《电磁兼容原理实验》指导书

《电磁兼容试验》指导书华北电力大学电磁场与电磁兼容试验室2023 年12 月目录试验四试验五试验六试验七浪涌抗扰度试验 (11)振荡波抗扰度试验 (12)屏蔽电缆耦合试验任务书 (14)电磁场屏蔽试验任务书 (15)试验一静电放电抗扰度试验概述引用标准:GB/T17626。

2〔IEC61000—4—2〕标准的依据：人体放电试验等级：空气放电、接触放电四级.一、试验目的1.把握静放电试验的步骤和要求。

2.把握静电放电试验的试验室配置。

3.了解静电放电枪功能及使用方法。

二、试验设备:静电放电枪、接地系统、试验台、水平和垂直耦合板、绝缘垫、耦合板放电线三、试验内容：1.介绍试验的标准配置要求。

接地系统、设备要求〔位置、接地、线缆)、耦合板➢台式设备：➢落地式设备:2.介绍静电放电枪的功能及使用.➢构造及附件：接地线、放电头、主机➢功能及使用联接3.试验的实施➢试验应依据试验打算进展。

试验打算内容包括：——受试设备的典型工作条件；——受试设备是按台式还是按落地式设备进展试验；——确定施加放电点；——在每个点上，是承受接触放电还是空气放电;-—所使用的试验等级——符合性试验中在每个点施加放电的次数〔至少施加十次单次放电〔以最敏感的极性〕，连续单次放电的时间间隔至少１秒.——是否还进展安装后的试验➢直接放电试验:空气放电、接触放电I.选择放电试验点、面II.选择放电方式及要求：选择空气放电或接触放电。

空气放电和接触放电的放电要求。

➢间接放电试验：水平耦合、垂直耦合。

放电位置及要求。

四、报告要求：依据以上试验及试验标准归纳、总结出试验程序及要求。

试验二射频电磁场辐射抗扰度试验概述引用标准：GB/T17626。

2〔idt IEC61000-4-2〕标准依据：空间射频辐射电磁波试验等级：三级一、试验目的：1.了解试验设备、设施的功能及作用。

2.把握射频辐射抗扰度试验的方法步骤。

3.把握抗扰度试验结果的推断准则——判据。

电磁兼容原理与技术实验课程名称：电磁兼容原理与技术/ Electromagnetic Compatibility Principles and Technology学分：2.5课程总学时：32+12 实验学时：12（其中，上机学时：）课程性质：□☑必修√□☑选修是否独立设课：√□是□否课程类别：□基础实验√□专业基础实验□专业领域实验含有综合性、设计性实验：√□是□否面向专业：电子信息工程专业方向电子科学与技术专业方向先修课程：电子技术工程素质实践基础课、数字电子技术实验、模拟电子技术实验、数字信号处理实验、电磁兼容原理与设计大纲编制人：课程负责人（常天海）实验室负责人（秦慧萍）说明：1.《实验教学大纲》中的课程名称、课程总学时、实验学时、上机学时、学分、课程类别等信息必须与《本科综合培养计划》一致；2. 为保障基础，同时适应实验室开放和学生自选实验，将实验项目分必做和选做两类，便于教学过程中因材施教；3. “是否独立设课”：分为独立设课和非独立设课两种，独立设课课程总学时与实验总学时完全一致；4. 含有综合性、设计性实验：按教育部本科教学水平评估要求，设有综合性、设计性实验的课程占有实验的课程总数的比例应大于等于80%（注意评估指标并非指一门课程中的综合性、设计性实验项目所占比例应不小于80%）。

这里只需选择该门课程是否设有综合性、设计性实验；5. “面向专业”：按教务处本科教学综合培养计划中规定的专业名称（或方向）全称填写。

学院内开设的同一课程适应不同专业又有不同教学要求的，请分开不同专业（或方向）分别编制实验大纲；6. 课程设计、金工实习、电子工艺实习等集中实践教学环节不列入实验大纲编写范围；7. “大纲编制人”：实践教学与理论教学互相支撑、密不可分。

本次大纲的修订应由承担课程教学任务的教学团队和实验技术团队共同完成。

理论课程负责人、实验课负责人（实验人员）须共同署名。

一、教学信息教学的目标与任务：该课程是“电磁兼容原理与设计”这门学科基础课的配套实验，其目的是使学生通过实验加深对电磁干扰源及其危害、传导和辐射这两类干扰的产生机理、三种主要（接地、屏蔽和滤波）电磁兼容技术、电磁干扰的发射和敏感性测量技术、静电基本参量的测试方法、人体静电参数的测试方法及基于MATLAB软件对静电放电模型的仿真等基本理论与技术的理解，通过实验培养学生了解并掌握“移动用户终端的电磁干扰”、“微电子器件和设备的静电放电敏感度测试”或“微电子器件及集成电路的电磁敏感性测量及评估”或“静电放电脉冲对集成电路损伤效应的评估”、“静电基本参量及人体静电参数的测量”、“固体各类动态作业过程的静电动态多因素联合效应模拟实验”及“静电放电模型的MATLAB软件仿真实验”等方法或技能，从而培养学生在电子系统的电磁兼容设计及静电防护工程等领域的分析问题、解决问题及实践动手能力。

