学习通剑指cet-6的答案(剑指2021超星尔雅大学英语答案)

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  一些重要的基本概念

  1.电磁场

  电场和磁场总是联系在一起的学习通剑指cet-6的答案,电场和磁场的混合就是电磁场学习通剑指cet-6的答案,英文也专门创建了这么一个单词(Electromagnetic Field 电磁场),以下图为例:

  

  图中是一小段 PCB 铜箔的截面,大小不断变化的电流面向正面流进或流出,注意是变化的电流,因此产生了变化的磁场,由此也感应出电场,注意磁场的方向是环绕铜箔的,而电场是从铜箔指向参考面,参考面为地平面。磁场和电场这个方向特性要记住,在进行 PCB 布线线时为减小对其他电路的干扰可适当注意与磁场方向其他导线或电路成某种角度。

  2.分贝(Decibel)

  分贝是基于对数的单位,EMI 测量中都用分贝作为基本单位的,因此对分贝需要有所了解。

  分贝的基本定义

  10log10 [测得的功率/单位功率]

  比如:

  测得 5000mW,则10 log10 [5000mW/1mW] = 37dBmW = 37dBm

  注意:通常 dBmW 是写成 dBm 的,其 W 是省略不写的。

  如果用 dBW 作为单位,则 37dBm = 7dBW,注意换算关系。

  而实际 EMC 测量中都是测量的电压或电流,通常是微伏或微安,最常见的就是 dBuV,这时候的坐标就不是10log 了,而是 20log,需注意。

  这张表需要大致知道了解一点的

  

  特别是表中三个框中的关系要知道,比如信号强度增加一倍则功率增加 3dB,电压或电流增加了 6dB 。仔细体会一下,信号增加10倍功率增加多少倍,电压或电流增加多少倍。

  3.电流的返回路径

  电流的返回路径是非常重要的概念:

  ① 低频电流按最小电阻路径返回,高频信号从最小阻抗路径返回,这是因为每一段导线都包含电感和电容。通常频率以 50KHz 为分界线。

  ② 差模电流返回一定有路径,你把路径切断差模电流就没有了。

  ③ 共模电流你一定要给它路径,你不给路径它就乱窜,造成严重的 EMI 问题。好似流氓,你给他一条生路他就比较太平,你不给他生路他就搅天下不太平。这也是为什么变压器原边和附件加Y电容给共模电流提供一条返回路径。共模电流都是 uA 级或 mA 级,电流虽不大,但破坏力惊人。

  ④ 差模电流返回路径的包围的面积一定要小,面积越大产生干扰信号越大,吸收外界的干扰也大。如图所示

  

  4.时域和频域

  时域是真实存在域,学习通剑指cet-6的答案我们用示波器观察到的波形就是典型的时域,所谓眼见为实。

  频域是一种数学构造,是假设用某种波形来构建不同的波形,通常是用正弦波,这不是学习通剑指cet-6的答案我们这里要讨论的问题。

  而 EMC 测量都是采用频域的方式,例如用频谱仪或 EMI 接收器等。为什么要用频域的方式测量 EMC呢?我们知道,方波可有很多个(或无数个)正弦波构成,如下图:

  

  但每个正弦波的频率额幅值是多少呢?用时域的方式测量很难,于是借助于频谱仪,我们可测得每个波形的幅值及频率,而这些频率正是干扰频率,称为谐波,其幅值反映了干扰的强度。如图所示:

  

  再次强调:谐波的频率是基波的整数倍。比如 100KHz 的矩形波,其谐波为 300KHz、500KHz 等。

  5.高频等效模型

  接下来分析一下三种无源器件的高频等效模型:

  ① 电阻的高频等效模型

  

  ② 电容的高频等效模型

  

  ③ 电感的高频等效模型

  

