级间藕合也可以抑制噪声187.6通过处理接收方来减小噪声干扰187.6.1 屏蔽接收端187.6.2 静电屏蔽187.6.3 电磁屏蔽197.6.4 加入滤波电容和补偿电路207.7 其他克服噪声干扰的方法217.7.1 对称消除噪声法217.7.2 滤波方法21IV1.引言随着人们生活水平的提高，各种家电，手机、电视、电脑等高精度电子产品已经走进了普通百姓的家庭，成为人们生活不可缺的电子产品。而电子电路的噪声抑制也应经成为一个必须解决的问题，因为电子噪声造成的危害是无法估量的，轻则使电子设备或系统的工作性能等级下降，重则使人们的名财产受到严重威胁。因此电子电路中的噪声已经成为一个亟待解决的问题。2.噪声的定义及其特性所谓噪声，是指出有用信号以外的一切不需要的信号以及各种电磁骚动的总成。噪声与干扰是同义词，没有本质区别，而习惯上将外部来的称为干扰，内部产生的称为噪声。从原理上说，任何电子线路都有噪声，但一般情况下电子电路中的噪声强度都很弱，因此它的影响主要出现在有用信号比较弱的场合，如接收机的前级电路或多级高效增益的音频放大、视频放大器中。在这些电路中，本身较弱的噪声及信号通过多级放大后可以对系统产生不可估量的影响，因此对其噪声的抑制是必要的。3.几种常见的电子噪声3.1电阻热噪声一个导体或者电阻中有着大量的自由电子，由于温度的原因，在这其中的电子都会做不规则的运动，温度越高，自由电子的运动就越剧烈。就一个电子来看，它的一次运动过程就会在电阻两端产生起伏的电压。从一段时间看，进出电阻的电子量是一样的，因而电阻两端的平均电压应为零；但就某一瞬间看，电阻两端的电子量是不可能一致的，因而电阻两端的电势e的大小是随机变化的。图3-1为电阻热噪声的一段电压波形波形：图3-1 电阻热噪声电压波形理论及实践证明，当电阻的温度为T(K)(绝对温度)时，电阻R两端噪声电压为：因为热噪声是电子电路中的常见噪声，因此为了便于研究，把产生热噪声电阻元件用等效电路表示，等效电路由噪声电压(电流)发生器和无噪声电阻组成，如图3-2(a)所示。a根据电势源与电流源的等效互换原则，图3-2(a)的串联等效电路可用一个等效噪声，电流发生器并联一个无噪声的电阻来代替，如图3-2(b)所示,噪声电流发生器 I 的均方根值为：aR(无噪声)R(无噪声)bb图3-2 等效电路由于噪声的相位是随机的，所以图2中的噪声发生器均不标明它的参考正向。虽然因为热噪声的性质决定了其幅度和性质是随着时间无规则变幻的，但它的确遵守统计学规律，热噪声的特性如图3-3所示：图3-3 电阻热噪声特性图从图3-3可以看出热噪声具有极宽的频谱，其包含的频率分量从0频开始直到Hz以上，也因此可以从此图确定其功率频谱。其在单位频带上电阻两端的噪声电压均方值为：式中T为热力学温度，k为波尔兹曼常数。因为电压均方值可以看作该电压在1欧姆电阻上所消耗的平均功率，所以S(f)通常也称为电阻热噪声的功率谱密度。由此可知热噪声功率的频率分布是均匀的，也就是每赫兹之间电阻热噪声功率是一个常数。所以又把工作频带内功率谱密度分布均匀的噪声称为“白噪声” ，这意味着，它包含了很多的频率成分，如同白光由许多颜色组成的一样。除热噪声外，其它许多噪声源也有这种特性，同样称之为白噪声。而把功率谱频率变化的噪声称为“有色噪声”。3.2晶体管及其噪声在电子电路中晶体管主要包括晶体二极管，三极管和场效应管。(1)晶体二极管：二极管是一种具有单向导电性的二端器件，有电子二极管和晶体二极管之分，我们主要了解晶体二极管的特性。晶体二极管是由一个P型半导体和一个N型半导体形成的P-N结，在其界面处两侧形成空间电荷层，并建有自建电场。当不存在外加电压时，由于P-N结两边载流子浓度差引起的扩散电流和自建电场引起的漂移电流相等而处于电平衡状态。