电磁兼容原理实验教案一、实验目的1. 理解电磁兼容的基本概念。

2. 掌握电磁兼容的基本设计原则。

3. 学习电磁兼容的实验方法和技巧。

4. 培养实验操作能力和团队协作能力。

二、实验原理1. 电磁兼容的基本概念：电磁兼容是指电子设备或系统在同一电磁环境中能正常工作，并不干扰其他设备正常工作的能力。

2. 电磁兼容的基本设计原则：a) 屏蔽：采用金属屏蔽或导电涂层等方法减少电磁干扰。

b) 滤波：利用滤波器去除电源线和信号线上的干扰信号。

c) 接地：合理设置接地，降低设备之间的干扰。

d) 布线：按照电磁兼容原则进行合理布线，减少信号间的相互干扰。

三、实验器材与设备1. 实验桌椅2. 计算机3. 示波器4. 信号发生器5. 功率放大器6. 接收器7. 屏蔽盒8. 滤波器9. 接地线10. 导线四、实验内容与步骤1. 实验一：电磁干扰的产生与检测a) 连接信号发生器、功率放大器和接收器。

b) 设置信号发生器产生一定频率的信号。

c) 通过功率放大器放大信号，观察接收器接收到的干扰信号。

d) 分析干扰产生的原因和特点。

2. 实验二：屏蔽对电磁干扰的影响a) 在实验一的基础上，加入屏蔽盒。

b) 将信号发生器、功率放大器和接收器放入屏蔽盒内。

c) 重复实验一的操作，观察屏蔽对电磁干扰的影响。

d) 分析屏蔽的作用和效果。

3. 实验三：滤波对电磁干扰的影响a) 在实验一的基础上，加入滤波器。

b) 将滤波器串联在信号发生器和功率放大器之间。

c) 重复实验一的操作，观察滤波对电磁干扰的影响。

d) 分析滤波的作用和效果。

4. 实验四：接地对电磁干扰的影响a) 在实验一的基础上，合理设置接地。

b) 将信号发生器、功率放大器和接收器分别接地。

c) 重复实验一的操作，观察接地对电磁干扰的影响。

d) 分析接地的作用和效果。

5. 实验五：布线对电磁干扰的影响a) 在实验一的基础上，按照电磁兼容原则进行布线。

b) 重复实验一的操作，观察布线对电磁干扰的影响。

第三部分电磁兼容实验一开关电源传导型EMI测试一、实验目的1、通过实验了解在交流电源线上、由被测设备产生的干扰信号。

2、通过实验掌握频谱分析仪的使用方法、掌握电源阻抗稳定网络的结构原理和使用方法。

3、设计EMI电源滤波器，并通过改变滤波器结构、电路参数等，测量开关电源传导干扰，记录并分析频谱分析仪上所测试的波形变化情况。

4、通过实验掌握传导型EMI测试的测试条件和测试方法。

三、实验原理图13电力电子设备的广泛应用,带来了日益突出的电磁污染问题。

电磁干扰( EMI) 发射源不仅对环境产生不良影响,还对电网及其邻近的电气设备等产生影响。

传导发射测量的对象是输入电源线、互连线和控制线。

干扰类型可能是连续波干扰电压、连续波干扰电流和尖峰干扰信号。

典型的核心测量设备是频谱分析仪,它能够快速地在较宽的频率范围内进行扫描。

EMC 标准都是在频率域中规定的,如果干扰是周期性信号,则用傅里叶级数进行变换,这时的频谱是离散的,即只在有限的频率点上有能量。

对于非周期性的干扰信号,用傅里叶变换将信号从时域变到频域,得到频谱,这时频谱是连续的。

因为周期信号有限的能量分布在有限的频率上,因此能量更集中,干扰作用更强。

在使用频谱分析仪时,首先应注意的是,由于频谱分析仪是在较宽的频率范围内进行扫频,因此对于作用时间很短的瞬时干扰不敏感,如静电放电和雷电干扰。

这时应采用测量接收机进行测量。

其次,频谱分析仪的精度和扫描范围有关,扫描范围越窄,测量精度越高。

这时,如果输入信号过大,容易发生过载现象,使测量结果失真或损坏仪器。

另外,频谱分析仪的灵敏度还和中频带宽有关,减小中频带宽能够提高灵敏度,但是会增加扫描时间。

实验步骤1、将突破抑制器接上频谱的RF端。

2、将LISN接至突破抑制器上。

3、被测设备放在离地面80cm高的实验台上，被测电源线通过电源阻抗稳定网络接到电网上。

4、将频谱的解析度(RBW)开至9K。

5、将刻度从dBm改成dBμV。

电磁兼容技术手册第一章介绍电磁兼容（Electromagnetic Compatibility，简称EMC）是指在特定的电磁环境中，电子设备能够正常运行，同时不对其周围的其他设备或系统产生不可接受的电磁干扰。

