怎么樣解決電磁干擾
2005/10/27 16:25:55 電源在線網
這幾年來傳播媒體常提及「公害」一詞，諸如水質污染、空氣污染、噪音問題等等，曾幾何時，環境污染已成為我們最頭痛的問題。而電子技術的日新月異，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作的，有的是須和其它器材組合一起而構成整個系統動作的；而這些電子器材的電路工作方式有些是類比的，有些是數位的，或是類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訊號污染，即電磁干擾(Electro-Magnetic InterferenceEMI)。例如一些汽機車的引擎點火會對電視機造成干擾而以條紋方式出現在電視畫面上；或對收音機造成干擾而以炒豆子聲或背景雜訊方式出現於喇叭；而聆聽音響時可能被電梯或高周波設備所產生之雜訊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被冰箱的啟動而造成電腦的錯誤動作等等。
電磁干擾無所不在：
一些「古時候」不曾出現的電子產品現在也是電磁干擾的主要來源之一，如吹風機、洗衣機、冷氣機、電冰箱、電梯、日光燈、電動縫紉機、錄放影機、電焊機及高周波設備等等；另外電力線也會產生很多的干擾問題。除了人為的雜訊外，自然界也會產生許多干擾的問題，如靜電、雷擊及來自外太空的雜訊等等，總而言之，我們的生活圈里充滿著電磁干擾，而且似乎生活水準愈高，問題也就愈嚴重。
或許對許多人而言他們認為受到雜訊干擾只不過是使得電視機的畫面變的不好看，或是音響器材發出一些雜音而已，并不會造成什麼危險；但若有一心臟病人正在使用心電儀器又受到電磁雜訊的干擾，或當客機於暴風雨中作緊急降落，而其電子導航系統又遭到電磁干擾而失效，那麼該怎麼辦呢？只有自求多福羅！還好，大部份的人也都不曾進入這麼危險的環境，但這些危險確實存在，且不可不歷。
電磁干擾遠在馬可尼設計了第一部無線電發射機時便已存在。電磁干擾在早些時候也稱為射頻干擾或高頻干擾(Radio Frequency Interference RFI)，再早就是叫做雜訊干擾。當年馬可尼設計無線電發射機最大的問是是在於兩組火花式調諧電路的發射器干擾問題，但如果馬可尼還在世的話，他將會驚訝於現今電磁干擾問題的嚴重性以及其復雜的程度。
幾十年來工程人員便已知道幾乎每個電子設備於工作時都會幅射出一些電磁波，故電子設備在使用時是不可能不去干擾到其它的電子設備；但由於這些雜訊的種類繁多，其產生的原因及其傳送的方法更是包羅萬象，既無法預知，亦無任何萬金的解決辦法，也往往為了解決雜訊干擾的問題所花費的時間與精力常比電路設計時所花費的還多。近年來已有許多機構在進行電磁相容性(Electro Magnetic Compatibility EMC)的研究，所謂的電磁相容性便是指器材於可能的電磁干擾環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題也采用了許多電磁相容性的改善方法，但一些屬於家電性質的消費性器材若非生產廠商的成本顧慮便是其相信他們的產品只有一小部份會進入電磁干擾的環境使用，因此就算有設計抗電磁干擾的電路於這些產品內也往往無法達到預期的效果。再加上市場的競爭，要廠商研究改進并且加上一些對其銷售無直接幫助的電路簡直是不可能的事。當使用者遇到干擾問題時，只好自個想辦法啦！
電磁雜訊解決方法：
電磁雜訊依其傳播的方法可分為幅射性雜訊(Radiated Noise)與傳導性雜訊(Conducted Noise)；構成雜訊干擾的三個主要因素為「雜訊產生源」、「受到雜訊感染之感受體」及「雜訊傳播路徑」，若三者缺一便無法構成雜訊問題。
而干擾可能來自自己家中，或是由鄰居家中發出者，或是導因於附近的電力輸送線。雜訊亦可能經由天線而進入，在很多情況下，雜訊都很可能直接被屋內的配線、或器材的導線所拾取。
要解決電磁干擾有三種方法：其一為「雜訊產生源」產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，以期能抗拒雜訊的干擾，三是「雜訊的傳播路徑」完全被阻斷或是盡可能減少雜訊的傳播機會。