当外界有正向电压偏置时，外界电场和自建电场的互相抑制抵消使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。当外界有反向电压偏置时，外界电场和自建电场进一步加强，形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流I0。当外加的反向电压高到一定程度时，P-N结空间电荷层中的电场强度达到临界值产生载流子的倍增过程，产生大量电子空穴对，产生了数值很大的反向击穿电流，称为二极管的击穿现象。P-N结的反向击穿有齐纳击穿和雪崩击穿之分。1晶体二极管的噪声主要包括：（1）热噪声：当载流子通过电阻输运时，由于热运动的无规性，载流子的速度及其分布将会出现起伏，从而就会产生出电流的涨落和相应在电阻上的电压涨落，这就是热噪声。这种噪声在任何电阻器件上都会产生，而P-N结在小信号工作时具有一定的交流电阻，所以也就必然存在热噪声。这种噪声的大小既与温度有关，也与电阻的大小有关。由于P-N结的正向交流电阻很小，而反向电流又很小，所以热噪声也很弱（噪声均方根电压仅大约为4nV）。热噪声的频谱密度与信号频率无关（即各种频率的噪声功率相同），也是一种白噪声。（2）散粒噪声：这种噪声是指通过P-N结的电流及其之上电压的一种涨落效应，它在大多数依靠P-N结来工作的器件中往往是主要的噪声成分。由于越过P-N结的少数载流子将会不断遭受散射而改变方向，同时又会不断复合与产生，因此载流子的速度和数量将会出现起伏，从而造成通过P-N结的电流和相应其上的电压的涨落，这就是散粒噪声。通过P-N结的电流愈大，载流子的速度和数量的起伏也愈大，散粒噪声电流也就愈大。散粒噪声与热噪声具有相同形式的关系式，因此散粒噪声也与频率无关（即为白噪声，在低频和中频下的确如此）。但在高频时则与频率有关。散粒噪声在少数载流子工作的半导体器件（双极型器件）中起很大作用。（3）闪变噪声（1/f噪声）：这是一种在低频（1000Hz）下具有很大影响的噪声；其来源很可能是半导体内部或者表面的各种杂质、缺陷等所造成的一些不稳定性因素。因为这些因素（主要是表面态）对载流子往往起着复合中心的作用，而复合中心上的载流子数量由于外电场或气氛等的影响会产生起伏，这就将引起复合电流、并从而整个电流的涨落，这也就是闪变噪声。这种噪声的电流均方值与交流信号频率f之间近似有反比关系。正是闪变噪声与频率近似具有反比的关系，所以也就常常称这种噪声为1/f噪声。这种噪声在以半导体表面薄层作为有源区工作的器件中往往起着重要的作用。(2)三极管：三极管的基本结构是两个反向连结的PN接面，可有PNP和NPN两种组合。三个接出来的端点依序称为发射极、基极和集电极。在没接外加偏压时，两个PN接面会形成耗尽层，将中性的p区和n区隔开。三极管在电子电路中的地位是十分重要的，他是电子电路的核心元件。三极管工作状态有三种，放大、饱和、截止，其中又以放大状态最为复杂，主要用于小信号的放大领域。a.热噪声：这是由于载流子的热运动而产生的电流起伏及其在电阻上产生的电压起伏。因此，热噪声既与温度T有关，也与电阻R有关。与二极管的热噪声产生的机理基本相同。b.散粒噪声：这是正偏p-n结注入的少数载流子，由于不断遭受散射而改变方向，同时又不断复合、产生，所造成的一种电流、电压起伏所产生的。P-N结注入的电流愈大，载流子的速度和数量的涨落也愈大，则散粒噪声也就愈大。散粒噪声与热噪声具有相同形式的表示式，它也是一种与频率无关的白噪声。P-N结注入的电流愈大，载流子的速度和数量的涨落也愈大，则散粒噪声也就愈大。散粒噪声与热噪声具有相同形式的表示式，它也是一种与频率无关的白噪声。对于晶体管，发射结和集电结都存在散粒噪声。