电磁兼容的概念及设计方法*摘要电和磁是相互关联的。每一台电子设备都不可避免电磁兼容问 题。因此，为了使电子设备可靠运行，必须研究电磁兼容技术。以实 例说明了电磁兼容的思路和设计方法。通过对电磁干扰源的明确认 识，对电磁干扰引入路径的清楚了解，针对电磁干扰敏感的接收电路 进行重点保护。二. 电磁兼容的重要性1 为了电子设备工作的可靠性磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力电。磁干扰 是对电子设备工作性能有害的电磁变化现象电。磁干扰不仅影响电子 设备的正常工作，甚至造成电子设备中的某些元件损害因。此对电子 设备的电磁兼容技术要给予充分的重视既。要注意电子设备不受周围 电磁干扰而能正常工作，又要注意电子设备本身不对周围其他设备产 生电磁干扰，影响其他设备正常运行。2 为了电子设备的国际接轨近来，电磁兼容性已由事后处理发展到预先分析、预测和设计。 电磁兼容已成为现代工程设计中的重要组成部分电。磁兼容性达标认 证已由一个国家范围向全球地区发展使，电磁兼容性与安全性、环境适应性处于同等重要的地位。例如，欧共体将产品的电磁兼容性要求纳入技术法规强，制执行 89/336/EEC指令，规定从1996年1月1日起电气和电子产品必须符 合电磁兼容性要求，并加贴CE标志后才能在市场销售。为了与国际接轨，我国外经部和国家出入境检验局于1999 年 1 月起对个人计算机、显示器、打印机、开关电源、电视机和音响设备 实施电磁兼容性强制检测。国家技术监督局规定从2002年10月起陆 续对声音和电视广播设备、信息技术设备、家用电器、电动工具、电 源、照明电器、电点火驱动装臵、金融结算电子设备、安防电子产品 和低压电器实施电磁兼容性强制性认证。3 为了人身和某些特殊材料的安全 电磁波通过与电爆装臵的控制电路感应耦合形，成的干扰电流可 能引起电爆装置爆炸。因此GJB786中规定，电引爆器导线上的电磁 干扰感应电流和电压必须小于最大不发火电流和电压1的5%。另外， 各种燃油在强电磁场的作用下（直接照射、电火化、静电放电）有发 生燃烧和爆炸的危险，电磁能量通过对人体组织的物理化学作用会产 生有害的生理效应。因此，为了人身和某些特殊材料的安全JB786 中还规定，电子设备的电磁辐射量连续波的平均功率密度不允许超过 4mW/cn2,脉冲波的平均功率密度不允许超过mW/cm；。4 为了当今和未来战争的需要核爆炸时产生的电磁脉冲，以光速向外辐射传播，其电场强度可达105V/m,磁场强度可达260A/m脉冲宽度为20ns量级，电磁脉冲 峰值处频率为105Hz。这种电磁脉冲作用于电子设备时，轻者造成电 子设备性能恶化，重者造成电路元件损坏。特别是当今和未来战争中，已经应用的电磁脉冲弹和正在研制的 高功率微波武器都具有类似核爆炸时产生的电磁脉冲辐射将，对电子 设备构成致命威胁。而电磁兼容可以为对抗这种威胁提供基本技术指 导。三. 电磁兼容的设计思路为了提高电子设备的电磁兼容能力必，须从开始设计时就给予电 磁兼容性以足够的重视。电磁兼容的设计思路可以从电磁兼容的三要 素，即电磁干扰源、电磁干扰可能传播的路径及易接收电磁干扰的电 磁敏感电路和器件入手。也就是1 首先，要充分分析电子设备可能存在的电磁干扰源及其性 质，尽量消除或降低电磁干扰源的参数。2 其次，要充分了解电磁干扰可能传播的路径尽，量切断其路径，或降低与电磁干扰耦合的能力。3 最后，要充分认识易接收电磁干扰的电磁敏感电路和器件， 尽量杜绝其接收电磁干扰的可能性。据此，在设计时应采取相应对策，消除或部分消除可能出现的电 磁干扰，以减轻调试工作的压力。在调试中，针对具体出现的电磁干 扰，以及接收电磁干扰的电路和元器件的表现进行分析以，确定电磁 干扰源所在及电磁干扰可能传播的路径，再采取相应的解决办法。四. 电磁兼容的具体实例1 对电磁干扰源要有明确的认识例如，某探测设备在探测元件无输入信号时其，放大器输出端的干扰信号峰值为50.8mV,远远超过了该探测设备输出端最小探测信号电压峰峰值4.0mV的要求，致使整个设备无法正常工作。