为了确保设备之间的电磁兼容性，技术手册扮演着重要的角色。

本手册旨在提供关于电磁兼容技术的详细信息和实用指南。

第二章 EMC基础知识2.1 电磁辐射电磁辐射是指电子设备在操作过程中产生的电磁波向周围空间传播的现象。

这些电磁波会传播到其他设备中，可能引起干扰或损害其正常运行。

在本章中，我们将介绍电磁辐射的原理、测量方法和控制措施。

2.2 电磁感应电磁感应是指电子设备由于周围环境中的电磁场变化而产生的电磁干扰。

这种干扰可能会导致设备操作不稳定或引起故障。

本章将探讨电磁感应的原理、测量方法和抑制技术。

第三章 EMC测试与评估3.1 EMC测试方法EMC测试是评估设备的电磁兼容性的关键步骤。

在本章中，我们将详细介绍常见的EMC测试方法，包括辐射测试和传导测试。

同时，还会提供测试设备和测试环境的要求。

3.2 EMC评估标准为了确保设备的电磁兼容性，各国和行业建立了一系列的电磁兼容性标准。

在本节中，我们会列举并详细解释一些常见的EMC标准，如CISPR、IEC和FCC等。

第四章 EMC问题分析与解决4.1 故障分析方法当设备出现电磁兼容性问题时，及时准确地分析故障原因是解决问题的关键。

本章将介绍一些常用的故障分析方法，如频谱分析、射频干扰源定位等。

4.2 EMC问题解决技术针对不同的电磁兼容性问题，我们可以采取不同的解决技术。

本章将介绍一些常见的EMC问题解决技术，如滤波器的应用、屏蔽技术和接地技术等。

第五章 EMC设计指南5.1 PCB布局与布线在电子设备设计中，合理的PCB（Printed Circuit Board）布局和布线对于提高电磁兼容性至关重要。

本章将提供一些建议和指南，帮助工程师设计EMC友好的PCB。

Figure 1: Here in the simplest of circuits, a clock oscillator drives a load with current returning either through a wire or trace as in (a) or through a return plane as in (b)� Both designs can create EMI� Some inductance will exist in the return path causing any wires connected directly or incrementally to it to radiate� A plane has less inductance than a wire or trace, butsignificant emissions can arise from both designs�EMI: Why Digital Devices RadiateFigure 2: We assembled and tested this circuit to see if theory would correctly predict observed emissions�wereytakenyatopyay.8ymeterywoodenyturntableywhichywasy rotatedytoydetectymaximumyemissions.yAsyexpected,ywheny theyattachedytelescopingyantennasywereytunedyforyresonance,y maximumyemissionsyatytheyresonantyfrequencyywereyobservedy whenytheytelescopingyarmsylayyparallelytoyayhorizontallyy polarizedyantenna.yMeasurementsywereyperformedyatyaydistanceyofy10ymetersyandytheyantennaywasyraisedyandyloweredy toydetectymaximumyemissionsyoveryay1ytoy4ymeteryrange.y Weybeganyourystudyybyyfocusingyonyoneyfrequency,ytheyfifthy harmonicyofytheyclockyaty125yMHz.yTheytelescopingyelementsy wereytunedytoyresonanceyatythatyfrequencyyandyleftythereyforythey durationyofytheytest.yTheycircuityshownyinyFigurey2yproducedy 39.4ydBuV/myofyradiationyaty10ymeters.yOurynextytaskywasytoyexplainywhyythisycircuityradiates,y calculateytheypredictedyradiationyandyseeyifyitymatchedyoury measuredyresults.yItyisynowywellyestablishedyoneymechanismycausingyradiationy atytheseyfrequenciesyisythatyillustratedyinyFigurey1.yAyclockyory clock/driverycombinationyservesyasyaysourceydrivingyaydistanty load.yTheysignalyproducedyisyaytrapezoidalywavey(squareywavey withyfiniteyriseyandyfallytimes)yandytheysourceyhasyanyinternaly resistance,yR o ,yandyinductance,yL o .yTheyloady(Z 2yinyFigurey1)y isyaylogicygate,ywhich,yforyMOSybasedytechnologies,ycanybey modeledyasyaycapacitance.yAyseriesyresistance,yR S yisysometimesy insertedyatytheysourceyendytoysuppressyringing.yTheoryystatesythatythey“drivenywire,”ythatyisytheywirey connectingytheysourceytoytheyloadycanybeycharacterizedyasy anyinductor.ySimilarly,ytheyreturnytracey(Figurey1a)yoryplaney (Figurey1b)ycanyalsoybeycharacterizedyasyanyinductoryatyy 125yMHzy(Z3).yAyreturnyplaneyhasyayconsiderablyylowery inductanceythanyayreturnytrace.yIfyweyknowytheycurrentypassingythroughytheyreturnyplaneyory trace,ythenybyyusingytheyinductanceyvariousymodelsypredicty weycanycalculateyayvoltageydropyacrossytheyreturnytraceyory plane.yThisyvoltageydropywillydriveyanyywiresyattachedytoythey returnypathyasyifytheyywereyantennas.yBasically,ytheyreturnytracey oryplaneyservesyasyaylowyimpedanceyvoltageysourceydrivingy attachedywires.yAnyywiresydirectlyyoryincrementallyyconnectedy toytheyreturnytracesyoryplaneywillyradiate.yInyayworst-caseyscenario,ytheywiresyattachedytoytheyreturnytraceyoryplaneycanybey stretchedyoutytoyformyaydipoleyresonantyatyoneyofytheyharmonicsy ofytheyclockyoscillator.yThatyisywhatywasydoneyhere.y AyTektronixyCT1ycurrentyprobeywasyusedytoymeasureythey currentythroughytheydrivenywire.yTheycurrentywaveformyisy shownyinyFigurey3.yTheyamplitudeyofytheycurrentywasyalsoy measuredybyyusingyayspectrumyanalyzer.yAtyayfrequencyyofyy 125yMHzytheyamplitudeyofytheycurrentymeasuredywasyy2.8ymilliampsyRMS.y(Theycurrentyprobeywasyremovedyduringy EMIytesting.)yEMI: Why Digital Devices RadiateTheyinductanceyofytheyreturnyplane,yaccordingytoyKadenyasyreportedybyyLeferinky[1],yis:yWhere:yL