定 價:35 元
叢書名:“十三五”國家重點出版物出版規(guī)劃項目 卓越工程能力培養(yǎng)與工程教育專業(yè)認證系列規(guī)劃教材(電氣工程及其自
- 作者:陳潔
- 出版時間:2021/9/1
- ISBN:9787111686200
- 出 版 社:機械工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TN03
- 頁碼:
- 紙張:膠版紙
- 版次:
- 開本:16開
電磁兼容是一門系統(tǒng)的學(xué)科,研究它需要具備多方面知識,對于入門的初學(xué)者極具挑戰(zhàn)性。
本書以電磁兼容技術(shù)的原理設(shè)計為基礎(chǔ),從實際出發(fā),對電磁兼容涉及的基本知識進行詳細介紹,包括電路器件選型、電磁干擾的產(chǎn)生和電磁兼容的實現(xiàn)技術(shù),并介紹電磁兼容的一系列設(shè)計原理以及如何進行仿真設(shè)計。
本書可作為高等院校電氣工程及其自動化、自動化、測控技術(shù)與儀器等專業(yè)的教學(xué)用書,也適合電子電氣行業(yè)的研發(fā)、設(shè)計、制造、管理、維修等人員使用,同時可供科研機構(gòu)、工程項目、檢測機構(gòu)等專業(yè)技術(shù)人員參考。
電磁兼容(EMC)是指設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中既能滿足其功能要求又不會對在該環(huán)境中的任何事物帶來不可忽視的電磁干擾的能力。
電磁干擾早于19世紀被人們發(fā)現(xiàn),與電磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)幾乎在同一時間。它的表現(xiàn)形式為傳輸電報時兩根信號線間存在串?dāng)_現(xiàn)象。1881年,英國科學(xué)家Heaviside發(fā)表了一篇主題為電磁干擾的文章,這是電磁干擾問題次被正式提出,但當(dāng)時這種干擾尚未引起人們的注意。
近年來,隨著通信、導(dǎo)航、雷達、遙測遙控及計算機領(lǐng)域的迅猛發(fā)展,電磁能使人們的生活煥然一新,然而電磁干擾問題越來越成為電子設(shè)備或系統(tǒng)中的一個嚴重問題,電磁兼容已引起許多技術(shù)人員和管理人員的重視。
1)電子設(shè)備的密集度已成為衡量現(xiàn)代化程度的一個重要指標,大量的電子設(shè)備在同一電磁環(huán)境中工作,電磁干擾的問題呈現(xiàn)出前所未有的嚴重性。
2)現(xiàn)代電子產(chǎn)品的一個主要特征是數(shù)字化,微處理器的應(yīng)用十分普遍,而這些數(shù)字電路在工作時會產(chǎn)生很強的電磁干擾發(fā)射,不僅使產(chǎn)品不能通過有關(guān)的電磁兼容標準測試,甚至連自身的穩(wěn)定工作都不能保證。
3)電磁兼容標準的強制執(zhí)行使電子產(chǎn)品必須滿足電磁兼容標準的要求。
4)電磁兼容標準已成為西方發(fā)達國家限制進口產(chǎn)品的一道堅固的技術(shù)壁壘。加入WTO以后,這種技術(shù)壁壘對我國相關(guān)產(chǎn)品的出口障礙更大。
自21世紀以來,數(shù)據(jù)庫技術(shù)、媒體開發(fā)技術(shù)和其他先進的計算機技術(shù)得到了迅速發(fā)展,這為研究EMC分析、預(yù)測和計算模型集成技術(shù)提供了有力的工具。 國外已經(jīng)開發(fā)出了專門的EMC知識庫系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析系統(tǒng),并且通過對電子電路CAD設(shè)計文件的分析可以直接為電磁兼容提供相關(guān)的設(shè)計建議。目前,美國開發(fā)的IEMCAP系統(tǒng)已經(jīng)可以同時處理多達200個以上的干擾源和干擾接收器,并且可以分析和評估飛機、航天器、導(dǎo)彈、地面系統(tǒng)等復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部和彼此之間的電磁兼容性。
