Điều gì là Sóng điện từ?

Điều gì là nhiễu điện từ?

Định nghĩa về nhiễu điện từ

Nhiễu điện từ (EMI) được định nghĩa là sự xáo trộn ảnh hưởng đến mạch điện do cảm ứng điện từ hoặc bức xạ.

Nhiễu điện từ (EMI) được định nghĩa là sự gián đoạn trong mạch điện do cảm ứng điện từ hoặc bức xạ điện từ bên ngoài. Nó xảy ra khi trường điện từ từ một thiết bị gây nhiễu với thiết bị khác.

Sóng điện từ (EM) được tạo ra khi trường điện tương tác với trường từ. Chúng di chuyển với tốc độ 3,0 × 10^8 m/s trong không gian chân không. Sóng EM có thể đi qua không khí, nước, vật rắn, hoặc thậm chí không gian chân không.

Hình dưới đây cho thấy dải phổ EM được sử dụng để đại diện cho các loại năng lượng EM đa dạng theo tần số (hoặc bước sóng). EMI là điều mà tất cả chúng ta đều gặp phải trong cuộc sống hàng ngày và dự kiến sẽ tăng lên theo cấp số nhân trong tương lai do số lượng thiết bị không dây và tiêu chuẩn tăng lên, bao gồm điện thoại di động, GPS, Bluetooth, Wi-Fi, và giao tiếp gần trường (NFC).

EMI có thể xảy ra trên một phạm vi rộng của dải phổ điện từ, bao gồm tần số radio và vi sóng. Nó làm gián đoạn các thiết bị điện khác. Bất kỳ thiết bị nào có dòng điện thay đổi nhanh chóng đều có thể tạo ra bức xạ điện từ.

Vì vậy, bức xạ từ một vật “gây nhiễu” với bức xạ của vật khác. Khi một EMI gây nhiễu với EMI khác, nó dẫn đến sự biến dạng của Trường Điện Từ. Bức xạ điện từ có thể gây nhiễu và làm phiền lẫn nhau ngay cả khi chúng không ở cùng tần số. Sự can nhiễu này có thể nghe thấy trong đài phát thanh khi chuyển tần số và trong TV khi tín hiệu bị biến dạng, hình ảnh trở nên rối loạn. Do đó, trong dải phổ tần số radio, EMI còn được gọi là Can Nhiễu Tần Số Radio.

EMI có thể dễ dàng ảnh hưởng đến chức năng của thiết bị điện tử. Nhìn chung, do có dòng điện chạy qua các mạch trong thiết bị điện tử, nó có xu hướng tạo ra một lượng bức xạ điện từ. Năng lượng được tạo ra từ thiết bị 1 được truyền qua không khí dưới dạng bức xạ hoặc được kết nối vào cáp của thiết bị 2. Điều này dẫn đến sự hoạt động không đúng của thiết bị 2. Năng lượng từ thiết bị 1 gây nhiễu với hoạt động của thiết bị 2 được gọi là nhiễu điện từ.

Nguyên nhân gây ra EMI

EMI có thể xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, bao gồm các sự kiện tự nhiên như sét và nguồn do con người tạo ra như thiết bị công nghiệp.

• Truyền từ TV

• Đài AM, FM, và vệ tinh

• Bão từ mặt trời

• Sét phát ra điện áp cao và dòng điện lớn

• Radar sân bay, Xả tĩnh điện, và Tiếng ồn trắng

• Nguồn điện chuyển mạch

• Máy hàn hồ quang, Cọt máy, và Liên lạc điện

Các loại EMI

EMI do con người tạo ra

EMI do con người tạo ra xảy ra từ thiết bị điện tử khác được chế tạo. Loại nhiễu này xảy ra khi hai tín hiệu đến gần nhau hoặc khi nhiều tín hiệu đi qua một thiết bị ở cùng tần số. Một ví dụ tốt là khi đài phát thanh trong xe hơi nhận đồng thời hai đài.