一般而言，除直接由電磁幅射所引致的干擾外，另經由電源線而引入之電磁干擾最為常見；對一些高傳真度音響器材而言，由電源線引人之雜訊會在很多情況下巧妙地對原音動了手腳，并在傳真的可信度上有戲劇性的效果，而此時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對訊號線、喇叭線等構成影響。
對很多人而言，他們相信自電力設施輸送到用戶的電跟他們的訊號產生器所產生的正弦波差不多，差別只是在於功率而已。事實上，若用示波器去作觀測的話，將會發現所看到的根本不是「清純」的60Hz正弦波，而是含有著各種不同的失真、早已扭曲變形、有突波、凹陷等等，此一現象還因時因地而變化；至此，若你深感此問題的嚴重性，那麼最好的方法便是去買一堆電池回來使用，或是去買一部發電機回來，只是發電機的功力來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源之一。說真的，這兩個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一屋子的鉛酸電池和發電機去供給他們器材所需的電源。不過，我倆現在的變通辦法便是在電源進到器材以前，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隔離變壓器，以阻斷雜訊的傳播路徑，因為專供電源使用的變壓器通常只設計在一個固定的低頻率工作，其頻率響應也相當的差，所以，在高頻時的磁力線交連便很差，結果便限制了多種類型的雜訊。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，那麼它們之間便有足夠的電容量來將雜訊傳過去。有一個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并接地，亦即法拉第屏蔽(Faraday Shield)；假設以Zs為0的狀態下接地，則A，B間的靜電容量C1與C2則不再串聯，而僅由Cs產生作用。此時，所使用的靜電隔離材料，如銅片的材質，銅片的厚度等等都會影響到效果。實際上，即使隔離材料的厚度很厚，也多少會有Zs存在，因此，C1、C2的影響仍無法完全消除；若將隔離片的片數增加，則效果會大些，此時除了相當於將分布容量做更多的串聯以減少其等效電容值外，對電磁波的隔離也多少有點效果�？傊瑸榱诉_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雜訊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并做靜電隔離，并使其初級圈與次級圈的配置與配線結合為最小，如此，初級圈和次級圈間的電容將可少於0.005pF。只是此種變壓器的制造已非傳統的EI型那麼簡單，售價也不低，若你真的很愛惜你的器材的話它還是值得的。不過若你能找到和你器材內同規格的此種變壓器時，你不妨直接替換，這樣將會比你使用隔離變壓器時的效果還好。
近來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單且經濟許多，但仍然與使用變壓器作雜訊隔離時一樣，其濾波器(或變壓器)本身到器材間的本屏蔽電源線常會形成一支天線，特別是在VHF的波段；而大多數的濾波器均在1MHz到10MHz之間的頻率有著良好的衰減特性，而10MHz以上的頻率則愈來愈差，亦即它不大能壓抑100MHz以上的起高頻雜訊進入到你的器材里。
有些廠商在發現了其產品有了干擾問題存在時，大都會直接把濾波器裝在器材里以期能壓低這些雜訊的能量，使其不致干擾到電路的正常工作；不過大家所期望的結果是所有的電子產品均能免除電磁干擾的困擾，那麼，便只有在設計當時充份考慮到電磁相容此一問題才行，否則於產品問世後才發現有問題，那麼便有可能要花較高的代價與精神才能解決部份問題，而有時甚至無法澈底的解決所存在的干擾問題。
Cello與Jadis可抗電磁干擾：
以音響器材而言，在設計時便顧慮到電磁相容性(EMC)此一問題者似乎只有Cello這個牌子了，它的器材可工作在電磁干擾頗為嚴重的環境中而不影響其性能，這除了要歸功於它的電源部份有著極強的抗干擾能力外，另外其與電路相關的零件選擇、PC板設計、機箱內部安排等等細節也都面面顧到，而這更是一項成功的產品所不可或缺的因素。另有一種罕見的電源供應方式見於Jadis的前級中，它的電源設計雖對於電磁干擾的抑制效果不大，但卻頗有創意，它由一主電源提供電源給一RC振蕩電電路及一功率放大電路使用；該RC振蕩電路產生一12OHz的正弦波訊號，此正弦波訊號送至功率放大電路放大并推動一個變壓器，然後再從變壓器的次級輸出作整流、濾波及穩座以供給音頻放大電路之用。此種作法類似由一發電機直接提供電能，在整體上效率雖低些，但卻能得到極為「純真善良」的電給機器使用，而這也正是音響迷們所企求的項目之一。