在共基极组态中，输入端的散粒噪声电流与发射极电流IE成正比；在共发射极组态中，输入端的散粒噪声电流与基极电流IB成正比；而输出端的散粒噪声电流与集电极电流IC成正比。c.闪变噪声（1/f噪声）：主要是来自于晶体缺陷、表面态或表面不稳定性所引起的复合电流的涨落，其噪声电流均方值与频率f的次方成反比，值对同一种半导体而言是确定的，一般为（0.81.5。）为了降低1/f噪声，就需要提高晶体材料的质量和改善工艺过程等；通过采取一些措施后，可以把1/f噪声控制到很小。而且闪变噪声只在低频时起作用。(3)场效应管：场效应管是根据三极管的原理开发出的新一代放大元件，有3个极性，栅极，漏极，源极，它的特点是栅极的内阻极高，采用二氧化硅材料的可以达到几百兆欧，属于电压控制型器件。场效应管场效应晶体管（Field Effect Transistor缩写(FET)）简称场效应管.由多数载流子参与导电,也称为单极型晶体管.它属于电压控制型半导体器件.。它具有具有输入电阻高（100M1 000M）、噪声小、功耗低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好等优点。3.3低频噪声和电路板上电磁原件的干扰低频噪声产生原因虽然目前还没有定论，但很多理论认为是由于电阻在制造过程中，由于内部的导电微粒不连续造成的。特别是碳膜电阻，其内部的碳质材料内部存在许多微小颗粒，颗粒之间是不连续的。在电流流过时，会使电阻的导电率发生变化引起电流的变化，产生类似接触不良的闪爆电弧。另外晶体管也可能产生相类似的爆裂噪声和闪烁噪声(1/f)，其产生的机理和电阻中微粒的不连续性相近，也和晶体管的参杂程度有关。如图3-5所示，为爆裂噪声波形图和3-6低频噪声波形图： 图3-5 爆裂噪声波形图3-6 低频噪声波形图另外在许多电路板上都有继电器、线圈等电磁元件。在电流通过时其线圈的电感和外壳的分布电容向周围辐射的电磁能量，其能量会对周围的电路产生干扰。而象继电器等元件是反复工作的，其在通、断电时会产生瞬间的反向高压，形成瞬时浪涌电流，这种瞬间的高压对电路将产生极大的冲击，从而严重干扰电路的正常工作。24噪声的量度4.1信噪比 信噪比的概念首先是在无线电通信中提出来的。接收机输出功率可分成两部分：信号功率和噪声功率。理论上和实践中经常要考虑信号功率与噪声功率的比值，这个比值就叫做信噪比。，通常用表示= 信号功率/噪声功率 = S/N，譬如在测量中经常把(2/2)作为信噪比，这里是质量特征值的平均值是样本方差。通常把这些量取常用对数再放大10倍作为信噪比，仍记为，但这时的单位是分贝(dB)，把说成为信噪比的分贝值。譬如信噪比这个量，通常都是越大越好。4.2噪声系数实际电路的输入信号通常混有噪声。为了说明信号的质量，可以用信号功率S与其相混的噪声功率N之比（即S/N）来衡量，并称比值S/N为信噪比。显然，信噪比越大，信号的质量越好。线性电路的噪声系数Nf定义为：在标准信号源激励下，输入端的信噪比Si/Ni与输出端的信噪比So/No的比值，上述定义中标准信号源是指输入端仅接有信号源及其内阻Rs，并规定该内阻在温度T=290K时所产生的热噪声为输入端的噪声源。噪声系数通常也用dB表示：Nf(dB)=10lg(No/KpNi)，其中Kp是功率增益。4.3噪声温度噪声温度也是一种衡量线性电路本身噪声性能的指标。如果将线性电路输出端的噪声功率Nm除以额定功率增益Kpm后折算到输入端，并且用信号源内阻Rs在假想温度Tn时所产生的额定噪声功率来等效，于是有噪声的电路就可以看成一个理想的无噪声电路，则称这个假想温度Tn为线性电路的等效噪声温度或简称噪声温度。显然，电路内部噪声越大，噪声温度越高，反之则越低。