我國在電磁兼容標準方面的起步雖然較晚,但發(fā)展很快。近年來,中國主要的電磁兼容研究機構(gòu)加大了對電磁兼容軟件工具的開發(fā)力度,做了很多建模工作,還編寫了很多算法程序。這些電磁兼容軟件工具的開發(fā)為國內(nèi)電磁兼容后續(xù)工作的開發(fā)做了很多有益的工作。但是,我國開發(fā)的電磁兼容分析工具功能較為單一,不能用于整個系統(tǒng)和系統(tǒng)間的EMC分析和預(yù)測,因此并不能滿足應(yīng)用中的實際設(shè)計要求。到目前為止,在構(gòu)建EMC技術(shù)支持專家系統(tǒng)的研究上始終沒有實際的突破性進展。建立EMC技術(shù)支持專家系統(tǒng)需要的就是EMC的基礎(chǔ)知識庫系統(tǒng)(包括EMC的基本計算模型庫,EMC/EMI分析和預(yù)測,EMC/EMI設(shè)計規(guī)則),其研究工作尚未有效地開展起來。
目前,國內(nèi)有關(guān)電磁兼容方面的書籍很多,這些書籍各有特色,廣泛閱讀這些書籍無疑能極大地豐富電磁兼容方面的知識,培養(yǎng)綜合運用知識的能力。但是,國內(nèi)的這些關(guān)于電磁兼容的書籍都存在一個缺陷,那就是設(shè)計與測試脫節(jié),有的書籍只是生搬硬套了電磁兼容標準,而有的則講解了一大堆理論公式,使讀者望而卻步。
電磁兼容是一門系統(tǒng)的學(xué)科,研究它需要具備多方面知識,對于入門的初學(xué)者極具挑戰(zhàn)性,本書以全面、簡明的方式闡述電磁兼容為宗旨,從電磁兼容的原理、選型、設(shè)計、仿真等幾個方面進行詳細闡述。
前言全書共分為8章。第1章主要介紹電磁兼容技術(shù)的發(fā)展歷程與現(xiàn)狀、電磁兼容的研究目的、電磁兼容的基本概念以及電磁兼容標準與測試。第2章重點介紹電容器、電感器、電阻器、導(dǎo)線這些無源器件的等效電路、頻率特性及分類,并且對作為電路核心部分的有源器件的分類、特性、選型、噪聲等方面進行詳細講解,使讀者在電路設(shè)計上有一個大概的認知。第3章對接地設(shè)計的概念、分類、安全設(shè)計、信號接地和屏蔽接地的設(shè)計方法進行講解,體現(xiàn)了接地設(shè)計的重要性。第4章從屏蔽原理、屏蔽分類、屏蔽效能、傳輸理論、屏蔽材料、屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面全面、系統(tǒng)地闡述電磁屏蔽設(shè)計。通過此部分的學(xué)習(xí)有利于讀者更好地了解和設(shè)計電磁屏蔽。第5章按照濾波特性、濾波器分類、高低通濾波器、電磁干擾(EMI)濾波器、電源線濾波器、EMI信號濾波器、濾波器的實現(xiàn)選擇及安裝這樣的順序由表及內(nèi)地介紹如何正確地設(shè)計、選擇和使用濾波器,這是抑制傳導(dǎo)干擾中不可或缺的一部分。第6章對電快速瞬變脈沖群(EFT)試驗和抑制方法、雷擊浪涌的危害和防護、靜電放電對電子產(chǎn)品的影響、防靜電設(shè)計試驗、瞬態(tài)干擾抑制器等方面進行詳細介紹。第7章系統(tǒng)地從印制電路板(PCB)概述、設(shè)計流程、加工流程到印制電路板EMC設(shè)計和其他設(shè)計對印制電路板進行深入講解。第8章對EMC仿真軟件進行詳細的劃分和介紹,包括EMC理論基礎(chǔ)、主要設(shè)計軟件、PCB和集成電路(IC)設(shè)計軟件、主要的器件生產(chǎn)商以及對應(yīng)的開發(fā)工具等,列舉了一些電磁兼容仿真的實例,使讀者對電磁兼容有更深一步的認識。