return plane y=yreturnyplaneyinductancey w y=ywidthyofytheyplaneyinymetersyd y=ydistanceybetweenytheydrivenytraceyandytheyreturnyplaneyiny metersyl y=ylengthyofytheydrivenytraceyinymeters,y l >>d yµ0y=ypermeabilityyofyfreeyspacey=y4πyxy10-7yHenries/meteryHockanson,yetyalymadeyayslightlyydifferentypredictiony[2].yItyis:Theyconstanty k yisygeometryydependent.yIty isyayfunctionyofytheycurrentydistributionyiny theyreturnyplane.yKaden’syformulayassumesy thatytheyreturnycurrentyspreadsyoutyevenlyy acrossytheyreturnyplane.yButythisyisynotyso.yIty isynowyknownythatytheycurrentyinytheyreturny planeyconcentratesybeneathytheydrivenytrace.y Theyconstanty k ythereforeycanybeydifficultytoy predict.yEstimatesyplacey k ybetweeny2yandy5.y We’llyuseytheyupperylimityofythisyrange,y k =5ytoyarriveyatyayworst-caseypredictionyfory theyradiation.yInsertingytheyvaluesyforythey circuityinyFigurey2y(d =.76ymm,y w =114ymm,y l =9.5ycm)yyieldsyanyinductanceyvalueyfory theyreturnyplaneyofy.033ynH/cmyory.32ynHyy inytotal.yAty125yMHzyanyimpedanceyofyy .25jyohmsywouldyresultydueytoythisyinductance.yTheyvoltageydropyacrossythey returnycanybeyreadilyycomputedyfromythey measuredycurrentyaty125yMHzyy(2.8ymilliamps).yTheyvoltageyacrossythey return,ytheymodelypredicts,yisy.07yV olts.y Thisyvoltageydrivesytheyattachedytelescopingy antenna,ytheyarmsyofywhichywereyadjustedy toyhalfywaveyresonanceycreatingyayhalfywaveyresonantydipole.yWeycanycalculateythey predictedyfreeyspaceyemissionsyfromyayhalfy waveyresonantydipoleyusingytheyfollowingyformulay[3]:yFigure 3: The current in the driven wire, and therefore the return, was measuredusing a Tektronix CT1 current probe�Figure 4: Slicing the return raises the return inductance resulting in increasedradiation�EMI: Why Digital Devices RadiateWhere:yE(V/m)y=yfreeyspaceyfieldystrengthyG ant y=ygainyofyayresonantyhalfywaveydipoleyoveryisotropicy=y 2.1ydBiy=y1.3yr y=ydistanceyfromytheycircuitytoytheymeasuringyantennayiny metersy=y10ymetersyV r y=ytheyvoltageydroppedyacrossytheyreturnyplaney=y.07yV oltsy Z ant y=yimpedanceyofytheyradiatingyantennay=y73yohmsyforyay halfywaveydipole.yOurymodelypredictsyfreeyspaceyradiationyofy35.2ydBuV/myatyy 10ymeters.yTestingyoveryaygroundyplaneyaffectsytheyimpedanceyofy theyradiatingyantennaysomewhatyandyprovidesyforygroundy reflection.yAsyanyapproximation,yweycanyassumeythatytheynety ofytheseyeffectsyisytoyincreaseyemissionsybyy5ydByaty125yMHz.y Usingythisyadjustment,yourymodelypredictsyemissionsyofyy 40.2ydBuV/m,yquiteycloseytoytheymeasuredyvalue.yOurysimpleycircuityofyFigurey2yusedysolidypoweryplanes.y Practicalypoweryplanes,yhowever,yareynotysolidybutyarey interruptedybyyholesyandygaps.yModelsyproposedybyyresearchersypredictythatyemissionsywillyriseydramaticallyyifythey returnyplaneyisyinterruptedywithyayslityasyshownyinyyFigurey4.yTheyslitycutsycompletelyythroughytheyPCB,yinterruptingybothytheyV+yandyV-yplanes.yItyisy.065”y(1.65ymm)y wideyandyextendsyfromyoneyedgeyofytheyboardytoyaypointy1”y (2.54ycm)ypastytheytrace.yTheymeasuredyemissionsyaty125yMHzy didyriseydramatically,ytoy59.8ydBuV/m.Hill,yetyal.,y[4]ymodelsytheyincreasedyinductanceybyyanalyzingy theygapyasyayshortedytransmissionyline.yDash,yetyaly[5]ycalculatesythisyinductanceytoybe:yWhere:yw y=ytheywidthyofytheyplaneytoytheyleftyandyrightyofytheyslotyiny metersys y=ytheywidthyofytheyslotyitselfyinymetersy w y>>y s yandy L gap y<<yλyApplyingythisyformulaytoyourytestycircuity(s =1.65ymm,y w =6.86ycm)yandyconsideringythaty L gap y=2.54ycmyyieldsyaypredictedyvalueyofyreturnyplaneyinductanceyofy4.4ynHyresultingyinypredictedyemissionsyofy63.0ydBuV/myaty10ymeters.yThisyEMI: Why Digital Devices Radiatevalueyisyinyreasonableyagreementywithythey measuredyvalue.yResearchersyalsoyagreeythatyifytheyreturny planeyisyinterruptedybyyholesyratherythany ayslit,ytheyincreasedyinductanceycausedybyy theypresenceyofytheyholesywillyincreasey emissionsyonlyyslightly.yFigurey5yshowsy theycircuityofyFigurey2ywithyholesydrilledy throughytheyplane,yinterruptingybothytheyV+y andyV-yplanes.yHolesywereyplacedy.16”yy (4.1ymm)ycenterytoycenteryandywerey.125”y (3.2ymm)yinydiameter.yNoychangeyiny