В чем разница между дифференциальным и синфазным током

Радиопомехи, возникающие при работе электронного оборудования, могут быть вызваны дифференциальным или синфазным токами (см. рисунок).

Всем известно, что постоянный ток течет по замкнутому проводящему контуру. Однако и по разомкнутой цепи ток тоже протекает, но только до того момента, пока не сравняются потенциалы на концах линии. Правда происходит это чрезвычайно короткий момент времени, т.к. электромагнитное взаимодействие распространяется в проводнике со скоростью, близкой к скорости света.

При включении схемы возникают переходные токи равной величины, но направленные противоположно. Когда достигается равновесие, они пропадают.  Если используется источник переменного тока, а цепь изолирована и разомкнута, контур замыкается за счет паразитной емкости между прямым и обратным проводом. Ток смещения протекает через нее и возвращается в источник. Если источник переменного тока замкнут на нагрузку, прямой и обратный токи равны, но разнонаправлены. Рассмотренные токи называются дифференциальными и показаны зеленым цветом на рисунке. Для устройств связи это нормальный режим работы.

Если проводящий контур не изолирован и расположен вблизи с другими цепями или шиной земли, то между проводниками и землей возникают дифференциальные напряжения. Это, в частности, приводит к тому, что на земляной шине возникает разность потенциалов, что, в свою очередь, порождает паразитные токи в сигнальных цепях. Это явление возникает из-за паразитных связей или несбалансированности дифференциальных линий.

Токи, текущие в одном направлении по нескольким проводникам, называются синфазными (отмечены красным на рисунке). В телекоммуникационной отрасли такой режим получил название продольной волны (longitudinal mode.).

Когда паразитная емкость замыкает дифференциальный или синфазный контур, ток становится функцией частоты. По мере роста частоты или увеличения длины проводника емкостное сопротивление уменьшается. На низких частотах емкостное сопротивление равно Xc = 1/jωC. Соответственно, полное сопротивление контура будет настолько большим, что ток смещения будет очень мал. Например, при частоте 10 кГц сопротивление емкости 1000 пФ составляет Xc=15 923 Ом, а при частоте 1 ГГц – всего 159 мОм. Чем больше ток, тем сильнее радиочастотное излучение, за исключением случая, когда размер схемы на частоте излучения приближается к резонансной длине равной λo/10.

Хотя синфазный ток, как правило, меньше дифференциального, площадь его контура настолько больше, что он имеет большее значение, чем дифференциальный. Поскольку синфазный ток может возникать одновременно в нескольких цепях и на шине земли, с ним трудно бороться. При проектировании схемы необходимо принимать меры для предупреждения возникновения синфазных токов.