電子專業畢業論文

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1.微電子設備易受雷電電磁脈衝的損壞

雷電電磁脈衝是天空打雷時產生的成爲干擾源的強大閃電流及其電磁場，它的感應範圍很大，對建築物內的各種電氣設備都會有不同程度的危害，這種危害就是雷電電磁脈衝所產生的干擾。而由於微電子設備抗干擾能力低，它更易受到雷電電磁脈衝的侵害。

1.1微電子設備工作電壓低, 抗雷電能力差微

電子設備日益向高精度、高靈敏度和高可靠性方向發展。其設備非常靈敏，但耐壓很低，一般只有 10V 左右，所以對雷電電磁脈衝極爲敏感，極易受到干擾或損壞，如果沒有配套的防雷保護措施，雷電損壞率是很高的。這是因爲微電子設備的耐壓水平不能與一般電氣設備相比，一般電氣設備允許的雷電脈衝要比微電子設備高得多，所以感應的雷電電磁脈衝對一般設備來講是安全的，而對微電子設備來講是危險的。

1.2雷電電磁脈衝的干擾是微電子設備損壞的主要原因

雷電傷害一般分爲直擊雷、雷電感應及雷電波侵入等，以上這 3 種雷擊均可在建築物內產生雷電電磁脈衝，並對建築物內的微電子設備產生干擾，其干擾形式有：

(1)建築物的防雷裝置接閃時，強大的瞬間雷電及其強磁場對建築物內的電力線路和微電子設備的干擾。

(2)天空中雷電波的電磁輻射對建築物內電力線路和微電子設備的電磁干擾。

(3)由外部各種強、弱電架空線路或電纜線路傳來的電磁波對建築物內微電子設備的干擾。

因其電子設備耐壓水平很低，各種雷害產生的雷電脈衝對它都可以產生危害,雷電脈衝因電磁感應而產生，它可以來自避雷針落雷而感應產生,也可以來自遠處落雷而產生，並且在數百米的範圍內，對保護各種微電子的`設備構成威脅，而且雷擊越近，造成的危害就越大。同時，感應的雷電電磁脈衝也可以透過電源線、天線、信號線的耦合被引入微電子設備，並且可以在所有的金屬管道及電纜金屬外皮感應產生，所以雷電電磁脈衝是微電子設備損壞的主要原因，應是現代智能建築防雷的重點。

2.電子工程類建築防雷設計

通常我們將建築物防雷裝置分爲兩大部分：外部防雷裝置和內部防雷裝置。外部防雷裝置是傳統的常規防雷裝置，其作用是保護建築物免遭直擊雷，除外部防雷裝置外，所有防雷保護的附加措施均爲內部防雷裝置，措施主要有屏蔽、均衡電位(等電位)、合理佈線和良好接地等，其作用是減少建築物內的雷電流和電磁效應，以防止雷電感應所造成的反擊、接觸電壓及電磁脈衝等雷害。

2.1 建築外部防雷裝置

接閃器包括避雷針和避雷網，避雷針的保護機理是透過雷電引向自身來完成保護區內的保護對象免遭直接雷擊的，這種引雷的機理使避雷系統增加被雷擊的概率。要保證被保護對象免遭直接雷擊，避雷針就必須有足夠的高度，而避雷針越高，其遭雷擊概率也越大，即避雷針被雷擊的概率與它的高度成正比。因此，採用避雷針保護不但起到引雷的作用，而且會大大增加被雷擊的概率。

對於微電子設備來講，要保證其安全使用，應儘量避免其所在的建築的避雷針直接受雷擊，尤其在保護範圍內的直擊雷，這是因雷擊避雷針後，強大的雷擊電流經引下線入地的過程中，由於雷電流陡度的作用，在其周圍產生強大的磁場，可使建築物內的金屬物體產生感應電壓，它與雷電流陡度成正比，與雷擊點的距離成反比。

引下線的作用是傳導雷電流經接地極入地，當建築某部位遭雷擊時，強大的雷電流將經引下線入地，引下線的粗細和數量將直接影響分流效果，若引下線多，每根引下線透過的雷電流就小，電磁感應就小，對其微電子設備影響就小。同時，增加引下線的數量，也有利於屏蔽的效果。

2.2 建築內部防雷裝置

前已述及，雷擊時，雷電電磁脈衝是損壞微電子設備的主要原因，這些設備在防雷裝置接閃時會受到電磁干擾，由於它們靈敏度高，耐壓水平低，有時附近打雷或接閃時，也會受到雷電波的電磁輻射或受到傳來的電磁波的影響。由於這些電磁波均來自建築物外，因此防禦雷電電磁脈衝干擾的理想方法就是採用屏蔽，即利用法拉第籠原理，將建築物防雷裝置設計成爲籠式避雷網。

對於鋼結構及鋼筋混凝土結構的建築，應儘量利用其結構內的鋼筋(地板、頂板、牆、樑、柱)，使其連接構成一個六面體的網，以形成良好的屏蔽，這樣，不僅能較好地防止空間電磁波的輻射，而且還可以使建築物內部的雷電分流和均壓達到最佳效果。對於磚混結構的建築，應對其電子設備用房單獨做屏蔽。

電子應用系統對低頻信號工作接地要求較高，採用聯合接地體，不能允許低頻工作接地系統有環流存在，因此，低頻信號工作接地應採用單點接地系統，各層的低頻信號工作接地均應直接接在本層的單點接地板上，整個建築物內爲樹幹式結線，不得形成環路，單點接地系統應由建築物內的中心部位引到建築的基礎底板上，直接與基礎裝置相連並焊接，以避免防雷引下線產生的強磁場干擾。

聯合接地系統通常利用建築物的基礎作接地極，其接地電阻均<1Ω。在確定接地電阻時，應綜合考慮各種設備對接地電阻值的要求，取最低值。若還不能滿足要求，應在室外加打接地極，並應與建築的聯合接地極相連，以避免形成單獨接地。

3.結論

瞬態電涌一般來源於雷擊電磁脈衝和操作過電壓、外部防雷措施對瞬態電涌產生的過電壓起不到保護作用，必須在資訊系統電源線路和資訊通道上，分級設定電涌保護器 SPD，以抑制浪涌電壓和旁路浪涌電流。對於電子應用類工程建築其防雷設計應注意：

(1)爲減少直擊概率，直擊雷的接閃保護宜慎用避雷針，多用避雷網，若用避雷針，應遠離微電子設備。

(2)爲減小建築物遭雷擊時，引下線流經的強大的雷電流所產生的強磁場對微電子設備的干擾，應在滿足規範的前提下，適當增加引下線的數量，從而減小每根引下線的電流密度及響應產生的磁場強度，同時，增加引下線對於屏蔽的效果也有好處。

(3)爲防禦建築物外雷電波的電磁輻射，減小建築物內感應的電磁脈衝對微電子設備的影響，採用的最好辦法是屏蔽，把建築物防雷設計成爲籠式避雷網。

(4)爲防禦建築物內產生反擊電壓，保證人身及設備安全，在建築物內做等電壓電位連接。

(5)爲防禦雷電波侵入，對於高、低壓架空進線的建築，應採取加裝避雷器及過電壓保護器等以防雷電波侵入的措施。對於天線、航空障礙燈，也應考慮防雷電波侵入措施，在其電力系統中應加裝浪涌保護器。並在資訊系統電源線路和資訊通道上，分級設定電涌保護器 SPD。

(6)爲減少因引下泄流在建築內靠外牆處產生的強磁場對設備的影響，建築內電力及通信主幹線應儘量設在建築物的中心位置，其精密電子設備用房也應遠離靠外牆處。