EMI tự nhiên

Loại EMI này cũng ảnh hưởng đến các thiết bị, nhưng chúng không do con người tạo ra, mà là do hiện tượng tự nhiên trên trái đất và không gian như Sét, Bão điện, tiếng ồn vũ trụ, v.v.

Phương pháp phân loại thứ hai dựa trên thời gian kéo dài của EMI. Thời gian kéo dài của nhiễu có nghĩa là khoảng thời gian mà thiết bị trải qua nhiễu.

EMI liên tục

Khi một nguồn liên tục phát ra EMI, nó được gọi là EMI liên tục. Nguồn có thể do con người tạo ra hoặc tự nhiên. EMI xảy ra do cơ chế ghép nối lâu dài giữa nguồn EMI và bộ nhận. Loại EMI này xuất phát từ nguồn như mạch phát tín hiệu liên tục.

EMI xung

Những loại EMI này xảy ra trong thời gian rất ngắn như xung. Vì vậy, nó được gọi là EMI xung. Nguồn có thể là tự nhiên hoặc do con người tạo ra giống như loại EMI liên tục. Các ví dụ tốt để hiểu là tiếng ồn từ các công tắc, đèn, v.v. phát ra tín hiệu có thể gây nhiễu điện áp và dòng điện.

Phương pháp phân loại thứ ba dựa trên băng thông của EMI. Băng thông của EMI đề cập đến dải tần số mà EMI trải qua. Dựa trên điều này, EMI được chia thành hai loại là EMI băng thông hẹp và EMI băng thông rộng.

EMI băng thông hẹp

Loại EMI này xảy ra ở một tần số duy nhất được tạo ra từ dao động. Nó cũng có thể xảy ra do các loại méo trong bộ phát. Thường thì trong hệ thống truyền thông, EMI băng thông hẹp đóng vai trò rất nhỏ và có thể được sửa chữa dễ dàng. Nhưng, giới hạn của nhiễu cần được kiểm soát trong giới hạn.

EMI băng thông rộng

Sự khác biệt chính so với EMI băng thông hẹp là loại EMI này không xảy ra ở một tần số duy nhất. Khi nhìn vào dải phổ từ, loại EMI này bao phủ một dải phổ rộng và tồn tại dưới nhiều hình thức. Nguồn có thể là tự nhiên hoặc do con người tạo ra. Một ví dụ về nguồn do con người tạo ra là hàn hồ quang, trong đó tia lửa được phát ra liên tục. Tương tự, một ví dụ về nguồn tự nhiên là mất tín hiệu vệ tinh do mặt trời.

Cơ chế ghép nối EMI

Cơ chế ghép nối EMI giúp hiểu cách EMI được tạo ra từ nguồn và đến bộ nhận. Để khắc phục các vấn đề do EMI, bản chất của EMI và cách nó được ghép nối từ nguồn đến bộ nhận cần được hiểu rõ. Một số loại ghép nối là Truyền dẫn, Phản xạ, Dung lượng, và Ghép nối cảm ứng. Bằng cách hiểu các cơ chế ghép nối, EMI có thể được giảm bằng cách thực hiện các biện pháp để giảm ghép nối và mức độ nhiễu.

Ghép nối truyền dẫn

Ghép nối truyền dẫn xảy ra khi bức xạ EMI đi theo dây dẫn, dây và cáp kết nối nguồn và bộ nhận. Khi có truyền dẫn dọc theo đường đi mà tín hiệu di chuyển, bức xạ truyền dẫn xảy ra và được hiểu là EMI truyền dẫn. Nó có thể xuất hiện dọc theo đường dây điện hoặc bất kỳ cáp kết nối nào. Truyền dẫn có thể xảy ra theo một trong hai chế độ,

Chế độ chung

EMI xảy ra khi nhiễu phát triển ở cùng pha khi hai dây dẫn được sử dụng. Ví dụ: +ve và -ve của dây điện

Chế độ sai pha

Khi hai dây dẫn được sử dụng, khi nhiễu không cùng pha trên các dây dẫn, nó được nói là hoạt động ở chế độ sai pha.