源内阻Rs在Tn时产生的额定噪声功率Nim=kTnBn，根据Tn的定义则有：有:Nim Nm/Kpm=kTnBn.则Tn可表示为:Tn= Nm/KpmBnk噪声温度可噪声系数之间可以互换，可得:Nf=1+Tn/T.表明对理想的无噪电路，由于Nf=1，故其噪声温度为零。Nf越大，电路的噪声温度越高。噪声温度和噪声系数都能用来表征电路的噪声性能。通常，当电路内部噪声较大时，采用噪声系数比较方便。而对于低噪声器件和低噪声电路，在衡量或比较它们的噪声性能时，则用噪声温度比较合适，比如有两个低噪声放大器，其噪声系数分别为1.05和1.025，噪声性能似乎相差不大，但用噪声温度表示时，则分别为14.5K和7.25K，即相差一倍，可见，在低噪声场合用噪声温度，其噪声性能的差异反映在数量变化上比较明显。4.4分贝单位在电子工程中最常用到的一个单位是分贝（dB），它的定义是两功率之比再取对数，即为分贝（B）作为单位。但是在应用上为了处理方便，取分贝的1/10为辅助单位，称为分贝（dB）。5表4.1分贝比值比值1/100000111DB数-80-60-40-20比值235DB数369.5145噪声干扰的路径形成电磁噪声干扰有三个因素：即噪声源、耦合通道以及接收噪声的电子电路。上面我们已谈到噪声源。下面谈一下噪声的耦合方式，即通道。噪声的主要耦合方式, 即通道的性质有以下六种:传导耦合、静电耦合、经过公共阻抗的耦合、漏电流耦合、远场辐射耦合。5.1噪声的耦合方式噪声的耦合方式主要有公共阻抗耦合、直接耦合、电容耦合、电磁感应耦合、漏电耦合和辐射耦合等。5.2公共阻抗耦合 公共阻抗耦合是噪声源和信号处理电路具有公共阻抗时的传导耦合。常见的情况是信号处理电路和信号输出电路使用公共电源，而电源不是内阻为零的理想电压源，电源内阻就成为了公共阻抗Zc，信号输出电路中的电流变化就会在公共阻抗上产生噪声信号，并通过电源线干扰信号处理电路，如图 5-1所示。为了防止公共阻抗耦合，应使耦合阻抗趋近于零，通过去耦电路可减少公共阻抗耦合引起的干扰。 图5-1公共阻抗耦合5.3直接耦合 直接耦合通常是噪声信号经过导线直接传导到被干扰电路中。图5-2(a)中噪声信号Vn串接到有用信号Vs回路中，形成常模干扰；图5-2（b）中噪声信号Vn对有用信号Vs形成共模干扰。 图5-2直接耦合5.4电容耦合 控制系统的元件之间、导线之间、导线与元件之间都存在分布电容。如某一导体上的信号电压变化通过分布电容影响到其他导体上的电位，这种现象称为电容性耦合，也称静电耦合或电场耦合。噪声通过电容耦合的影响程度取决于分布电容大小和噪声的频率。图5-3中，导线a,导线b之间存在分布电容Cab，导线a和导线b对地的分布电容为Cac和Cbc，噪声信号Vn可通过分布电容Cab会叠加在导线b上。 图5-3 电容耦合5.5电磁感应耦合 电磁感应耦合又称磁场耦合。载流导体周围空间都会产生磁场，如磁场是交变的，则会对其周围闭合电路产生感应电势，因此，电路中的线圈、变压器甚至较长的导线都可能通过电磁感应耦合来传递噪声。图5-4中，噪声信号Vn回路的L1与有用信号Vs回路的L2经等效的互感系数M耦合，从而有可能造成对Vs的影响。 图5-4电磁感应耦合5.6漏电耦合 漏电耦合是电阻性耦合方式。当相邻的元件或导线间绝缘电阻降低时，就会发生漏电耦合现象。图5-5中Rab为导线a与导线b之间的绝缘电阻，当电路绝缘性能下降时，即Rab变小，则导线a上的信号Vn通过Rab与Rb分压耦合到导线b上，从而造成Vn对Vs的干扰。 图5-5 漏电耦合5.7辐射耦合 辐射耦合主要由电磁场辐射引起。当高频电流通过导线时，就会在导体周围形成空间传播的电磁波，一定长度的信号传输线既可作为发射天线，也可作为接收天线，这就是所谓的“天线效应”。在一定强度的电磁场辐射条件下，由于天线效应，噪声经辐射耦合入侵电路就难以避免。