emissionsywasynotedyaty125yMHzydueytoyy theypresenceyofytheyholes.yNext,yweyevaluatedyanyunorthodoxymethodyforyreducingyemissionsyfromyany imperfectyreturnyplaney[6].yThisymethody usesyaycommonymodeychokeylocatedyneary theyclock.yInytheory,ytheypresenceyofythey commonymodeychokeyshouldyforceycurrenty toyreturnythroughytheyreturnywire,ytheyoney thatypassesythroughytheycommonymodey choke,yinsteadyofythroughytheyreturnyplane.y Evenyifytheyreturnyplaneywasyinductiveybecauseyofytheypresenceyofyanyopeningysuchy asyayslit,ylittleyvoltageywouldybeydroppedy acrossytheyreturnyplaneysimplyybecauseythey RFycurrentydoesynotypassythroughyit.y WeyusedytheycircuityofyFigurey6.yTheyy returnyplaneywasygapedyasyinyFigurey4.yy Aytwistedypairyconsistingyofy24yAWGy magnetywireywasypassedythroughytwoyy Fair-Ritey2643000801yNo.y43ytypeyferritey beadsy1y1/2ytimesyandywasythenyconnectedy theyclockyandytheyload.yTheyreturnywireywasy connectedytoytheygroundyplaneyimmediatelyy adjacentytoytheyclockyandytheyload.yEmissionsyfellydramaticallyyaty125yMHz,yytoy38.7ydBuv/myaty10ymeters.yFigure 5Figure 6: One unorthodox method of suppressing radiation is to use acommon mode choke in the drive circuit�Test Conditions Figure Measured Emissions (dBuV/m at 10m)Predicted Emissions (dBuV/m at 10m)Solid Return Plane Figure 2 39.4 40.2 Slotted Return Plane Figure 4 59.8 63.0 Holed Return PlaneFigure 5 40.2 ~ 41 Slotted Return Plane with CM Choke Figure 6 38.7 -Solid Return Plane with CM Choke N/A 32.7 -Clock Running Alone with No Wires AttachedN/A29.7-Table 1: Radiation detected at 125 MHz is shown under varying conditions�EMI: Why Digital Devices RadiateEmissionsywereythenymeasuredyusingyay circuitythatyemployedybothyaycommonymodey choke,yasyshownyinyFigurey6,yandytheysolidy groundyplaneyofyFigurey2.yEmissionsyfelly onceyagain,ythisytimeytoy32.7ydBuV/m.yy Asyayfinalytest,ytheyconnectionybetweenythey clockyandytheyloadywasyremovedysoythatythey clockyoscillatorycouldyrunybyyitselfywithouty anyywiresyattached.yAty125yMHzytheyclocky oscillator,yoperatingyaloneyandyfedypowery throughysolidyV+yandyV-yplanes,yproducedy 29.7ydBuv/myofyemissions,yonlyy3ydBylessy thanytheyemissionsyproducedybyytheyuseyofyay combinationyofyaycommonymodeychokeyandy aysolidyreturnyplane.yDatayisysummarizedyy inyTabley1.ySoyfar,ysoygood.yTheoryyworksywellyatyy125yMHz.yButytheoryydoesynotyworkywellyaty theyninthyharmonic,y225yMHzy(Tabley2).yy Inyfact,ywhatyisyremarkableyaboutythey 225yMHzydatayisythatyitywasyseeminglyy unaffectedybyyanythingythatyweydid.yThey logicalyconclusionytoybeydrawnywasythatyemissionsyatytheyhigheryharmonicsywereyFigure 7: Variously called I dd Delta, Idd Noise or “Shoot Through” current, aspike in supply current drawn occurs as a MOS gate changes state�notysoymuchydueytoycurrentyonytheydrivenywireybutywerey dueytoysomeyinternalymechanismyinytheyintegratedycircuitsy themselves.yTheyintegratedycircuitsyusedywereyofytheyMOSyfamily.yFigurey7y showsytheybasicystructureyofyayMOSydevice.yPychannelyandyy Nychannelydevicesyserveyasyswitchesyalternatelyyconnectingy theyoutputytoyV+yandyV-,ydependingyonytheyinputyvoltage.yVeryy littleycurrentyflowsyfromyV+ytoyV-ywhenyaygateyisyeitheryinyitsy highyorylowystate.yForyexample,ywhenytheyinputyofyaygateyisy inyitsyhighystate,ytheyNychannelyFETyisyturnedyonyconnectingy theyoutputytoyV-.yTheyPychannelydeviceyisyinyitsyoffystateyandy presentsyayveryyhighyimpedanceybetweenyV+yandytheyoutput.y Therefore,ylittleycurrentyflowsybetweenyV+yandyV-.yTheysamey situationyisytrueyinyreverseywhenyinputyisylowyandytheyoutputy isyhigh.yInytheytransitionyregion,yhowever,ycurrentydoesyflowy fromyV+ytoyV-.yThisycurrentyisyayfunctionyofyinputyvoltage,yandy isyshownyinyFigurey7.yItypeaksysomewhereyinytheymiddleyofythey inputyvoltageyrange,yandyisyknownyasy“I ydd yDelta,”y“I ydd yNoise”y orysometimesyasy“shootythrough”ycurrent.yTheyeffectyofyI ydd yDeltayisytoyproduceyay veryybriefycurrentypulseyeveryytimeythey gateychangesystate.yTheynetyresultyisyay currentypulseyonytheysupplyyplanesyofy approximatelyy1ymilliampypeakyandyabouty 1ynanosecondyinywidthyeachytimeyaytypicaly 74HC02ygateyswitches.yUnfortunately,ytheyamountyofyradiationywey canyexpectydueytoyI ydd