  6.近场和远场

  顾名思义,近场就是靠近电磁场,远场就是远离电磁场。

  对 PCB 来说,电流回路一般以磁场为主,而大面积的金属面(例如铺铜、散热器表面)以电场为主,或者说大电流的路径上以磁场干扰为主而高压部分则以电场干扰为主,或者说低阻抗路径以磁场为主而高阻抗路径以电场为主。因此有时大面积铺铜散热需要考虑该散热面上是否有高压,有高压则会产生干扰电场。而大电流导线最好离敏感电路离得远一点。(恒定电流不会产生干扰磁场,有干扰一定是有变化的电流引起)。至于电磁场强度则通常借助于近场探头来进行测量。

  7.品质因素 Q

  电感的品质因素,Q 是 Quality 的第一个字母,电感的品质因素定义为:

  

  由上式可见品质因素是与频率有关的量,在 r 不变的情况下,频率越高则品质因素越高,然后通常我们不太使用 Q 这个量,而通常更关心的是 Rdc,即电感的直流电阻,与电容类似,我们通常关心的是等效串联电阻 ESR,而不是 tgδ。

  电感线圈的直流电阻与电容的 ESR 一样可通过电桥测得。

  8.圈数

  如何数电感或变压器的圈数?这个问题看似很简单,试试看如下线圈是几圈?

  

  9.近场探头

  探测原理并不复杂,示意图一看就明白

  

  10.三种等效电路

  电感线圈的三种等效电路(忽略等效电阻):

  电感线圈在低频、谐振及工作频率高于谐振频率时会呈现不同的特性,特别是当工作频率超过谐振频率是电感不再是电感而变成的电容。图中的电容是线圈的匝间电容。

  

  11.MOS管脚

  为什么 MOS 管脚上套个磁珠能起到抑制噪声的作用?

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  虽然大家一直在这么用,但估计很少人会问为什么?我们先看看下面这张图,这个磁环中间穿了根导线,你说这导线是饶了几圈?

  

  可能有人会说没有绕啊,哪来的圈数?

  事实上,导线穿过磁环就是饶了一圈,为什么呢?道理其实很简单,这根导线如果没有接入电路那确实是没有绕,只要一接入电路就是一圈,它总要和电路构成回路,比如我们用电桥测量,如图,这根导线就和电桥构成了回路,也就是形成了一圈。

  

  MOS 管脚上套个磁环后,MOS 管的脚总是和外电路构成闭合回路,也就相当于 MOS 管脚在磁环上饶了一圈。由此可见,磁环的磁导率越高滤波效果越好。

  12.插入损耗

  如何评价一个滤波器的性能?通常采用插入损耗来评价。如图示意图表示信号 V1 --> V20,V20 表示没有滤波器时的输出。

  

  为了对 V1 进行滤波于是插入了一个滤波器,将 V1 信号损耗在滤波器上,于是就有了这个名词叫插入损耗。V2 表示插入滤波器后的输出。

  

  插入滤波后,会有什么结果?V2 一定小于 V20,也就是说插入滤波器后输出变小了,为何输出变小?一部分变成热量、一部分被滤波器挡住返回了,如图:

  

  插入损耗按下式计算:

  

  式中:V20 为未加滤波器,V2 为加了滤波器。

  13.传导测试方法

  下图是实验室传导测试的标准方法,建议各位花一分钟时间看一下,了解实验室是如何测试传导干扰的,终身受用。

  

  14.输入端

  输入端 LC 滤波器设计注意事项:

  输入端LC滤波器的一般形式如下:

  

  有于滤波电路中有两个储能原件因此是两阶滤波器,这滤波器有个很大的问题,由于无阻尼,因此当干扰信号的频率达到滤波器的截止频率时(Cut off),干扰信号不但没有被抑制反而被放大了,如图所示:

  

  从图中可以看到,当阻尼系数为0.1时,干扰频率在 f0 处明显被放大。阻尼为0.1时尚且被放大很多,没有阻尼那更是不得了。

  f0 = 1/2Π√LC, 为谐振频率。

  这可是事与愿违啊,我们本想抑制干扰但由于设计不当干扰非但没有被抑制反而被放大了,这可不是我们所希望的。

  当然,阻尼为零的情况是不存在,电感电容总有内阻,因此总有些阻尼作用的,但这远远不够,而且不可控。通常采用以下几种方法解决:

