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电磁干扰的危害以及电磁干扰产生的不良后果

浏览次数: | 2020-01-14 09:40

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        任何可能引起电子装置、设备或系统性能下降甚至失效,或者对生命或无生命物质产生损害的电磁现象称为电磁干扰(EMI)。几乎每一种电子设备都产生不同程度的电磁干扰信号,它是一种不希望存在的电磁信号。这种信号可能以电磁辐射的形式辐射出来,也可能通过载流导体,如电源线、电缆等,进行传输。同样,几乎所有的电子设备对其它电子设备产生的干扰信号都很敏感。电磁干扰的产生必须具备电磁干扰源、对电磁干扰敏感的电子装置和电磁干扰的耦合通路三个要素。

       电磁干扰源分为自然界和人为两种。自然界的电磁干扰主要是雷击产生的大气噪声( <10MHz)和宇宙射线、太阳射线引起的大气噪声( >10MHz) 。人为电磁干扰源分为有意和无意两种,前者是指那些必须发射电磁波的电子设备,如调频波、调幅波、电视、广播发射机以及雷达和移动无线通讯机等;后者是指那些工作时产生无用的电磁干扰信号的电子设备,如计算机设备、继电器、开关、荧光照明灯、电弧焊机以及点火装置等。容易受到电磁干扰影响的电子装置有通讯接收机(收音机、电视机等) 、雷达、导航设备、计算机等,特别是这些电子装置中的电源,对电磁干扰更是十分敏感。


电磁干扰

       电磁干扰对电气、电子设备或系统,特别是对含有半导体器件的设备或系统会产生严重的破坏作用。

1. 高压击穿:
当器件接收电磁能量后可转化为大电流,在高阻处也可转化为高电压,结果可引起接点、部件或回路间的电击穿,导致器件损坏或瞬时失效。例如,脉宽为0.1微秒、电流幅值为1A的电流脉冲,可在1PF的电容接点上产生100KV电压,该接点被击穿后还会产生数百KHz的衰减正弦波振荡,并辐射出电磁波。

2. 器件烧毁或受瞬变干扰:
除高压击穿外,器件因瞬变电压造成短路损坏的原因一般都归结于功率过大而烧毁,或PN结的电压过高而击穿,无论是集成电路、存储器还是晶体管、二极管、晶闸管等都是一样的。大多数半导体器件的Z低损坏的有效功率为1微秒、10瓦特或10uJ,一些敏感器件为1微秒、1瓦特或1uJ。一般硅晶体管的E极和B极之间的反向击穿电压为2~5V,而且它还随温度的升高而下降,干扰电压很容易使其损坏。
关于半导体器件损坏或受瞬变干扰的过程还可能出现以下几种情况:
a) 所有CMOS器件都用氧化膜绝缘或用它保护集成电路中的不同元器件,但氧化膜的厚度只有几微米,一旦电压超过氧化膜的绝缘强度便会将它击穿,造成短路。
b) 当电流通过PN结时,由于电流的不均匀往往会烧毁镀敷的金属导体,造成开路。
c) 出现因瞬变电压的能量尚不足以立即损坏器件,但会使其性能下降,影响功能,丢失数据,产生误动作,使半导体器件进入不能自动复原的导通状态(也称为死机);而切断电源重新开机后又恢复正常工作。
d) 器件存在潜伏性的损毁现象,即器件的反复经受瞬变电压的冲击,每次都使性能降低一些,累积起来后会在某一天使产品出现灾难性的损坏。以整流二极管为例,在经受很高的瞬变电压之后,二极管的反向漏电流会增加。每经受一次冲击,反向漏电流会增加一些,表面看来设备仍能工作,性能没有明显变化,但发热增加,到Z后终会因偶然的一个瞬变电压而导致二极管烧毁。这种潜伏性损毁在半导体器件中是屡见不鲜的,半导体器件在制造时产生的缺陷也会造成潜伏性损毁。对于无源器件,瞬变电压也同样会使其烧毁或性能降低,如降低耐压值和额定工作电压以及其他电气性能。

3. 浪涌冲击:
对有金属屏蔽的电子设备,即使壳体外的微波能量不能直接辐射到设备内部,但是在金属屏蔽壳体上感应的脉冲大电流,像浪涌一样在壳体上流动,壳体上的缝隙、孔洞、外露引线一旦将一部分浪涌电流引入壳内电路,就足以使内部的敏感器件损坏。

4. 影响电路正常工作传递:
电磁干扰对低压电子电路也有较大影响。对模拟电路的影响随干扰强度的增大而增大,直接影响电路的工作性能和参数;对数字电路,电磁干扰容易导致信号电平的变化,从而影响数据链传输的准确性。
 
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