電磁干擾，電場(chǎng)干擾與磁場(chǎng)干擾

電磁干擾(EMI, Electrical Magnetic Interference)可分為電場(chǎng)干擾與磁場(chǎng)干擾兩種，電場(chǎng)與磁場(chǎng)是兩種不同的性質(zhì)，但兩者之間的能量是會(huì)互相影響的，隨時(shí)間變化的電場(chǎng)會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng)，這些不斷同相振蕩的電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同的形成了電磁干擾(電磁波)。

一般對(duì)于電場(chǎng)，我們可以用下面的電荷公式與電容公式來作解釋，

簡(jiǎn)單來說，任何的導(dǎo)體在電場(chǎng)下都可等效成一個(gè)帶電的電容，其容值隨著與周邊另一個(gè)導(dǎo)體之間的距離／表面積／介質(zhì)不同而有差異；如圖9為兩導(dǎo)體之間的電容圖示，綠色導(dǎo)體與藍(lán)色導(dǎo)體所等效的電容如圖10所示，根據(jù)電容公式，容值會(huì)因兩導(dǎo)體之間的距離愈遠(yuǎn)而變小，也會(huì)因兩導(dǎo)體之間的截面積愈大而增大，而兩導(dǎo)體之間的介質(zhì)(介電系數(shù))也會(huì)影響容值的大小。

圖9

圖10

當(dāng)電容二端的電位在時(shí)間之內(nèi)存在一電壓差時(shí)，則會(huì)根據(jù)電荷公式(電壓／時(shí)間的變化，如圖12)而產(chǎn)生一電流，如圖11紅色箭頭所示，而任何產(chǎn)生的電流必需經(jīng)由另一路徑回到自己出發(fā)時(shí)的位置而形成一電流回路，如棕色虛線箭頭所示，此因電壓變動(dòng)造成的電流回路就會(huì)引起電場(chǎng)干擾。

圖11

圖12

因此，改善電場(chǎng)干擾的方式，就是減少其回路電流的方法，根據(jù)上面兩個(gè)公式，我們可以藉由將耦合電容減小，像是減少兩個(gè)導(dǎo)體之間接觸的面積／增加其距離／變更中間的介質(zhì)等方式來減少電容效應(yīng)，或是減小電壓差或時(shí)間變化率來減少電場(chǎng)感應(yīng)。

而對(duì)于磁場(chǎng)，我們可用安培右手／法拉第定律

來解釋，當(dāng)導(dǎo)體有電流流過時(shí)，在其周圍就會(huì)依安培右手定律產(chǎn)生磁力線，如圖13所示，因電流不可能單獨(dú)存在，電流一定存在于回路之中，凡是電流流過的路徑都會(huì)產(chǎn)生磁力線，而在一般的PCB板設(shè)計(jì)中(如圖14所示)，當(dāng)電容形成一個(gè)電流回路時(shí)就會(huì)產(chǎn)生如虛線的磁力線，而磁力線經(jīng)過的導(dǎo)體會(huì)因此產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，此即為磁場(chǎng)干擾。

圖13

圖14

尤其是電流流經(jīng)的導(dǎo)體在沒有閉合回路的鐵心時(shí)，因磁力線無法經(jīng)由高導(dǎo)磁材料做回路，磁力線會(huì)經(jīng)由外部空氣做回路而讓周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)(漏磁通)，圖15所示為一般變壓器的磁力線，大多數(shù)的磁力線皆會(huì)經(jīng)由高導(dǎo)磁材料(鐵心)。