后記:
本文僅概略的介紹了一些產生電磁干擾的來源及其簡單的抑制方法，事實上，這些是不夠的，至於其詳細的解決方法是必須從產品設計時使開始，有與趣的讀者可參閱該方面的事實，您將會對電子器材有更深一層的了解。
電磁干擾無所不在：
一些「古時候」不曾出現的電子產品現在也是電磁干擾的主要來源之一，如吹風機、洗衣機、冷氣機、電冰箱、電梯、日光燈、電動縫紉機、錄放影機、電焊機及高周波設備等等；另外電力線也會產生很多的干擾問題。除了人為的雜訊外，自然界也會產生許多干擾的問題，如靜電、雷擊及來自外太空的雜訊等等，總而言之，我們的生活圈里充滿著電磁干擾，而且似乎生活水準愈高，問題也就愈嚴重。
或許對許多人而言他們認為受到雜訊干擾只不過是使得電視機的畫面變的不好看，或是音響器材發出一些雜音而已，并不會造成什麼危險；但若有一心臟病人正在使用心電儀器又受到電磁雜訊的干擾，或當客機於暴風雨中作緊急降落，而其電子導航系統又遭到電磁干擾而失效，那麼該怎麼辦呢？只有自求多福羅！還好，大部份的人也都不曾進入這麼危險的環境，但這些危險確實存在，且不可不歷。
電磁干擾遠在馬可尼設計了第一部無線電發射機時便已存在。電磁干擾在早些時候也稱為射頻干擾或高頻干擾(Radio Frequency Interference RFI)，再早就是叫做雜訊干擾。當年馬可尼設計無線電發射機最大的問是是在於兩組火花式調諧電路的發射器干擾問題，但如果馬可尼還在世的話，他將會驚訝於現今電磁干擾問題的嚴重性以及其復雜的程度。
幾十年來工程人員便已知道幾乎每個電子設備於工作時都會幅射出一些電磁波，故電子設備在使用時是不可能不去干擾到其它的電子設備；但由於這些雜訊的種類繁多，其產生的原因及其傳送的方法更是包羅萬象，既無法預知，亦無任何萬金的解決辦法，也往往為了解決雜訊干擾的問題所花費的時間與精力常比電路設計時所花費的還多。近年來已有許多機構在進行電磁相容性(Electro Magnetic Compatibility EMC)的研究，所謂的電磁相容性便是指器材於可能的電磁干擾環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題也采用了許多電磁相容性的改善方法，但一些屬於家電性質的消費性器材若非生產廠商的成本顧慮便是其相信他們的產品只有一小部份會進入電磁干擾的環境使用，因此就算有設計抗電磁干擾的電路於這些產品內也往往無法達到預期的效果。再加上市場的競爭，要廠商研究改進并且加上一些對其銷售無直接幫助的電路簡直是不可能的事。當使用者遇到干擾問題時，只好自個想辦法啦！
電磁雜訊解決方法：
電磁雜訊依其傳播的方法可分為幅射性雜訊(Radiated Noise)與傳導性雜訊(Conducted Noise)；構成雜訊干擾的三個主要因素為「雜訊產生源」、「受到雜訊感染之感受體」及「雜訊傳播路徑」，若三者缺一便無法構成雜訊問題。
而干擾可能來自自己家中，或是由鄰居家中發出者，或是導因於附近的電力輸送線。雜訊亦可能經由天線而進入，在很多情況下，雜訊都很可能直接被屋內的配線、或器材的導線所拾取。
要解決電磁干擾有三種方法：其一為「雜訊產生源」產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，以期能抗拒雜訊的干擾，三是「雜訊的傳播路徑」完全被阻斷或是盡可能減少雜訊的傳播機會。
一般而言，除直接由電磁幅射所引致的干擾外，另經由電源線而引入之電磁干擾最為常見；對一些高傳真度音響器材而言，由電源線引人之雜訊會在很多情況下巧妙地對原音動了手腳，并在傳真的可信度上有戲劇性的效果，而此時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對訊號線、喇叭線等構成影響。
