雷电的电磁兼容的设计简述
雷电是带电云对地或带电云之间的放电现象。带电云对地放电为直接雷击，而非直接雷击时设备所受到的干扰为感应雷击。由于雷电具有非常大的能量和非常短的持续时间，因此雷电是非常强的干扰源。
雷电的电磁兼容的设计方法是：雷电的电磁兼容的设计简述
1）对直接雷击的设计方法是采用接闪器、避雷引线和避雷接地组成的避雷系统。将直接雷击的能量引入大地，以保护电子设备系统。
2）对感应雷击采用的设计方法采用气体避雷管、压敏电阻、电压瞬变吸收二极管或固体放电管。利用其非线性特性，对感应雷击的高电压尖峰削波和能量吸收，以保护电子设备。
2.1对雷云产生的静电的电磁兼容的设计方法
受到带电雷雨云的感应。静电场强的高低取决于材料所携带的电荷量多少和对地电容的大小。当这种材料对电子设备的场强超过绝缘介质的击穿强度时，会发生电晕放电或火花放电，形成静电干扰，可能导致电子设备损坏。
防静电的电磁兼容的设计方法是
——防止静电的产生，例如阻止静电荷的积累、泄放积累的静电荷，采用防静电地板和静电消除器等等。
——采用静电屏蔽和接地措施，将静电产生的电荷引走。
——采用耐静电电压值高的器件。
——采用静电保护措施，例如增加串联电阻以降低静电放电电流，增加并联元件以把静电放电电流引走，对静电作用下易损器件的操作防护和软件的静电防护等等。
2.2 对雷电电磁干扰可能传播的路径的设计方法：雷电的电磁兼容的设计简述
2.2.1 电路性耦合
当两个电路存在公共阻抗时，一个电路的电参数通过公共阻抗对另一个电路的电参数产生了影响。而这种影响造成误动作时，即为通过电路性耦合的路径产生的电磁干扰。公共阻抗主要有共回路导线、共地阻抗和共电源内阻。
电路性耦合的电磁兼容设计方法是
1）对共电源内阻产生的电磁干扰，可以用不同的电源分别供电的方法，以去除共电源内阻产生的电路性耦合。
2）对共回路导线产生的电磁干扰，可以用对导线阻抗加以限制或去耦的方法，以减低共回路导线产生的电路性耦合。共回路导线的阻抗包括电阻和电感。
——限制电阻的方法增大共回路导线的截面、减小共回路导线的长度和降低接触电阻；
——限制电感的方法减小共回路导线的长度和来回线的距离；
——电路去耦的方法去掉共回路导线，而将不同的回路仅在一点连接。
3）对共地阻抗产生的电磁干扰，可以用降低共地阻抗的方法，以去除共地阻抗产生的电路性耦合。
——接地的种类和作用
电子设备一般有两种接地。一种是**接地，即将机壳接地，当机壳带电时，电源的保护动作，切断电源，以保护工作人员的**；另一种是工作接地，给电路系统提供一个基准电位，同时也可将高频干扰引走。但是，不正确的工作接地反而会增加干扰，比如共地线干扰，地环路干扰等等。
工作接地按工作频率采用不同的接地方式。工作频率低的（小于1MHz）采用单点接地式，即把整个电路系统中的一个结构点看作接地参考点，所有对地连接都接到这一点上，并设置一个**接地螺栓；工作频率高的（大于30MHz）采用多点接地式，即在该电路系统里，用一块接地平板代替电路中每部分各自的地回路。其主要原因是接地引线的感抗与频率和长度成正比，工作频率高时将增加共地阻抗，从而将增大共地阻抗产生的电磁干扰。工作频率在上述两者之间的可采用混合接地式。
此外，还有一种浮地式，即该电路的地与大地无导体连接。其优点是该电路不受大地电性能的影响。其缺点是该电路易受寄生电容的影响，而使该电路的地电位变动和增加了对模拟电路的感应干扰。
——对接地电阻的要求
接地电阻越小越好。因为当有电流流过接地电阻时，其上产生的电压，将产生共地阻抗的电磁干扰。另外，该电压不仅使设备受到反击过电压的影响，而且使操作人员受到电击伤害的威胁。因此，一般要求接地电阻小于4Ω。
接地电阻由接地线电阻、接触电阻和地电阻组成。为此降低接地电阻的方法有以下三种：
一是降低接地线电阻，为此要用总截面大和长度小的多股细导线。
二是降低接触电阻，为此要将接地线与接地螺栓和接地极作紧密又牢靠地连接，并要增加接地极和土壤之间的面积与接触的紧密度。
三是降低地电阻，为此要增加接地极的表面积和增加土壤的电导率（如在土壤中添加降阻剂等）。
——低频电路地
工作频率低于1MHz的一个电路采用单点接地式，以防两点接地产生共地阻抗的电路性耦合。多个电路的单点接地式又分为串联和并联两种，由于串联接地产生共地阻抗的电路性耦合，所以低频电路*好采用并联的单点接地式。