yDeltaycanybeydifficulty toypredict.yForyoneything,ymanufacturersy rarelyyciteyI ydd yDeltayinytheirydataysheets.y Foryanother,yI ydd yDeltayisyhighlyyvariable.y Amongyotherythingsyityisyayfunctionyofythey supplyyvoltage,yvaryingyasyayfunctionyofyy V cc ytoythey2.2ypower.y[7].Figurey8yshowsyhowythisycurrentypulseyturnsy intoyayvoltageyacrossytheyreturnyplane.yy I ydd yNoiseycurrentymostlyypassesythroughy anyybypassycapacitoryimmediatelyyadjacenty toytheyintegratedycircuit.yHowever,ythey impedanceyofythatycapacitoryisyfinite,yandy someyofytheycurrentyisyfedybackythroughythey supplyyplanes.yThisycreatesyaynoiseyvoltagey dueytoytheyimpedanceyofytheyreturnyplane.yTest Conditions Figure Measured Emissions (dBuV/m at 10m) Solid Return Plane Figure 2 50.2 Slotted Return Plane Figure 4 51.2 Holed Return Plane Figure 5 50.1 Slotted Return Plane with CM Choke Figure 6 49.6 Solid Return Plane with CM ChokeN/A50.1Table 2: Radiation detected at 225 MHz under varying conditions is shown� Unlike the radiation detected at 125 MHz, the changing conditions did notaffect the radiation at 225 MHz significantly�Figure 8: The spike in supply current caused by I dd Delta creates a current flowthrough the return plane� Frequency (MHz)Circuit of Figure 4Circuit of Figure 9bReduction (dB)75 41.3 27.3 14.0 125 59.8 31.2 28.6 175 53.4 34.3 19.1 225 51.2 33.6 17.6 275 33.8 27.8 6.0 325 48.4 22.7 25.7 375 48.4 <20 >28.4 425 39.4 <20 >19.4 475 37.3 <20 >17.3 52531.7<20>11.7Table 3: Reductions in Emissions (dB/uV at 10m)Figure 9: A small pi filter on the supply of the 25 MHz clock as shown in (b) dramatically reduced radiation at 225 MHz� Even a short length of wire as shown in (c) significantly reduced radiation by forming an LC filter�The filter works by reducing IDelta�ddAs mentioned, our test circuit already had wafer type capacitors placed immediately below the ICs. So as a further experiment, we isolated the V+ pin (pin 14 on both devices) from the V+ plane. A wire was connected as shown in Figure 9c. Although identical on a schematic, this configuration provided some filtering because of the wire’s inductance. Test results show a reduction of 9 dB at 225 MHz. The next step was to add a second bypass capacitor as shown in Figure 9b (a 1000 picofarad surface mount multilayer type) and to replace the wire with a surface mount device designed to increase series impedance over a wide frequency range.A TDK MMZ2012S301 was chosen which, according to the manufacturer’s data sheet, exhibits an impedance of greater than 300 ohms at the frequencies of interest. An additional reduction of more than 19 dB was noted.Table 3 demonstrates the results of our efforts. Note that improvement was achieved without using any filtering near our “I/O” (telescoping elements) or shielding. nREFERENCES1. F. Leferink, “Inductance Calculations: Methods AndEquations,” 1995 IEEE International Symposium onElectromagnetic Compatibility, Page 16.2. D. Hockanson, J. Drewniak, T. Hubing, T. Van Doren, F.Shu, C. Lam, L. Rubin, “Quantifying EMI Resulting from Finite-Impedance Reference Planes,” IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility, Nov. 1997, Page 286.3. G. Dash et al, “Computational Methods Aid inUnderstanding Antennas,” Conformity Annual 2001,Page 126.4. R. Hill, T. Van Doren, T. Hubing, J. Drewniak, and F.Gisin, “Common Mode Currents Induced On WiresAttached To Multilayered Printed Wire Boards WithSegmented Ground Planes,” 1994 IEEE InternationalSymposium on Electromagnetic Compatibility, Page 116.5. G. Dash et al, “Designing for Compliance. We Put Theoryto the Test,” Conformity, March 1998, Page 10.6. F. J. Tilley, “Reducing Radiated Emissions on High SpeedSignal Lines Using Common Mode Choke Coils,” IEEE Symposium on Electromagnetic Compatibility, 1995.7. High Speed CMOS Designer’s Guide, Signetics/Philips,Feb. 1986, Page 2-18.Glen Dash is the author of numerous papers on electromagnetics. He was educated at MIT and was the founder of several companies dedicated to helping companies achieve regulatory compliance. Currently he operates theGlen Dash Foundation which uses ground penetrating radarto map archaeological sites, principally in Egypt.Copyright Ampyx LLC。