辐射耦合的示意图如图5-1-6所示。7图5-6 辐射耦合6电子产品噪声的常规检测方法由于电子产品内部元件千差万别， 元件间、布线间、元件与布线间的相互影响，使得电子产品的噪声非常复杂，但仍有规律可寻。电子产品常规的检查方法如下：（1）观察法：通过人的视觉去发现故障。主要用于对电路板进行漏焊、虚焊、线间的短路、断线、上错元件、打火、烧焦等检查。（2）触摸法：通过人的手指去触摸元件，发现是否有松动、过热或无热现象，间接地去判断故障。轻击机件、机箱、底板加大了噪声振荡，则噪声产生于与此有关电路正常工作时，会发热的元器件突然无热或过热，则噪声与此电路有关。（3）动态观测法：用示波器观测电路关键点的波形来发现故障。从电路的后级往前级逐级注入测试信号，同时用示波器观测该级输出的信号波形，若信号波形不正常，则前方电路出现了故障。（4）分割法：在寻找故障过程中，通过拔掉部分插件、拔下部分电路板、在电路板上断线，从前级往后级逐步分离电路，分离到没有噪声的位置，则噪声产生于与此有关电路。（5）静态测量法：用万用表测量元件的直流工作电压、电流去发现故障。对于线性电路分立元件此法尤其重要。（6）短路法：用23 种容量的电容器，从前级开始使电路的信号输出部分逐一接地， 顺次向后探索，直到发现接地时没噪声，则噪声产生于此电路前。（7）模拟法：通过对无故障机器和有故障机器，相同之处的对测，相比较来确定故障。（8）替换法：通过对各部分电路间的电缆连线、内部连线、电路板或某一部件的更换，来确定故障在某一范围内。（9）软件诊断法：利用软件功能为调试者提供自行测试噪声大小。（10）假负载法：在寻找故障过程中，断开电源负载，用适当功率的电阻或灯泡来替换原负载，从而确定故障在某一范围内的方法。（11）排除法：在寻找故障过程中，发现一点线索后，顺着线索追查下去。经测量和分析，找到一些可构成此类故障的原因，在这种情况下，先按某种原因去排除，如无效，再按其他原因去排除。电子产品的常规检查方法很多。在实际中，只要懂得电子技术原理，都还可以创新。以上这些方法，虽说它们彼此之间是孤立的，但是在实践中，大多联合运用。比如，静态测量法和触摸法相结合，短路法和动态观测法相结合，观察法和触摸法相结合等都能又快又好地确定故障。7噪声干扰的克服方法抗干扰是一个非常复杂、实践性很强的问题，一种干扰现象可能是由若干因素引起的。因此，在电子电路的设计中，我们应采取抗干扰措施，对电子电路的工作原理、具体布线、屏蔽、电源的抗扰动能力、系统地处理以及防护形式不断改进，提高电子电路的可靠性和稳定性。目前主要从噪声干扰源，噪声干扰传播途径和接受端来克服和减小噪声对电子电路噪声的不良影响。7.1 合理的选择器件（1）电阻：所有的电阻在一定温度时，由于热能作用，电子骚动都会产生，温度愈小愈低。选用电阻首先考虑其额定功率，要求留有余地。对于特种类型的电阻以防产生感应：可调电阻的滑动触点要和定片接触良好， 各接头最好用最短的双股绞线连到电路板上。线绕电阻要用无感绕线法绕制。（2）电感：当电流经过它时，产生感应反电动势，对邻近电路产生干扰并形成噪声。要求电感绝缘度高，漏电流小，静电、磁屏蔽好。（3）变压器：当电流经过它的初级绕组时，有部分变成了漏磁通， 同时初级绕组端异常电压会通过级间静电电容耦合到次级绕组，对邻近电路产生干扰，形成噪声。选用变压器一定要注意初级绕组与次级绕组间绝缘程度及静电、磁屏蔽状况。（4）电容：在实际电路中，每个电容可等效为一个很小的电阻、电感与之相串联或并联而成。当电路工作时，它易和附近元件形成自激振荡，并对邻近电路产生干扰选用电容时须注意：高、中频电路的电容要尽量缩短连接导线的跨度，不要分别接地。电容的额定电压要求尽量高，否则它的漏电流会增大。