2012年《电磁兼容》习题
第1讲电磁兼容导论
[1] 比较电磁交互作用和电磁耦合的含义。
[2] 你希望通过这门科学到那些知识?
[3] 描述一个你所见到的电磁兼容问题。
[4] 举例说明某种设备产生的电磁骚扰对其自身产生电磁干扰。
[5] 上网浏览一个电磁兼容网站，介绍其主要内容。
第2讲电磁骚扰源
[1] 分析比较5kA的2.6/50μs和10/350μs冲击电流的频谱特性。
第3讲电磁骚扰传播机理
[1] 分析雷电作用在建筑物内的电子设备的途径。
[2] 如图3.1所示的高功率负载的温度监控电路，Q1和Q2为用来放大热电耦元件的输出信号，与高功率负载同接在一组蓄电池上，该负载须经常通过开关S 开端来调整温度。
请指出该电路中的骚扰源、耦合途径及敏感体。
图3.1 高功率负载的温度监控电路
[3] 在图3.2中，如果在导线2周围放置一个接地的屏蔽体，从导线2到屏蔽体的等于100pF，导线2和导线1之间的电容是2pF,导线2和地之间的电容是5pF，在导线1上有一电压为10V、频率为100kHz的交流信号。
假若使用电阻RT端接导线2，请问：若电阻RT取下面的值时，导线2拾取的噪声电压是多少？
a.无穷大
b.1000Ω
c.50Ω
图3.2
[4] 因为功率晶体管的开关动作，在开关电源的电源输出导线和电源外壳之间会引入噪声电压，即图3.3中的V N1。
这个噪声电压能以容性耦合方式进入相邻的电路2。
C N是电源输出导线和电源外壳之间的等效耦合电容。
a.在该电路中，请将V N2/V N1表示成频率的函数，并绘制出该函数的曲
线（忽略图中用点线画出的电容C）。
下一步，按照图示在输出电源导线和电源外壳之间增加电容C，请回答下面的问题。
b.请问该电容是如何影响噪声耦合的？
c.电源导线的屏蔽是怎样才能改善电路的噪声性能？
图3.3
[5]有两根导线，长度均为10cm，导线间距为1cm，用它们构成一个电路。
将该
电路放在10G、60Hz的磁场中，请问：电路中磁场耦合产生的最大噪声电压是
多少？
[6]请问在下列情况下，随着与磁场距离的改变，磁场强度是怎样变化的？
a.单根隔离的导线。
b.紧密相邻的平行导线。
第4讲电磁屏蔽
[1]定量讨论图4.1中各种情况下电场和磁场对同轴电缆和屏蔽壳体
的耦合。
问：哪种情况电场对电缆屏蔽的耦合最强，哪种情况对电缆屏蔽的磁场耦合最强，哪种情况对内部电子设备的电磁干扰最大?
图4.1 电缆与电子设备的不同连接方式
[2]电磁屏蔽分析时一般采用无限大导电平面模型进行分析，讨论该模型对一些
实际问题是不合适的，并可能导致估计的屏蔽效果过大。
[3]计算机的显示器距离采用16.7Hz电源供电的铁路10m，列车每次经过时，
显示器都出现图像变形及衍射条纹，分析原因并提出解决措施。
[4]如果仅考虑吸收损耗，讨论对60 Hz场有30dB衰减的屏蔽体的设计方案。
[5]请尽可能地列举出“喷漆罐头”能够提供良好的中高频屏蔽的原因。
[6]一屏蔽体上有40个方向一致的开槽，如果在100 MHz需要20dB的屏蔽效
能，请计算开槽的最大线性长度。
第5讲作业
1．在分析、解决电磁兼容问题时，确定实际的地线电流路径十分重要。
但你所设计的地线往往并不是实际的地线电流路径，也就是，并不是真正的地线，这是为什么?
2．当将一端的设备与地线断开时，干扰现象消失，往往说明有地环路干扰问题，但是为什么不能反过来说：“当有地环路干扰时，只要将一端电路与地线之间的联线断开，就可以解决问题。
”?
3．现实中的地环路电流往往占有从很低的频率(50Hz)到很高的频率(数百MHz)较宽的频段，怎样对这样宽频带的地环路干扰进行抑制?