由于編者水平有限,錯誤之處在所難免,歡迎廣大讀者批評指正。
編者
前言
第1章緒論1
1.1電磁兼容學(xué)科背景1
1.1.1電磁兼容技術(shù)的發(fā)展歷程1
1.1.2我國EMC技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀2
1.1.3EMC技術(shù)的發(fā)展趨勢以及面臨的
挑戰(zhàn)3
1.2電磁兼容研究目的3
1.3電磁兼容的概念及要素4
1.3.1電磁兼容的基本概念4
1.3.2電磁兼容三要素5
1.4電磁兼容標準8
1.5電磁兼容測試9
第2章無源器件及有源器件的選型10
2.1無源器件的特性10
2.2電容器11
2.2.1等效電路11
2.2.2頻率特性和分類11
2.2.3電容的并聯(lián)13
2.2.4電容的失效模式14
2.3電感器14
2.3.1等效電路14
2.3.2分類和特性14
2.3.3變壓器15
2.4電阻器15
2.4.1等效電路和特性15
2.4.2電阻器的噪聲16
2.5導(dǎo)線16
2.5.1等效電路和特性16
2.5.2高頻下的趨膚效應(yīng)17
2.6有源器件17
2.7有源器件的選型18
2.7.1電磁敏感度特性19
2.7.2干擾發(fā)射特性20
2.7.3I噪聲電流和瞬態(tài)負載電流21
2.8有源器件的噪聲系數(shù)23
第3章接地設(shè)計25
3.1接地簡介25
3.1.1接地的概念25
3.1.2接地的分類25
3.2安全接地25
3.2.1設(shè)備機殼接地25
3.2.2防雷接地26
3.2.3安全接地的有效性27
3.3信號接地30
3.3.1懸浮接地32
3.3.2單點接地33
3.3.3多點接地34
3.3.4混合接地36
3.4屏蔽體接地36
3.4.1電纜屏蔽層的接地36
3.4.2電路屏蔽盒的接地39
3.4.3飛行器系統(tǒng)的接地40
3.5地回路干擾及抑制42
3.5.1地電流與地電壓的形成42
3.5.2隔離變壓器43
3.5.3縱向扼流圈44
3.5.4光電耦合器45
3.5.5差分平衡電路46
3.6搭接技術(shù)47
3.6.1搭接的概念與基本準則47
3.6.2搭接的方法49
3.6.3搭接的類型49
3.6.4搭接的有效性測試50
3.6.5搭接的實施50
第4章屏蔽設(shè)計53
4.1屏蔽原理53
4.1.1屏蔽的分類53
4.1.2電場屏蔽原理53
4.1.3磁場屏蔽原理55
4.1.4電磁屏蔽原理57
4.2屏蔽效能和屏蔽理論58
4.2.1屏蔽效能的表示58
4.2.2屏蔽的傳輸理論58
4.2.3屏蔽效能的計算60
4.2.4低頻磁場的屏蔽方法65
4.3屏蔽材料66
4.3.1導(dǎo)電材料66
4.3.2導(dǎo)磁材料67
4.3.3薄膜材料與薄膜屏蔽68
4.3.4導(dǎo)電膠與導(dǎo)磁膠69
4.4屏蔽體的結(jié)構(gòu)70
4.4.1電屏蔽的結(jié)構(gòu)70
4.4.2磁屏蔽的結(jié)構(gòu)72
4.4.3電磁屏蔽的結(jié)構(gòu)73
4.5屏蔽體的設(shè)計74
4.5.1屏蔽體的設(shè)計原則74
4.5.2屏蔽體設(shè)計中的處理方法74
電磁兼容設(shè)計與應(yīng)用目錄第5章濾波設(shè)計77
5.1濾波原理77
5.1.1濾波的特性77
