电流传播速度与EMC的关系

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查看9099 | 回复0 | 2013-7-18 10:39:26 | 显示全部楼层 |阅读模式

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基本概念
(1)电流是什么?
电流是指电荷的定向移动,电流的大小称为电流强度(简称电流,符号为I),是指单位时间内通过导线某一截面的电荷量,每秒通过一库仑的电量称为一安培(1A)。

(2)场是什么?
这其实是一个困惑很多学物理的人一个问题。每个人或许有自己的答案,但是在我看来,场是用来描述空间的性质,或者说,场是一种有性质的空间,比如说在电场中,电荷会受到作用;在引力场中,有质量的物体会受到作用;在磁场中,电流会受到作用。而场强只是反映这种作用的强弱罢了。

(3)无线传输是什么?
无线传输以我个人理解是信号(不同频率的高频信号,如载波)或者交流电是通过电场-磁场之间的相互转换来进行的,只有交变的磁场才能感应出交变电场从而实现无线传输。而直流电是不能通过电场-磁场之间的相互转换来进行无线传输的,因为发送方的直流电流只能感应出恒定的磁场,而恒定的磁场不能够在接受方的设备中感应出电场,这就无法完成传输。

(4)麦克斯韦方程组是什么?
在麦克斯韦方程组中,表述了电场和磁场已经成为一个不可分割的整体。麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是:变化的磁场可以激发涡旋电场,变化的电场可以激发涡旋磁场;电场和磁场不是彼此孤立的,它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。

(5)电磁干扰产生的根本原因是什么?
电磁干扰产生的根本原因是导体中有电压或电流的变化,即dv/dt或di/dt有变化,将产生电磁干扰。dv/dt或di/dt能够使导体产生电磁波辐射,凡是有电压电流突变的场合,肯定会有电磁干扰存在。数字脉冲电路就是一种典型的干扰源,随着电子技术的广泛应用,电磁污染情况会越来越严重。

PS:
a、理论上直流电是不产生电磁干扰的,但是导线都存在等效电感﹑分布电容现象,电流通过就会产生电磁辐射,直流电也一样只是辐射很小。b、电流或电压变化的大小,直接体现电磁干扰的强弱。变化大,干扰强!

电流的形成
“电流”的传播过程大致是这样的:电路回路接通以前,金属导线中虽然各处都有自由电子,但导线内并无电场,整个导线处于静电平衡状态,自由电子只做无规则的热运动而没有定向运动,当然导线中也没有电流。当电路一接通,电场就会把场源变化的信息,以大约光速的速度传播出去,使电路各处的导线中迅速建立起电场,电场推动当地的自由电子做漂移运动,形成电流。那种认为开关接通后,自由电子从电源出发,以漂移速度定向运动,到达电灯之后,灯才能亮,完全是一种误解。

另外,那种认为“电流的速度等于或者接近于光速”的观点是完全错误的,而应该改为“电流的最大传播速度接近于光速”才对,因为电流在导线中的传播速度具有不确定性,其速度的分布较为宽广,从零到30X108米/秒皆有可能。因为,实际情况中的电流传播过程非常复杂,由于电感、分布电容以及电磁相互干扰的存在,即便是同一根金属导线,当其几何形状不同时,它的电流传播速度也会不相同。电流的传播速度分布范围较为宽广,为此我们总结出以下规律:
(1)电流在导线中的传播速度因材料的性质、几何形状(电感)以及电流的频率而改变。
(2)电流的传播速度分布范围较为广泛,电流传播速度的最大极限值是3X108米/秒。
(3)在一定范围内,交流电的频率越高,电流的传播速度越慢。
(4)直流电的传播速度最大。

电流与EMC的关系
综上所述,电流的产生将会产生电磁场。又如,电路板中的PCB Trace、电路中的连接线缆、通电工作中的马达、以及任何需要用电的设备,都将产生电磁场。电磁场中的电场与磁场一定是以同样的速度传播的,他们的传播速度取决于传播介质或者说是环绕电流的介质。这点,我们从日常工作中见到的一些不同电缆中就可以了解到。如,50ohm、75ohm同轴电缆,就是因为粗细、以及导线介质差异!那么我们既然知道电流的产生将会产生电磁场,同样电磁场将会产生电磁骚扰,那么我们现在就应该知道PCB的材料、介质厚度、trace粗细、信号变化等都将影响到电磁场的强弱,同样直接体现在电磁干扰。
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