可调电容动片与定片间夹有尘土或尘土炭化很容易产生，要密封严密。（5）半导体元器件：首先，它对温度极为敏感，很容易产生热噪声。焊接时要求：热量不能通过导线影响元件性能。选用半导体元件时，其额定功率要求留有余地。其次，半导体元件对光较为敏感，管子的输出电压会随光通量而变化。使用中，不能让半导体元件涂层脱落。再者，半导体元件结间有结电容，引脚有引线电感。在高频电路中，它们易产生C，L 衰减振荡，造成信号波形失真。使用半导体元件时，要尽量剪短引线，也可通过并联二极管来泄放结电容的反向穿透电流。（6）开关与继电器：长期使用，尘埃或烟灰等进入设备容易使接点受到污染，接点金属氧化或烧坏，接点处形成火花电弧，辐射出电磁波，产生高频振荡，形成噪声。使用开关与继电器时，要保证接点良好接触。（7）电声器件：由于功率和阻抗与电路的匹配不良、屏蔽线接地不当、接线柱的相位错误、安置的方向不对、音圈位置不当、音膜破裂等都要产生噪声。正确用好电声器件对降低噪声至关重要。（8）指示灯：氖灯由于辉光放电，会产生噪声。白炽灯由于电感存在，会产生很高的异常电压，成为其他电路的噪声源。指示灯的接点金属生锈、氧化或烧坏也会产生噪声。在低频段，晶体管由于存在势垒电容和扩散电容等问题，噪声较大。而结型场效应管因为是多数载流子导电，不存在势垒区的电流不均匀问题。而且栅极与导电沟槽间的反向电流I g 产生的散粒噪声很小。故在中、低频的前级电路中采用场效应管不但可以降低噪声还可以有较高的输入阻抗。另外如果需要更换晶体管等半导体元件，一定要经过对比选择。本人曾在修理一台功放机功放管时，由于一时找不到相同型号的管，只能用参数相近的代用管代替。结果焊好后发现，其音质比原来差。经过调整静态参数后仍有杂音。最后只能通过对比找出效果最好的管，才解决了问题。其实型号相同的半导体器件参数也是有差别的。同样，电路中的碳膜电阻与金属膜电阻的噪声系数也是不一样的，金属膜电阻的噪声比碳膜的要小。特别是在前级小信号输入时，可以考虑用噪声小的金属膜电阻。7.2 采用优质的电源电源对整个电路的工作状态影响极大，电源选择不好，轻则使电路静态工作点偏移，重则将会给整个电路带来冲击和干扰。选择电源一般要求是：使输出的直流，不受输入电网电压的波动或负载变化的影响。直流电源整流后的脉动波形经过滤波后脉动小，电流线平滑。电源必须有足够的功率富余量，以保证电源的工作稳定。为保证电源的稳定性和可靠性，在条件允许的情况下最好尽量采用开关电源或数字电源。7.3 对电路合理的布局合理的电路布局可以减少不同工作频段电路之间的相互干扰，同时也使对干扰信号的滤除变得相对简单。电路布局的基本原则是按电路的功能单元进行分布。在电路布局设计时，必须要考虑好电路的电磁兼容性，要充分考虑元器件之间的相互影响。对敏感的元件要实行隔离保护，特别是可能造成相互干扰的元件不要离得太近，要尽量将其分开。逻辑电路和线性电路也要分开。对易受干扰的最好是用屏蔽层进行屏蔽。对继电器等能产生电磁能量的元件要尽量远离容易被干扰的功能单元和敏感元件，同时也应对其进行屏蔽隔离。对电流较大的印制线路板要加大电源线宽度以减小环路电阻对电路的。对容易受分布电容影响的如高频电路等部位，要合理配置退耦电容，以减小和消除分布电容的影响。7.4抑制和减少输入端偏置电路的噪声输入端偏置电路噪声一般是由输入端偏置分流电阻产生的。当流过偏置电阻的直流电流过大时就会使能量过剩从而产生电流噪声。如果选择好适合的偏置电路，噪声就可以通过旁路电容短接入地，可以抑制噪声输出，减小对下一级电路的影响。a+R4Rb1ReVTRERsRC1C2Us图7-1: 抑制偏置电路噪声的电路7.5 通过对路径的控制来克服噪声干扰7.5.1 选择合理的接地点低频线性电路的电路板的接地一般都是采用公共的单点接地。