對很多人而言，他們相信自電力設施輸送到用戶的電跟他們的訊號產生器所產生的正弦波差不多，差別只是在於功率而已。事實上，若用示波器去作觀測的話，將會發現所看到的根本不是「清純」的60Hz正弦波，而是含有著各種不同的失真、早已扭曲變形、有突波、凹陷等等，此一現象還因時因地而變化；至此，若你深感此問題的嚴重性，那麼最好的方法便是去買一堆電池回來使用，或是去買一部發電機回來，只是發電機的功力來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源之一。說真的，這兩個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一屋子的鉛酸電池和發電機去供給他們器材所需的電源。不過，我倆現在的變通辦法便是在電源進到器材以前，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隔離變壓器，以阻斷雜訊的傳播路徑，因為專供電源使用的變壓器通常只設計在一個固定的低頻率工作，其頻率響應也相當的差，所以，在高頻時的磁力線交連便很差，結果便限制了多種類型的雜訊。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，那麼它們之間便有足夠的電容量來將雜訊傳過去。有一個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并接地，亦即法拉第屏蔽(Faraday Shield)；假設以Zs為0的狀態下接地，則A，B間的靜電容量C1與C2則不再串聯，而僅由Cs產生作用。此時，所使用的靜電隔離材料，如銅片的材質，銅片的厚度等等都會影響到效果。實際上，即使隔離材料的厚度很厚，也多少會有Zs存在，因此，C1、C2的影響仍無法完全消除；若將隔離片的片數增加，則效果會大些，此時除了相當於將分布容量做更多的串聯以減少其等效電容值外，對電磁波的隔離也多少有點效果�？傊瑸榱诉_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雜訊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并做靜電隔離，并使其初級圈與次級圈的配置與配線結合為最小，如此，初級圈和次級圈間的電容將可少於0.005pF。只是此種變壓器的制造已非傳統的EI型那麼簡單，售價也不低，若你真的很愛惜你的器材的話它還是值得的。不過若你能找到和你器材內同規格的此種變壓器時，你不妨直接替換，這樣將會比你使用隔離變壓器時的效果還好。
近來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單且經濟許多，但仍然與使用變壓器作雜訊隔離時一樣，其濾波器(或變壓器)本身到器材間的本屏蔽電源線常會形成一支天線，特別是在VHF的波段；而大多數的濾波器均在1MHz到10MHz之間的頻率有著良好的衰減特性，而10MHz以上的頻率則愈來愈差，亦即它不大能壓抑100MHz以上的起高頻雜訊進入到你的器材里。
有些廠商在發現了其產品有了干擾問題存在時，大都會直接把濾波器裝在器材里以期能壓低這些雜訊的能量，使其不致干擾到電路的正常工作；不過大家所期望的結果是所有的電子產品均能免除電磁干擾的困擾，那麼，便只有在設計當時充份考慮到電磁相容此一問題才行，否則於產品問世後才發現有問題，那麼便有可能要花較高的代價與精神才能解決部份問題，而有時甚至無法澈底的解決所存在的干擾問題。
Cello與Jadis可抗電磁干擾：
以音響器材而言，在設計時便顧慮到電磁相容性(EMC)此一問題者似乎只有Cello這個牌子了，它的器材可工作在電磁干擾頗為嚴重的環境中而不影響其性能，這除了要歸功於它的電源部份有著極強的抗干擾能力外，另外其與電路相關的零件選擇、PC板設計、機箱內部安排等等細節也都面面顧到，而這更是一項成功的產品所不可或缺的因素。另有一種罕見的電源供應方式見於Jadis的前級中，它的電源設計雖對於電磁干擾的抑制效果不大，但卻頗有創意，它由一主電源提供電源給一RC振蕩電電路及一功率放大電路使用；該RC振蕩電路產生一12OHz的正弦波訊號，此正弦波訊號送至功率放大電路放大并推動一個變壓器，然後再從變壓器的次級輸出作整流、濾波及穩座以供給音頻放大電路之用。此種作法類似由一發電機直接提供電能，在整體上效率雖低些，但卻能得到極為「純真善良」的電給機器使用，而這也正是音響迷們所企求的項目之一。
后記:
本文僅概略的介紹了一些產生電磁干擾的來源及其簡單的抑制方法，事實上，這些是不夠的，至於其詳細的解決方法是必須從產品設計時使開始，有與趣的讀者可參閱該方面的事實，您將會對電子器材有更深一層的了解。
聲明：本信息內容的真實性未經電源在線網證實，僅供參考。