4．华北电力系统调度中心高20层，调度中心在18层，调度中心需要与外界的调度通信和电话联系，如何设计其接地方式。
5．在测试时瞬时地电位升很高的区域，该测试区域的设备如何接地？
6. 如图5.1所示为磁带录音机电路的物理布局，请为它设计一个接地系统。
图5.1
第6讲电磁干扰滤波技术
[1] 将滤波器按照图示的方法接地(滤波器金属外壳与机箱之间无导电性接触，仅通过一根细导线连接)时，滤波器的共模滤波效果会在某一段频率上特别差，几乎接近没有共模滤波电容时的效果，这是为什么?
[2] 设计一个截止频率为300Hz的LC低通电源电磁干扰滤波器。
[3] 高频低通滤波器的原理图与PCB布局如图6.1所示，电感使用开路磁芯上绕制的螺线管电感器，电容使用管状电容器。
请回答以下问题：
a.列举出图中PCB布局的缺点；
b.建议新的布局方案，解决原布局的问题。
图6.1
[4] 使用一个有屏蔽保护的数字电压表在图6.2中的桥式电路中测量电压，请问：
a.电路中的共模源是哪些？
b.数字电压表的保护屏蔽地应连接到什么地方？为什么？
注：要解决这个问题，需要进行认真的思考和分析。
提示：从端子1和端子2看进去，利用戴维宁等效电路进行分析。
图6.2
[5]如图6.3a所示的滤波器由2个铁氧体磁珠（图6.3b所示为磁珠阻抗的频率
特性）和1个0.01 F的电容组成，请问：滤波器对5MHz信号的衰减。
图6.3a
110
100
20
40
60
80
100
120
Z (Ω) f (Hz)
图6.3b
第7讲 电磁干扰隔离及抑制技术
[1] 如图7.1所示，分析在三相电源保护器中是否有必要在相导线间安装MOV 。
图7.1
[2] 分析ZnO 压敏电阻能否用于数字信号保护？分析目前采用放电管和TVS 器件保护数字信号系统存在的问题。
[3] 使用一个有屏蔽保护的数字电压表在图7.3中的桥式电路中测量电压，请问：
c. 电路中的共模源是哪些？
d. 数字电压表的保护屏蔽地应连接到什么地方？为什么？
注：要解决这个问题，需要进行认真的思考和分析。
提示：从端子1和端子2看进去，利用戴维宁等效电路进行分析。
图7.3
[4] 隔离变压器加装法拉第屏蔽有何优缺点？
第8讲 信号传输回路的干扰控制
[1] 在图8.1中，屏蔽体的特性由电感L S 和电阻R S 表示，等效接地电阻R G 与图中的布置有关。
a. 请画出1I I S 对频率的渐近曲线图；
b. 在什么样的频率条件下，电流I 1的98%将流经屏蔽体？
图8.1
[2] 在某电路中，一个共模扼流圈与一个传输线串联，传输线连接一低电平的源和一个900Ω的负载，传输线的导线电阻等于1Ω，扼流圈每个线圈的电感是0.044H ，电阻是4Ω，请问：
a. 在什么频率共模扼流圈对信号的传输没有任何影响？
b. 假若地差分噪声电压分别为60V 、180V ，频率为300Hz 时，共模扼流圈能产生多大的衰减？
[3] 如图8.2所示，为了使耦合到差分放大器上的地噪声小于信号电压V s的0.1%，请问：对电阻R IN的取值范围有何约束？
图8.2
[4]两根平行导体，一根是电源线，一根是信号线，如何减小电源线在信号线中的磁场耦合。
[5]在电缆进入大楼时，一般将进入大楼的一段电缆穿入铁管并埋地来削弱沿线路传到的电磁干扰，请说明其原理。
[6]在电磁干扰防护时，一般将多芯电缆多余的芯线接地，为什么？
第9讲印刷电路板的电磁兼容问题
[1] 为什么将机箱或线路板的地线断开后，在某些频率共模辐射反而会增强?
[2] 设时钟信号的边沿时间为5ns，时钟线条为微带线，线条长度为5inch。
线条
上接有6个负载(逻辑元件)，分布接在时钟线条上。
每个逻辑元件具有6pF 输入电容。
印制线条的线宽W=0.010inch，距离地平面高H=0.012inch，线条
ε。
计算特性阻抗和传输时延，由时钟源厚度T=0.002inch，介电常数7.4
=
r
向负载的单向传输延迟时间，分析是否需要进行传输终端阻抗匹配处理。