虽然理论上电势都为零，但由于导体电阻的存在，其参考零点的电势是存在微小差别的。既然存在电势差，就有可能在小范围内存在小的电流。这种小电流的存在，会使零点参考值发生改变而产生干扰。此外小信号输出的接地点和功率较大的放大级的接地点离得太近，干扰信号也可能通过接地端窜扰，因此要将其距离拉开。线性电路和逻辑电路的接地也应分离。弱信号电路、低频电路周围地线不要形成电流环路。一般而言低频电路多采用单点接地而高频电路多采用多点串联接地，而在公共接地后一定要注意将各单元的接地连接到设备的金属外壳或接地线路上并保证连接可靠。另外良好的接地对继电器、线圈等电磁元件的分布电容也是一种有效的抑制。单点接地：把各级单元电路的地线接在同一点上(如图7-2)采用这种应运的优点是不存在环形地回响，因而也不存在地环流，各电路的接地点只与本电路的地电流和地阻抗有关。 电路1电路2电路3 图7-2单点接地示意图串联接地：从防止干扰和噪声的角度来看，这种接法不合理。但因其接法简单，在许多工作中仍被采用。特别是在设计印刷电路在所板上应用比较方便。其示意图如（图7-3）：电路1电路2电路3图7-3串联接地示意图多点接地：为了降低阻抗，地线一般用宽铜皮镀银作为接地母线。这种接法多用于高频电路。系统接地：为了避免大功率电路流过地线回路的电流对小信号电路产生影响，通常功率地线和机械地线必须自成一体。接到各自的地线上，然后一起连到机壳地上。7.5.2 加入校正电路产生自激振荡的原因不仅仅是由于电源电压造成的，有时负反馈过强也会产生自激振荡，这时消除自激振荡的方法是在电路中加入校正网络。其目的是使电路的幅频特性和相频特性发生变化，破坏自激振荡的条件，典型电路如图7-4所示。图7-4运放消除自激振荡常用的补偿措施7.5.3根据不同的工作频段、参数选择适当的放大电路:电路的选择关系到整个电路的工作状态。它不仅对本级电路有直接影响，对整个电路的电路工作参数、工作状态都会产生重要影响。如共射组态连接时，电路有较高的放大增益，同时它的噪声对后级的影响较小。而共集组态时输入阻抗有较高的输入阻抗同时也有较好的频响。因此根据不同的电路对参数的不同要求，选择好的电路，不仅可以简化线路结构，同时也可以减少噪声对整个电路的干扰。在电路性能参数允许的条件下，尽可能采用抗干扰能力较好的数字电路。7.5.4合理选取级间藕合也可以抑制噪声不同的电路特点要求有不同的偶合方式。如阻容偶合电路简单但不能传送直流信号；变压器耦合容易变换阻抗，而且不影响各级的静态工作点但频响特性差、成本高；直藕信号可以使前级信号无损直接传输但各级静态工作点不能独立，而且存在零点漂移问题。目前抗干扰比较强的是光电耦合。光电耦合由于是通过光电耦合器中的发光二级管进行光电信号交换，只有限定的电流才能进行交换，因此可以滤除电压的干扰。同时由于它是单向传输，消除了回路中的各种干扰因素。因此它是目前比较理想的抗干扰耦合电路。7.6通过处理接收方来减小噪声干扰7.6.1 屏蔽接收端通过对接收端的屏蔽处理可以更好的选取有用信号而把无用的噪声信号滤除，从而达到消除和减小噪声干扰的目的。其中现在运用较多的有静电屏蔽和电磁屏蔽。7.6.2 静电屏蔽静电屏蔽是切断电容耦合的一个十分有效的方法。屏蔽常用的材料有紫铜、黄铜、铝及铅锡箔等。要使静电屏蔽效果好,首先要使屏蔽体接地,其次是尽量将被干扰的部分屏蔽起来,使干扰源和被干扰电路的耦合电容减到最小。静电屏蔽的原理如图7-5所示。在电路中常见的静电屏蔽是导线屏蔽。一般用编织线作为屏蔽层将导线包围起来,并且接地,因此能保护线路不受外界电场影响。另外也防止了导线产生的电力线向外界泄漏,成为静电感应的噪声源。对于抗干扰要求较高的电子系统,可把整个电子系统都屏蔽起来。屏蔽罩必须良好接地,是干扰电流直接经屏蔽罩入地,而不经过放大器的输入电阻。