一、教案基本信息1. 教案名称：电磁兼容原理实验教案2. 适用课程：电磁学、电磁兼容性原理、电子工程3. 课时安排：2学时4. 实验目的：(1) 了解电磁兼容的概念及其重要性；(2) 掌握电磁兼容的基本原理；(3) 学习电磁兼容的设计方法和实验技巧；(4) 培养学生的动手实践能力和团队协作精神。

5. 实验器材：电脑、示波器、信号发生器、滤波器、电磁屏蔽材料等。

二、教学内容与步骤1. 教学内容：(1) 电磁兼容的基本概念；(2) 电磁兼容的原理及其影响因素；(3) 电磁兼容的设计方法；(4) 电磁兼容实验的操作步骤及技巧。

2. 教学步骤：(1) 介绍电磁兼容的基本概念，让学生了解电磁兼容的重要性；(2) 讲解电磁兼容的原理及其影响因素，引导学生思考电磁兼容的实际应用；(3) 教授电磁兼容的设计方法，让学生掌握如何进行电磁兼容设计；(4) 分组进行实验，让学生动手实践，培养团队协作精神。

三、教学方法1. 讲授法：讲解电磁兼容的基本概念、原理及其影响因素；2. 案例分析法：分析实际案例，让学生更好地理解电磁兼容的设计方法；3. 实验操作法：分组进行实验，培养学生的动手实践能力；4. 小组讨论法：在实验过程中，鼓励学生相互交流、讨论，培养团队协作精神。

四、教学评价1. 课堂参与度：观察学生在课堂上的发言和提问情况，评价学生的参与度；2. 实验报告：评估学生的实验报告，了解学生对实验原理、操作步骤及实验结果的理解和掌握程度；3. 小组讨论：评价学生在小组讨论中的表现，包括观点阐述、沟通交流和团队协作等方面。

五、教学资源1. 教材：电磁学、电磁兼容性原理等相关教材；2. 网络资源：相关电磁兼容的学术论文、案例分析等；3. 实验器材：电脑、示波器、信号发生器、滤波器、电磁屏蔽材料等。

4. 课件：制作精美的课件，辅助讲解电磁兼容的基本概念、原理及其影响因素。

六、教学重点与难点1. 教学重点：(1) 电磁兼容的基本概念；(2) 电磁兼容的原理及其影响因素；(3) 电磁兼容的设计方法；(4) 电磁兼容实验的操作步骤及技巧。

《电磁兼容实验》指导书电磁兼容实验指导书一、实验目的1.掌握电磁兼容的基本概念和原理。

2.学习电磁辐射和电磁敏感性的测量方法。

3.了解并掌握电磁屏蔽的原理和方法。

二、实验仪器和材料1.信号发生器2.混频器3.高频示波器4.高频功率放大器5.高频天线6.磁场传感器7.电磁辐射测量仪8.电磁敏感性测量仪9.屏蔽箱10.实验样品三、实验内容和步骤1.实验1：电磁辐射测量方法步骤：1)将信号发生器连接到混频器，并将混频器连接到高频示波器。