Ghép nối phản xạ

Loại ghép nối phổ biến nhất xảy ra khi nguồn và bộ nhận được tách biệt bởi khoảng cách lớn hơn một bước sóng. Không có sự tiếp xúc vật lý giữa nguồn và bộ nhận vì EMI được phát qua không gian đến bộ nhận. Do đó, khi tín hiệu không mong muốn được chuyển từ nguồn đến bộ nhận thông qua kỹ thuật phát qua không gian, nó được gọi là EMI phát ra.

Ghép nối dung lượng

Loại ghép nối này đạt được giữa hai thiết bị được kết nối. Nó xảy ra khi điện áp thay đổi từ nguồn, chuyển điện dung sang nạn nhân.

Ghép nối cảm ứng

Khi một dây dẫn gây nhiễu cho dây dẫn khác được đặt gần đó dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ, nó tạo ra EMI được gọi là EMI ghép nối từ. Trong các thuật ngữ đơn giản, khi có trường từ biến đổi giữa nguồn và nạn nhân, một lượng dòng điện đủ sẽ được cảm ứng trong mạch nạn nhân. Điều này dẫn đến việc chuyển tín hiệu từ nguồn đến nạn nhân.

Cơ chế ghép nối EMI

EMI có thể chuyển từ nguồn đến bộ nhận thông qua truyền dẫn, phản xạ, ghép nối dung lượng và ghép nối cảm ứng.

Giảm EMI

Đặt mát đất

Trong công nghiệp, tín hiệu và dòng điện trở về được vận chuyển bằng hệ thống mát đất. Chúng cũng tạo thành các tham chiếu cho các mạch tương tự và số, do đó bảo vệ con người và thiết bị khỏi lỗi và sét. Khi dòng điện chảy trong hệ thống mát đất, nó gây ra sự chênh lệch điện thế.

Khi sét đánh, nó gây ra sự chênh lệch điện thế theo đơn vị nghìn volt. Ngay từ đầu quá trình thiết kế mạch, hệ thống mát đất cần được xem xét sao cho hệ thống hoạt động với yêu cầu an toàn cần thiết. Khi vẽ sơ đồ mát đất hoặc khắc phục sự cố mát đất, trước tiên cần xác định nơi dòng điện đang đi qua.

Khi các loại mát đất trùng hợp, dòng điện có thể không quay lại theo đường đi giả định. Mát đất đúng cách phụ thuộc vào nhiều yếu tố như tần số và trở kháng, chiều dài cáp cần thiết, và các vấn đề an toàn.

Loại mát đất có lợi nhất cho các ứng dụng tần số thấp là mát đất điểm duy nhất như được hiển thị trong hình dưới đây. Khi sử dụng mạch nhạy cảm hoặc cáp, kết nối chuỗi hoặc daisy chain nên tránh vì dòng điện trở về từ ba mạch chảy qua trở kháng chung liên kết các mạch.

Từ hình, có thể thấy điện thế mát đất của mạch 1 không chỉ được định nghĩa bởi dòng điện trở về qua trở kháng Z1 mà còn bởi dòng điện trở về từ mạch 2 và 3 qua cùng một trở kháng. Sự ảnh hưởng này được gọi là ghép nối chung trở kháng và là một phương pháp cơ bản của ghép nối nhiễu.

Để tránh vấn đề này, kết nối song song được ưu tiên cho mát đất. Nó thường phức tạp và tốn kém hơn để thực hiện do lượng dây cần thiết. Hầu hết các hệ thống sử dụng sự kết hợp của cả hai cấu trúc.

Che chắn

Có nhiều yếu tố làm trầm trọng thêm EMI và cũng có một số cách để giảm EMI và có thể vượt qua các tiêu chuẩn. Một trong những cách cụ thể để đối phó với EMI là thông qua che chắn. Che chắn là một phương pháp giảm và điều chỉnh sự ghép nối của sóng radio, trường điện từ và trường tĩnh điện.