当电子系统的输入信号线采用具有金属套的屏蔽线时,屏蔽线的金属外壳必须采用一点接地。3图7-5静电屏蔽原理图7.6.3 电磁屏蔽减少电感性耦合的有效方法是采用电磁屏蔽。电磁屏蔽主要是利用在低电阻的金属屏蔽材料内流过的电流来防止频率较高的磁通干扰,原理如图7-6所示。一般用于屏蔽像线圈等这类向外泄漏磁通的元器件。利用坡莫合金或高导磁率材料做成的磁屏蔽罩,其磁阻远小于屏蔽与输入变压器空气隙的磁阻,干扰磁场的大部分磁力线通过屏蔽罩而不会穿过空气隙进入被屏蔽体。屏蔽罩的形状对屏蔽效果影响很大,以圆柱形屏蔽效果最好。电磁屏蔽体如果接地,同样有静电屏蔽的作用。图7-6电磁屏蔽原理图7.6.4 加入滤波电容和补偿电路在数字电路系统中,由于印刷电路板上的线条非常细且密集,故存在着比较大的分布电感。当电流突然变化时,电路将产生相当大的压降,造成比较大的噪声电压。为了有效地抑制电源线上电压波动,一般可在靠近每一片集成电路电源管脚处接入0. 010. 1F 的旁路电容。如下图7-7所示。图7-7集成电路旁路电容的接法对于模拟电路系统，由于电源性能不好，内阻较大，往往会产生自激振荡。例如运算放大器电路本身就是一个电源多种回路所公用，只要是电源线较长或电源特性不好，电源阻抗就变大。这样就会产生噪声电压而影响运算放大器，使其工作不稳定。尤其对高速宽频带运算放大器( 例如LM318 ，L F357 等) ，如不加电源旁路电容，必然会产生自激振荡。解决的办法是用0. 11F 的电容作电源退耦，电容的引线要尽可能的短，如图7-8所示。有时，尽管在电路中加了电源退耦电容，但电路仍存在自激振荡，这时要在电路中用稳压器来调整运算放大器的供电电源，原理电路如图7-9所示。图7-8运放电源滤波电路图7-9稳压管改善自激振荡电路7.7 其他克服噪声干扰的方法7.7.1 对称消除噪声法电路的完全对称定义为电路有一个对地对称的输入极或输出,使其连接外电路的两导线对地或对其它导线有相同的阻抗,并有对地对称的负载电路。这样两导线拾取的是相同量的噪声,能够在负载上形成幅值相等而极性相反的噪声电压,从而将自行抵消(图7-10)。在实际应用中,电路要完全对称是较不容易的。一般选用带屏蔽的双绞线电缆来确保电路对地阻抗相等。信号源是非对称输出时,可用两个变压器将信号转换成对称输入。图7-10对称消除法示意图7.7.2 滤波方法滤波手段来抑制噪声,宜用于噪声频率与有效信号频率相差较远的场合。对近场感应耦合、传导耦合、或因接触点抖动产生的噪声的抑制,有较好的效果。滤波的方式一般根据抑制噪声的对象分别采用交流电源进线的低通滤波器来抑制较高频率的噪声,例如抑制电网噪声。但要注意的是要确保低通滤波器外壳有良好的接地、其输入端与输出端要产生严格隔离、防止耦合噪声。另一种滤波是针对接点信号开关、按钮、键盘输入工作时,每次操作会出现不是理想的阶跃电位,因此在上升沿或下降沿将出现噪声。产生的原因是由于接点开关的机械抖动所为。因此必须在接收端添加滤波器,可削弱和消除此类噪声。结论：电子电路干扰的产生原因是非常复杂的，它既有电路内部本身产生的干扰，也有外部各种电磁能量的干扰。有时要完全区分是电路内部产生的干扰还是电路外部信号能量的干扰是比较困难的，而且要完全滤除干扰做出如理论设计那样完美的电路是不可能的，只能是通过各种抑制措施使电路噪声的干扰控制在限定范围内，不影响电路功能的正常实现即可。另外电路噪声的抑制还要受电路制作成本的制约，因此在设计和选定电路之前，一定要根据电路的性能要求设定合理电路参数，使电路的性价比达到最优。因此，在电子电路的设计中，我们不仅应预先采取抗干扰的措施，在调试过程中还应及时分析出遇到的现象，对电子电路的工作原理、具体布线、屏蔽、电源的抗扰动能力、系统地的处理以及