2)将高频功率放大器连接到高频天线，并将高频天线放置在电磁辐射测量仪的探头附近。

3)设置信号发生器的频率和幅度，观察并记录示波器上显示的高频信号波形和幅度。

4)移动高频天线位置，重新观察并记录示波器上显示的高频信号波形和幅度。

2.实验2：电磁敏感性测量方法步骤：1)将信号发生器连接到混频器，并将混频器连接到高频示波器。

2)将高频功率放大器连接到高频天线，并将高频天线放置在电磁敏感性测量仪的探头附近。

3)设置信号发生器的频率和幅度，观察并记录示波器上显示的高频信号波形和幅度。

4)移动高频天线位置，重新观察并记录示波器上显示的高频信号波形和幅度。

3.实验3：电磁屏蔽方法步骤：1)将实验样品放入屏蔽箱中，并将屏蔽箱完全关闭。

2)将信号发生器连接到混频器，并将混频器连接到高频示波器。

3)将高频功率放大器连接到高频天线，并将高频天线放置在屏蔽箱外。

4)设置信号发生器的频率和幅度，观察并记录示波器上显示的高频信号波形和幅度。

5)打开屏蔽箱，重新观察并记录示波器上显示的高频信号波形和幅度。

四、实验注意事项1.实验过程中应保持安静，避免外界干扰。

2.实验操作时需小心谨慎，避免操作失误导致意外发生。

3.实验结束后应关好实验仪器并整理实验现场。

4.实验期间若发现设备故障或存在危险情况，应及时报告实验指导老师。

五、实验报告内容1.实验目的和原理的简单说明。

2.实验步骤的详细描述和操作记录。

3.实验结果的图表展示和数据分析。

第三部分电磁兼容实验一开关电源传导型EMI测试一、实验目的1、通过实验了解在交流电源线上、由被测设备产生的干扰信号。

2、通过实验掌握频谱分析仪的使用方法、掌握电源阻抗稳定网络的结构原理和使用方法。

3、设计EMI电源滤波器，并通过改变滤波器结构、电路参数等，测量开关电源传导干扰，记录并分析频谱分析仪上所测试的波形变化情况。

4、通过实验掌握传导型EMI测试的测试条件和测试方法。

三、实验原理图13电力电子设备的广泛应用,带来了日益突出的电磁污染问题。

电磁干扰( EMI) 发射源不仅对环境产生不良影响,还对电网及其邻近的电气设备等产生影响。

传导发射测量的对象是输入电源线、互连线和控制线。

干扰类型可能是连续波干扰电压、连续波干扰电流和尖峰干扰信号。

典型的核心测量设备是频谱分析仪,它能够快速地在较宽的频率范围内进行扫描。

EMC 标准都是在频率域中规定的,如果干扰是周期性信号,则用傅里叶级数进行变换,这时的频谱是离散的,即只在有限的频率点上有能量。

对于非周期性的干扰信号,用傅里叶变换将信号从时域变到频域,得到频谱,这时频谱是连续的。

因为周期信号有限的能量分布在有限的频率上,因此能量更集中,干扰作用更强。

在使用频谱分析仪时,首先应注意的是,由于频谱分析仪是在较宽的频率范围内进行扫频,因此对于作用时间很短的瞬时干扰不敏感,如静电放电和雷电干扰。

这时应采用测量接收机进行测量。

其次,频谱分析仪的精度和扫描范围有关,扫描范围越窄,测量精度越高。

这时,如果输入信号过大,容易发生过载现象,使测量结果失真或损坏仪器。

另外,频谱分析仪的灵敏度还和中频带宽有关,减小中频带宽能够提高灵敏度,但是会增加扫描时间。

实验步骤1、将突破抑制器接上频谱的RF端。

2、将LISN接至突破抑制器上。

3、被测设备放在离地面80cm高的实验台上，被测电源线通过电源阻抗稳定网络接到电网上。

4、将频谱的解析度(RBW)开至9K。

5、将刻度从dBm改成dBμV。

电磁兼容与防护技术作业指导书第1章电磁兼容基础理论 (4)1.1 电磁兼容概述 (4)1.1.1 电磁兼容概念 (4)1.1.2 电磁兼容发展历程 (5)1.1.3 基本术语 (5)1.1.4 电磁兼容性的重要性和应用范围 (5)1.2 电磁场理论 (5)1.2.1 电磁场基本方程 (5)1.2.2 边界条件 (5)1.2.3 波动方程 (5)1.2.4 电磁波的传播特性 (5)1.3 电磁兼容性分析与评价 (5)1.3.1 电磁干扰源识别 (5)1.3.2 电磁干扰传播途径分析 (6)1.3.3 电磁兼容功能评价 (6)1.3.4 防护措施 (6)第2章电磁干扰源及其特性 (6)2.1 自然干扰源 (6)2.1.1 静电放电：在干燥的气候条件下，物体间的摩擦容易产生静电，当静电积累到一定程度时，会发生放电现象，产生电磁干扰。

(6)2.1.2 雷电：雷电是一种强烈的电磁干扰源，其产生的电磁场强度可达到数千伏/米，对电子设备造成严重威胁。

(6)2.1.3 地球磁场变化：地球磁场的变化会导致电磁场的变化，对电磁敏感设备产生干扰。

(6)2.1.4 太阳活动：太阳活动（如太阳黑子、耀斑等）会产生高能粒子流，影响地球的电离层，进而影响电磁波的传播。

(6)2.2 人为干扰源 (6)2.2.1 电力系统：电力系统中，输电线路、变电站、开关设备等都会产生电磁干扰。

62.2.2 通信系统：无线通信、广播、雷达等设备在发射信号时，会产生电磁干扰。

(6)2.2.3 工业设备：电机、变压器、高频焊接机等工业设备在运行过程中，会产生较强的电磁场。

(6)2.2.4 交通工具：汽车、飞机、火车等交通工具的发动机、点火系统等部件也会产生电磁干扰。

(7)2.3 干扰源特性分析 (7)2.3.1 频率特性：不同干扰源具有不同的频率特性，包括连续频谱、离散频谱和宽带频谱等。

(7)2.3.2 空间特性：干扰源的空间特性表现为电磁波的传播距离、传播方向以及干扰范围的差异。