【科普】什么是电路的“耦合”?

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耦合,可以理解为高频信号在空中介质中进行传播。在一定程度上来说,耦合也属于干扰,而在电路系统里面,干扰往往不可取,所以降低干扰的核心设计是降低耦合对应的阻抗。

耦合可以分为几种情况:分别是电源耦合,地线耦合和电容耦合。

电源耦合
电源耦合的根本原因在于电源系统的阻抗,阻抗越大,越容易发生耦合。电源阻抗分为电源线的电阻和电感的感抗两部分。在频率较高时,电感的感抗起作用。比如开关电路,在工作时会产生脉冲,脉冲电流中带有非常丰富的高频成分,而电源线有较大的感抗,因此对高频电流有较强的阻抗,产生较大的噪声电压。所以,开关电路和模拟电路一起使用时,难免会对模拟电路产生干扰。解决的方法有:

1,开关电路和模拟电路分开供电,使用不同路的电源。

2,减少开关电路和模拟电路之间的公共线路,比如,把开关电路部分尽量靠近电源,减少开关电路和模拟电路之间共用电路部分的电源阻抗。

3,降低电力变化率,这个有点抽象,可以理解为当电流变化大时,电感的感抗越明显(Z=L(di/dt),所以降低电流的变化率是有效的。在电流变化剧烈的电源线上装上储能电容,这个电容的作用就等于是提供瞬变电流,类似于充放电原理,从而抑制电流波动。当然,电感也有平滑电流的效果。需要注意的是,电容和电感不要加在公共部分的电路上,避免增加公共部分的阻抗。另外,在电路上添加电容和电感也有顺序讲究,因为,假如加电感的位置在电容放电回路上,不但起不到平滑电流的左右,反而会阻挡电容电流的流出,使电容失去作用。所以,正确的顺序是:电源过来,先电感,然后到电容。

地线耦合
其实和电源线耦合类似,由于存在公共阻抗而产生。电源流出多少电流都将流回电源,所以就形成闭合回路,这个流回路径就是地线, 当电流流经地线时,产生电压,称为基准地线位。同理,地线存在电阻和感抗,如果流经的是脉冲电流,由于感抗的存在必然产生感应电压,影响基准地线电压,从而影响电路。解决方法类似:

1,开关电路和模拟电路分开共地。

2,减少开关电路和模拟电路之间的公共线路。比如,把开关电路部分靠近电源,目的是减少共用地线,避免公共阻抗的产生。

3,减少地线的阻抗和感抗。

电容耦合
先知道公式 Z=1/2πfc,由此,频率越高,阻抗越小。

电容,两个平行的金属板就形成电容,或者说,两个靠很近的金属物之间也会有电容,更或者说,电路板之间较近的导体之间也存在电容,称之为杂散电容。

由上面公式,频率越高,阻抗越小,所以,电路中一个导体上的电压会通过杂散电容传递到另一个导体上去,这就是电容耦合。同时,当这种耦合电压高到一定门限,就形成噪声电压,开始干扰器件。所以,要减少干扰,首先要去耦。

去耦的方法:

1,在两个导体之间加屏蔽。

2,降低源电压的频率。

3,降低导体对地的阻抗,因为阻抗越大,噪声电压越明显,加个并联小电容到地(其实是滤波电容啦),容抗和导体阻抗并联,降低总体阻抗,从而降低噪声电压,达到去耦作用。

4,改善导体之间的走线和布局,这个比较复杂,后续有机会再补充。

文章来源:网络转载

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