电子线路的噪声抑制技术分析

2019-10-18 11:02 静之源官方
摘要:随着科技的发展,电子技术也不断完善,电子技术水平也越来越成熟,在电子线路中,噪音干扰问题十分严重,噪音干扰问题逐渐受到重视,本文即针对电子线路中的噪声问题,展开分析了噪声产生的原因,探讨了抑制噪声的重要性,从而解决噪声干扰问题,提升电子线路质量。
 

1、引言
在电子线路中,产生的噪声的原因和来源有很多,还会对电子线路造成不同程度的干扰,影响电子线路的正常运行和质量,因此,分析电子线路中的噪声来源以及产生噪声的原因,抑制电子线路中的噪声问题至关重要,通过对电子线路的噪声抑制技术分析,能够有效的了解抑制噪声的方法,并能根据不同情况,对具体问题具体分析,从而达到解决噪声干扰的目的,对电子线路的运行质量具有重要意义。
 
2、电子线路噪声产生的原因
电路的干扰是由电路内部的噪声产生的,电子线路噪声不仅会降低传递信号的清晰度,还会将有效信号掩盖,其既可以产生于电路内部,也可以有电路外部引发,电子线路内的噪声表现形式主要有高频热噪声、半导体器件噪声、电磁干扰噪声等。
2.1高频热噪声
高频热噪声是由于导电体内部电子的无规则运动产生的,导体在没有安培电流的情况下,其内部电子运动没有规律,导体的温度越高,电子的运动越剧烈,温度越低则相反。导体内的电子在这种运动状态下,总电流几乎为零,但是电路中的某一部分一旦纳入到放大化的电路中时,噪声就会随之放大,进而影响正常工作,并且逐渐增强。在电子线路中,电路的热噪声与同频带成正比,通频带越宽,热噪声影响就越大,在通频带 内,热噪声电压有效值为: ,例如,如果电路通频带为 ,则电阻两端热噪声电压有效值为: ,从计算结果看来,噪声的电动势能很小,但如果将其接入一个高增益放大电路中,输出的噪声就会很大,因此可见,它对高频电路的干扰是必须要注意的。
2.2半导体器件噪声
在电子设备中,半导体器件是必不可少的,而半导体的工作位置都是PN结,PN结又是由P型半导体和N型半导体组合而成,两种类型的半导体在工作过程中会出现一定的势垒区,同时引发电容效应,当正向电压升高时,N区的电子和P区的空穴向耗尽区运动,相当于给电容充电,反之,则相当于电容放电。当反向电压升高时,会使耗尽区变宽,空穴离开耗尽区,电容放电,反之则是电容充电。当电流流经势垒区时,这种变化就会使势垒区电流产生不规则的震动,从而产生电流噪声。电流噪声的强弱随着电路温度和频带宽度 的提高而增强,进而干扰正常工作,影响工作效率。
2.3低频噪声
在现有的电子线路噪声理论中普遍人为低频噪声是由电阻在制造过程中其内部的导电微粒不连续而造成的,特别是碳膜电阻,其内部的导电微粒非常细小且数量多、不连续,在电流经过电阻时,不连续的微小导电颗粒会使电阻的导电率发生变化从而引起电流的变化,从而产生闪爆电弧发出噪声;此外晶体管由于其参杂程度不同,也会发生类似电流通过具有不连续导电微粒的电阻时发出的爆裂噪声和闪烁噪声。
2.4电磁干扰噪声
电磁干扰可以分为自然干扰和人为干扰两大类(详情见表1),主要是指电路板发出的杂散能量或外部进入电路板的杂散能量,主要包括传导型、辐射型、ESD(静电放电)和雷电引起,在所有的电磁干扰形式中,辐射型电磁干扰最难控制,而想要抑制辐射干扰就必须控制电磁元器件。电磁元器件是组成电路板的重要部分,例如电路板中的继电器、线圈等。当电流经过电磁元器件时,线圈的电感和外壳的分布电容将会向四周进行电磁能量释放,这就会对周围的电路产生影响,同时,电磁元件工作都具有一定的反复性和持续性,在电流通过和切断的过程中是不会造成瞬间的高压反应,使得瞬间具有浪涌特征的电流产生,从而对周围电路造成干扰,使其产生振动,进而生成噪声,严重影响正常工作。
 
3、抑制电子线路噪声的重要性
随着时代的进步和科技的发展,电子线路的作用在生活和生产中逐渐凸显出来,而电子线路中噪声干扰问题一直是困扰相关工作人员的问题之一。在实际工作中,电子线路中的噪声产生的源头有很多,造成的影响也有大有小,但是若不能及时有效的采取抑制手段,将会对电子设备的功能和正常运行造成不良影响。电子线路的干扰主要是来自于电子线路的噪声,所以噪声是电路受到干扰的关键因素,也是根源,影响电路信号的清晰程度,甚至会导致电路信号被噪声淹没,影响电子设备性能的发挥。
电子线路受到噪声干扰是一个常见而又极其复杂的问题,它能影响整个电子线路的正常运行,干扰检测和数字采样。目前,电子设备普遍都出于安全和节能的考虑,其灵敏度都很高、信号能量也很小,所以电子设备更容易受到干扰,如果是测量设备的话,就会影响其精度,甚至出现数据错误,影响整个测量结果,造成重复测量,增加测量成本。电子设备受到噪声干扰,不仅仅会影响整个电子线路运行,同时还会影响电子设备的正常工作,影响运行效率,降低使用寿命,进而影响工作结果,导致资本浪费,提高工作成本,因此,抑制电子线路噪声工作势在必行。
 