该台探测设备的驱动电源采用直流斩波式方波交流电源驱，动螺 线管电磁铁往复运动，由上可见，驱动电源的负载为感性的电磁线圈。 对感性的电磁线圈采用直流斩波式方波交流电源供电在，斩波时将产 生严重的电磁干扰。因为感性的电磁线圈中的电流变化必然产生感应 电动势，电流变化越快，产生的感应电动势越大。这种感应电动势将 会通过某种路径传导耦合到放大器的输出级，而成为严重的电磁干扰。该台探测设备的驱动电源采用线性纯正弦波电源时在，探测元件无输入信号时在放大器输出端最大探测信号电压峰峰值仅为4mV。而且有随机性质的噪声电压，其峰峰值最大为0mV。说明原来干扰信号已被极大地消除。从该项工作中，使我们体会到电磁干扰的严重性，对电磁干扰的 认识仅停留在一般的水平上，广泛地、全面地采取各种抗干扰措施也 不一定见效，必须抓住主要矛盾。再举一例，某电子设备，当打开电源开关时，其测量显示呈紊乱 状态。究其原因，正是在电源开关时刻，电路由一种稳态转换到另一 种稳态的过渡过程中，所出现的过电压、过电流所致。为此，采取一 定容量和电压的氧化锌压敏电阻并联在电源上，便收到了较好的效 果。这也说明对电磁干扰源有明确认识时才，能有的放矢地采取抗干 扰措施，效果明显。2 对电磁干扰可能的传播路径要有清楚了解 在核聚变化学研究中，将巨大的微波能量耦合到等离子体中以， 提高核聚变物理参数。为此，需要高能大功率发射系统。其主电源脉 冲电压达20kV，最大脉冲宽度30ns，最高脉冲功率2400kW。该电源通过电感储能，直流开断，脉冲整形等一系列环节，由微机控制来实 现。调试过程中，当电压达数kv时，系统便无法正常运行。轻则控 制程序出错，重则程序全部被冲掉，更严重时微机芯片被烧毁。由于 对电磁干扰认识肤浅，盲目地采取各种措施，如重新布线，改善接 地，增加电磁屏蔽和隔离等等，忙了几个月均不能根本解决问题，挫 折迫使我们冷静下来。在进行了科学分析后，认定必须要对幅度高达 数kv，前后沿很陡的这一电磁干扰源有清楚了解，并对其可能传播 的路径采取加强隔离措施。在对光电隔离器采取双重设计后，微机能 稳定、可靠地工作了。电磁在生活中的应用电磁学从原来互相独立的两门科学（电学、磁学）发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于两个重要的实验发现，即电流的磁效应和变化的磁场的电效应。这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。指南针是用以判别方位的一种简单仪器指南针的前身是中国古代四 大发明之一的司南。主要组成部分是一根装在轴上可以自由转动的磁 针。磁针在地型作用下能保持在磁子午线的切线方向上磁针的北 极指向地理的北极，利用这一性能可以辨别方向。常用于航海、大地 测量、旅行及军事等方面。地球是个大磁体，其地磁南极在地理北极附近，地磁北极在地理 南极附近。指南针在地球的磁场中受磁场力的作用，所以会一端指南一 端指北。电磁炉 工作原理电磁炉作为厨具市场的一种新型灶具。它打破了传统的明火烹调方式采用磁场感应电流（又称 为涡流）的加热原理，电磁炉是通过电子线路板组成部分产生交 变磁场、当用含铁质锅具底部放置炉面时，锅具即切割交变磁力 线而在锅具底部金属部分产生交变的电流（即涡流），涡流使锅 具铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能（故: 电磁炉煮食的热源来自于锅具底部而不是电磁炉本身发热传导给 锅具，所以热效率要比所有炊具的效率均高出近1倍）使器具本 身自行高速发热，用来加热和烹饪食物，从而达到煮食的目的。 具有升温快、热效率高、无明火、无烟尘、无有害气体、对周围 环境不产生热辐射、体积小巧、安全性好和外观美观等优点，能 完成家庭的绝大多数烹饪任务。因此，在电磁炉较普及的一些国 家里，人们誉之为“烹饪之神”和“绿色炉具”。