  方法1:并联阻尼法

  如图:

  

  加阻尼后的幅频特性

  

  可以看出,截止频率处的尖峰被压平,也就是说不再使得噪声被放大。其中电容 Cd 对阻尼不起作用,只是为了隔离输入电压以避免电阻产生。

  方法2:串联阻尼法

  如图:在电感上并联一个电阻与电感串联的电路,这称为串联阻尼法,效果与并联阻尼相同,不足之处是由于在原电感上并联电阻电感后对高频干扰信号的衰减差一点,这是显而易见的。事实上大部分的实际应用中 Ld 都被省略了,仅仅在电感上并联一个电阻,这个电阻称为阻尼电阻,目的与前述一样防止在截止频率处把干扰信号放大,实际使用中阻尼效果还是不错的。

  

  方法3:串并联法

  这种方法用的人估计不多,了解一下即可,如图:

  

  方法4:Π 滤波器

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  这是用的最多的一种,如图,通常都仅仅在电感上并联一个阻尼电阻,这个阻尼电阻不可少,曾经看到有些贴问这个电阻干什么用,有各种说法,但很少有说对的,请记住这个是阻尼电阻,为了消除干扰信号在滤波器的截止频率处产生尖峰,达到243楼的的幅频特性的加阻尼后的效果。有人说前面一个 C1 电容可以省去,这个说法不对的,我们前面已讲过,每加一个储能元件 L 或 C,滤波器的阶数并升高一阶,对信号的衰减可以增加 20dB / 十倍频程,pi 滤波器是三级滤波器,把 C1 拿掉后变成了二阶,滤波效果会打折扣。

  

  15.共模电流

  共模电流会经过负载吗?

  答案是否定的,共模噪声电流对用户的负载其实没什么影响,因为共模电流并不流过负载,如图所示,由于共模电压 V3 = 0, 因此负载上并没有共模电流流过,共模干扰信号只会以各种方式到 “地”。

  

  16.滤波器的 Q 值

  Q = Quality,Q 是取 Quality 的第一个字母,是一个无量纲的值,滤波器的 Q 值是一个相当重要的值,理解及取适当的 Q 值 相当重要。

  滤波器的 Q 值大小表明了能量在滤波器上损耗的大小,并且对滤波器的带宽有很大的影响。Q 值越大能量损耗越小,这与电感的 Q 值一样道理一样,Q 值越大则能量损耗越小于是振荡衰减越慢,这与反激原边 RCD 吸收电路一样,能量的损耗主要依赖电阻。

  有些电路我们需要高 Q 值,比如振荡器,Q 值越高越容易起振,比如收音机机调谐回路,Q 值越高选台时越不容易串台,这主要是 Q 值高时-3dB带宽变狭的缘故。如下图所示:

  

  Q 值定义如下:

  

  分子为存在于滤波上的能量

  分母为每周期消耗的能量

  或

  

  意义如下:

  

  虽然是老生常谈,但还是要再提一下:

  ? Q< 1/2,,过阻尼。

  系统损耗很大,施加阶跃脉冲后,系统没有过冲并很快稳定下来。

  ? Q > 1/2,欠阻尼。

  系统损耗很小,如果 Q 率大于1/2,在阶跃脉冲作用下,系统会有1次 到 2次的振荡,随 Q 值得增大,系统的振荡次数会越来越多,理论上如果 Q 值无穷大,则系统将永远在振荡。

  ? Q = 1/2,临界阻尼。

  系统没有过冲,在阶跃脉冲作用下,会很快趋于稳定。

  关键的问题是 Q 取多大为好?

  答案是 Q = 5-10

  17.纹波和噪声

  常有人描述问题时把纹波和噪声混为一谈。纹波是低频的,噪声是叠加在纹波的干扰信号。如图:

  

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