5.1.2濾波器的分類79
5.2反射式濾波器80
5.2.1低通濾波器80
5.2.2高通濾波器82
5.2.3帶通濾波器與帶阻濾波器82
5.3電磁干擾濾波器82
5.3.1電磁干擾濾波器的特點82
5.3.2電磁干擾濾波器的基本電路
結(jié)構(gòu)83
5.3.3電磁干擾濾波器的阻抗匹配問題83
5.4電源線濾波器84
5.4.1共模干擾和差模干擾84
5.4.2電源線濾波器的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)85
5.5EMI信號濾波器87
5.6濾波器的實現(xiàn)87
5.6.1電容器的實現(xiàn)88
5.6.2電感器的實現(xiàn)89
5.7濾波器的選擇與安裝90
5.7.1濾波器的選擇90
5.7.2濾波器的安裝91
第6章瞬態(tài)抗擾度92
6.1抗擾度試驗性能判據(jù)92
6.2電快速瞬變脈沖群92
6.2.1對EFT的說明93
6.2.2受試設(shè)備不能通過EFT試驗
的原因94
6.2.3抑制EFT的方法96
6.3雷擊浪涌96
6.3.1全球雷擊的一些數(shù)字96
6.3.2雷害形式直擊雷與感應(yīng)雷97
6.3.3雷害帶來的后果97
6.3.4雷擊與瞬變脈沖電壓97
6.3.5雷害的防護99
6.4靜電放電產(chǎn)生的電磁干擾100
6.4.1ESD對電子設(shè)備的影響100
6.4.2靜電防護101
6.4.3靜電安全區(qū)101
6.4.4抗靜電材料102
6.4.5減小ESD影響的設(shè)計導(dǎo)則103
6.4.6附加保護措施104
6.4.7靜電放電試驗105
6.5瞬態(tài)干擾抑制器105
6.5.1避雷管105
6.5.2壓敏電阻器106
6.5.3瞬態(tài)電壓抑制器106
6.5.4高清多媒體接口(HDMI)
的ESD保護設(shè)計107
6.5.5USB端口的ESD防護108
6.5.6多級組合保護電磁兼容
設(shè)計準則108
6.5.7多級組合保護電路原理108
6.5.8嵌入式機器人控制109
第7章印制電路板的電磁兼容設(shè)計117
7.1印制電路板概述117
7.2印制電路板的設(shè)計118
7.2.1印制電路板的總體設(shè)計流程118
7.2.2原理圖的設(shè)計流程119
7.2.3印制電路板的設(shè)計流程121
7.3印制電路板的加工流程123
7.4印制電路板的EMC設(shè)計127
7.4.1印制電路板布線基本原則127
7.4.2印制電路板的層疊設(shè)計128
7.4.3印制電路板的接地設(shè)計原則131
7.4.4印制電路板的電源線設(shè)計原則131
7.4.5印制電路板的元器件設(shè)計原則131
7.4.6印制電路板的去耦電容布置
原則132
7.5印制電路板的其他設(shè)計原則133
7.5.1印制電路板的抗振設(shè)計原則133
7.5.2印制電路板的熱設(shè)計原則133
7.5.3印制電路板的可測試性設(shè)計
原則134
第8章電磁兼容仿真設(shè)計136
8.1EMC仿真軟件的理論基礎(chǔ)136
8.2目前流行的EMC仿真軟件136
8.3EDA常用軟件139
8.3.1電子電路設(shè)計與仿真工具139
8.3.2PCB設(shè)計軟件140
8.3.3IC設(shè)計軟件141
8.3.4PLD設(shè)計工具142
8.3.5主要器件生產(chǎn)廠家和開發(fā)工具142
8.3.6其他EDA軟件143
8.4電磁兼容仿真實例143
8.4.1高鐵動車組電磁兼容仿真技術(shù)143
8.4.2彈上線束電磁兼容仿真技術(shù)146
參考文獻150