工作过程由于电磁炉是由锅底直接感应磁场产生涡流来产 生热量的，因此应该选择对磁敏感的铁来作为炊具，由于铁对磁 场的吸收充分、屏蔽效果也非常好，这样减少了很多的磁辐射， 所以铁锅比其他任何材质的炊具也都更加安全。此外，铁是对人体健康有益的物质，也是人体长期需要摄取的必要元素。电磁屏蔽电磁屏蔽(electromagnetic shield)是指利用导电材料或铁磁材料制成的部件对大容量汽轮发电机定子铁心端部进 行屏蔽，以降低由定子绕组端部漏磁在结构件中引起的附加损耗与局 部发热的措施。在通信方面屏蔽就是对两个空间区域之间进行金属的 隔离，以控制电场、磁场和电磁波由一个区域对另一个区域感应和 辐射。具体讲，就是用屏蔽体将元部件电路、组合件、电缆或整个 系统的干扰源包围起来，防止干扰电磁场向外扩散;用屏蔽体将接收 电路、设备或系统包围起来，防止它们受到外的影响。电磁起重机利用电磁原理搬运钢铁物品的机器。电磁起重机的主要部分是磁铁。接通电流，电磁铁便把钢铁物品牢牢吸住， 吊运到指定的地方。切断电流，磁性消失，钢铁物品就放下来了。 电磁起重机使用十分方便，但必须有电流才可以使用，可以应用 在废钢铁回收部门和炼钢车间等。利用电磁铁来搬运钢铁材料的装置叫做电磁起重机电磁起重机 能产生强大的磁场力，几十吨重的铁片、铁丝、铁钉、废铁和其他各 种铁料，不装箱不打包也不用捆扎，就能很方便地收集和搬运，不但 操作省力，而且工作简化了。装在木箱中的钢铁材料和机器可以同样 搬运。起重机工作时，只要电磁铁线圈里电流不停，被吸起的重物就 不会落下，看不见的磁力比坚固的链条更可靠如果因某种原因断了 电，就会造成事故，因而有的电磁起重机上装有钢爪，待运送的重物提起后，坚固的钢爪就自动落下来紧紧地扣住它们起重机不能搬运 灼热的铁块，因为高温的钢铁不能磁化。大的电磁起重机，一下子能 提起近百吨重物,图中的电磁铁直径约1. 5米，可提起16吨的物体。电磁继电器一般由电磁铁衔铁,弹簧片，触点等组成的，其工作电路由低压控制电路和高压工作电路两部分构成。只要在线圈两端加上一定的电压，线圈中就会流过一定的电流， 从而产生电磁效应衔铁就会在电磁力吸引的作用下克服返回弹簧的 拉力吸向铁芯，从而带动衔铁的动触点与静触点（常开触点）吸合。 当线圈断电后，电磁的吸力也随之消失，衔铁就会在弹簧的反作用力 返回原来的位置，使动触点与原来的静触点（常闭触点）释放。这样 吸合、释放，从而达到了在电路中的导通、切断的目的。对于继电器 的“常开、常闭”触点，可以这样来区分继空线圈未通电时处于 断开状态的静触点，称为“常开触点”；处于接通状态的静触点称为 “常闭触点”。电磁辐射电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动其传播方向垂直于电场与磁场 构成的平面，有效的传递能量和动量。电磁辐射可以按照频率分类， 从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外 光、X-射线和伽马射线等等。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在 380至780纳米之间，称为可见光。只要是本身温度大于绝对零度的 物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。电磁波：从科学的角度来说，电磁波是能量的一种，凡 是能够释出能量的物体，都会释出电磁波。正像人们一直生活在空 气中而眼睛却看不见空气一样人们也看不见无处不在的电磁波电 磁波谱是无线电波微波，红外线,可见光紫外线，伦琴射线（X射线）， 伽玛射线应用：无线电波用于通信等微波用于微波炉红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等可见光是所有生物用来观察事物的基础紫外线用于医用消毒验证假钞测量距离，工程上的探