4、电子线路的噪声抑制技术分析
针对电子线路中不同的噪声因素和产生原因,可以在电路优化选择、电路合理布局、电源优化、合理利用负反馈线路和半导体元器件的选择等方面来对电子线路中的噪声进行有效地抑制。
4.1电路优化选择
优化电路有效选择是抑制电子线路噪声的根本措施,不仅仅能有效的抑制噪声的产生,还能促进电路整体的运行效率。正确的选择电路不仅对本级电路具有直接性的影响,而且对整个电路参数和运行状态的影响也非常重要,因此在抑制电子线路噪声中必须要选择优质电路,还要根据不同的频段、参数的需求来进行,使得电路的节后达到最简,从而保证干扰能够有效减低,最终使电路中的噪声控制在最小范围内。在电路选择时,应在性能、参数的要求下,尽可能的选择抗干扰能力强的数字电路,从而进一步控制噪声干扰,保证电路正常运行。
4.2电路合理布局
电路的合理布局能够有效电路内部电气元件之间相互干扰,从而有效抑制电子线路中的噪声干扰,因此,电路的合理化布局也能够从根本上抑制噪声。在分配电路布局时,应对电流较大的线路板采取加大电源线宽的措施,从而降低环路电阻,对容易受到电容影响的高频线路,在配置电容的过程中要实现合理化,使分布电容的影响降到最低。在合理布局的同时,还应根据不同电路要求,选择不同工作频率的半导体元器件,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,而且栅极与导电沟间的反向电流Ig产生的散粒噪声很小,因此选择合适的电磁元器件对抑制噪声干扰具有重要意义,不仅仅能够适应电子线路要求,还能有效抑制电路噪声,缓解噪声对电路的影响。
4.3优化电源
电源是电路的基础,是保证电路正常运行的根本,也是抑制干扰的重要措施,因此,选择优质的电源能够使输出的电流不会受到输电网电压的影响,同时,在日常工作中要保证足够的功率闲置空间,来保证电源工作的稳定性。在电子线路中,电源是基础,是电路运行的前提条件,选择优质的电源,不仅能够有效的抑制噪声的干扰,还能使电路工作更全面、更可靠、更安全,提升了电路的运行效率,增强了用电安全。
4.4负反馈电路
负反馈电路主要是通过反馈信号取样、控制来稳定电路,来提高放大器的信噪比,从而改善放大电路的动态性能。负反馈信号可以稳定电路的静态工作点,进而稳定电路的电流和电压等,在多级电路中,通过负反馈信号稳定本级的静态工作点。在多级电路中,第一级电路是原始小信号,就需要采用较大增益的共射电路组态,除非特殊需要,否则共射组态电路不加负反馈。因此,第一级电路噪声只能通过后级的负反馈电路来抑制,在多级电路中,通过负反馈信号稳定静态工作点,可以有效的抑制本级电路噪声的产生和传播,所以说负反馈电路对抑制噪声具有重要意义,但在引入负反馈电路时,必须要小心谨慎,因为负反馈电路同样是一个噪声源,操作不当也可能会产生噪声,干扰电路。
4.5半导体元器件的选择
在电子线路的低频部分,晶体管往往存在势垒电容和扩散电容问题,因此,此频率段的噪声通常较大。在此频率段可以采用结型场效应管,因为场效应管是多数载流子导电,没有势垒区电容和扩散电容等问题,其且栅极与导电沟间的反向电流产生的散粒噪声很小,而且还拥有较高的输入阻抗。另外,金属膜电阻的噪声系数比碳膜电阻的小,所以在信号较弱的线路可以选择金属膜电阻。而且在同型号的半导体器件进行选择时,也应该通过对比选出效果最好的晶体管。
 
5、结语
总而言之,在电子线路中,引发噪声干扰的因素和原因有很多,主要有高频热噪声、半导体器件噪声、电磁干扰噪声等,所以就必须具体情况具体分析,针对其问题提出其对策,如根据不同的工作频段选择合适的放大电路,对电路进行合理布局,采用优质的电源,通过反馈电路来抑制噪声,根据电路的不同工作频率来选择噪声低的半导体元器件等措施,使得在不影响电子线路运行的基础上,对噪声进行有效的抑制,从而保证电子线路的运行质量,提高运行效率,促进电子线路在运行中发挥重要作用。