为防止工频和其它杂散电流在信号地线上产生干扰，信号地线应与功率地线和机壳地线相绝缘。且只在功率地、机壳地和接往大地的接地线的**接地螺栓上相连（浮地式除外）。
——高频电路地
工作频率高于30MHz的电路采用多点接地式。因为接地引线感抗与频率和长度成正比，所以地线的长度要尽量短。多点接地时，尽量找*接近的低阻值接地面接地。
——混合接地式
工作频率介于1～30MHz的电路采用混合接地式。当接地线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。
——屏蔽地
电路的屏蔽体，即用屏蔽材料将电磁辐射源屏蔽起来，并将屏蔽体接地，以降低电磁辐射的干扰。屏蔽体内的电路地线只能一点接屏蔽体，而不得利用屏蔽体作返回导体。
——电缆的屏蔽层
对于多层屏蔽电缆，每个屏蔽层应在一点接地，各屏蔽层应相互绝缘。
当电缆长度大于工作信号波长的0.15倍时，采用间隔工作信号波长的0.15倍的多点接地式。如果不能实现，则至少应将屏蔽层两端接地。
4）电位隔离
电位隔离分为机械、电磁、光电和浮地几种隔离方式，其实质是人为地造成电的隔离，以阻止电路性耦合产生的电磁干扰。
——机械隔离采用继电器来实现其线圈接收信号，机械触点发送信号。机械触点分断时，由于阻抗很大、电容很小，从而阻止了电路性耦合产生的电磁干扰。缺点是线圈工作频率低，不适合于工作频率较高的场合使用。而且存在触点通断时的弹跳和干扰以及接触电阻等。
——电磁隔离采用变压器来实现通过变压器传递电信号，阻止了电路性耦合产生的电磁干扰。对于交流的场合使用较为方便，由于变压器绕组间分布电容较大，所以使用时应当与屏蔽和接地相配合。
——光电隔离采用光电耦合器来实现通过半导体发光二极管（LED）的光发射和光敏半导体（光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管、光敏晶闸管等）的光接收，来实现信号的传递。光电耦合器的输入阻抗与一般干扰源的阻抗相比较小，因此分压在光电耦合器输入端的干扰电压较小，而且一般干扰源的内阻较大，它所能提供的电流并不大，因此不能使发光二极管发光。光电耦合器的外壳是密封的，它不受外部光的影响。光电耦合器的隔离电阻很大，隔离电容很小能阻止电路性耦合产生的电磁干扰。只是光电耦合器的隔离阻抗随着频率的提高而降低，抗干扰效果也将降低。
——浮地可使功率地（强电地）和信号地（弱电地）之间的隔离电阻很大，所以能阻止共地阻抗电路性耦合产生的电磁干扰。
2.2.2 电容性耦合
任何两个导体之间都存在着电容。电容值与介质的介电常数ε和两个导体的有效面积成正比、与两个导体之间的距离D成反比。
电容性耦合的电磁兼容设计方法是
1）尽可能减小干扰源U1的幅值和干扰源的变化速度ω。
2）Z1和Z2设计得尽可能大，且Z1远大于Z2。
3）耦合电容设计得尽可能小
——尽量加大两个导体间的距离；
——尽量缩短两个导体的长度；
——尽量避免两个导体平行走线。
2.2.3 电感性耦合
任何两个回路之间都存在着互感。互感值与介质的磁导率μ成正比，并与两个回路的几何尺寸有关。
电感性耦合的电磁兼容设计方法是
1）尽可能减小干扰源电流i1的变化速度。
2）尽可能设计得使两个回路的互感M小，为此
——尽量加大两个回路间的距离；
——尽量缩短两个回路的长度；
——尽量避免两个回路平行走线；
——尽量缩小两个回路的面积，并减低重合度。
3）屏蔽
屏蔽的目的切断干扰源和**扰对象之间的电力线，以免除电容性耦合的电磁干扰。
屏蔽的方法采用与干扰源基准电位相连的屏蔽；采用与**扰对象基准电位相连的屏蔽；或者上述两者都用，其效果更好。
屏蔽的注意事项
——要有完整的屏蔽，否则屏蔽的效果降低；
——要用导电性能好的材料作屏蔽，否则屏蔽的效果降低；
——要有良好的屏蔽接地，否则屏蔽的效果降低。当导线的长度小于工作信号波长的1/20时，采用单点接地式，否则采用多点接地式。接地线的长度要尽量短。
4）平衡
平衡的目的当干扰源和**扰对象的基准电位是互相独立时，可以采用平衡的方法，即使干扰源和**扰对象的耦合电容平衡，以免除电容性耦合的电磁干扰。
平衡的方法
——干扰源和**扰对象均采用绞合导线；
——采用四芯导线，使干扰源和**扰对象的导线交叉对称。
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