电磁干扰发生器（黑盒子）制作与工作原理分析

智能门锁项目因为安全测试的需要，买了一款电磁干扰发生器（俗称“黑盒子”）。此干扰器能发射功率比较大的电磁辐射，导致近距离一定范围内空间电场发生很大的变化。门锁控制电路在瞬间变化的强电场作用下，端口电平发生变化，从而导致门锁异常，甚至自动开锁。

关于电磁干扰开锁的介绍可以参考以下链接：

https://www.sohu.com/a/238687844_99938933

电磁干扰器成品：

电磁干扰器制作视频：

https://www.bilibili.com/video/BV1GW411372q/?spm_id_from=333.788.videocard.9

电磁干扰器模块主板与线圈：

电磁干扰器天线：

电磁干扰器电池（9个串联，401730/250mAH）

下图是从我们买到的黑盒子抄出来的电路图，R5是导线等效电阻，L1是特殊绕制的变压器（初级线圈在次级线圈的一根导线上紧密缠绕40-50圈，次级线圈再绕成8-15圈，初级线圈缠绕的位置在次级线圈的第二圈）。

这个电路的电源端少了限流限压电路，所以三极管导通的最大电流是很大的，不能持续长时间工作，开关按下一次需要在1秒时间内，否则容易烧坏三极管。导线电阻的存在，使9节锂电池（最大37.8V）不至于直接通过三极管CE极放电，实测导线上有几伏的压差，再加上三极管CE极内阻上的压差，电池最低电压可以被拉到十几伏（电池没有保护板，无限流限压）。这种设计是会损伤电池的，三极管也容易烧坏，这是一种低成本不规范的设计，只在一些爱好者之间小范围流传。

这个电路比较巧妙的设计是在电压器的绕制上，初级线圈全部绕在次级线圈的一根导线上，磁场方向跟次级线圈的导线是平行的。

从微观来分析，初级线圈通电，便会在线圈上产生一边旋转一边向前走的电流。因为电荷感应（电场感应），被紧紧缠绕的那段粗导线就产生反相的一边旋转一边向后的反向电流（类似于涡流），并且这个电流有趋肤效应。

被初级线圈缠绕的粗导线只是中间一小段，剩下两端会因为中间正负电荷往两极运动的碰撞而继续往两端走，从而在次级线圈两端聚集大量极性相反的电荷，有一端做成了蚊香状天线，这个天线把电荷聚集在一小块区域，产生较强的电场。同时蚊香形状的螺旋也会引导电荷螺旋运动，从而在天线处产生较强的磁场。

电路图标出了两个线圈的同名端，在初级线圈向电容C2/C3充电的时候，次级线圈产生的感应电流方向使三极管BE截止。在电容C2/C3向初级线圈放电的时候，次级线圈产生的感应电流方向使三极管BE导通，同时电池通过电阻R2/R3/R4给三极管基极提供偏置电流，三极管迅速导通，因为电池内阻、导线电阻、三极管CE内阻的存在，电池电压不会被拉到0V，最低有十几伏残压。

因为LC振荡电路会让C2/C3反向充电，也就是电容下端为正，上端为负。在电容C2/C3反向充电充满了之后，又会转为通过三极管的CE极向电感正向充电，此时次级线圈的感应电流会慢慢降低Vbe电压，直至三极管关闭，此时锂电池又接着给LC电路充电。

上面三个图的波形，黄色是Vce电压，蓝色是电容C2/C3电压，红色是初级线圈电压。

上图蓝色是点1（三极管C极）电压波形，黄色是点2（电容）电压波形，红色是点1-2电压波形（初级线圈）。

可以看到上电瞬间，电感在充磁，电压上升，电容电压跟电感电压反相。

上图黄色是电容电压，蓝色是三极管B极电压，可以看到上电瞬间Vbe承受负压，三极管是关闭的，锂电池可以向初级线圈和电容C2/C3充电。

上图在LC振荡电路电压波形上面加了电流波形注释。

蓝色：电容C2/C3电压

红色：初级线圈电感电压

绿色：LC振荡电路电流

可以看到：

• 电流相位落后电感的电压相位90°，同时超前电容的电压相位90°
• 电感与电容电压相位相差180°
  

次级线圈的电流（电磁场）回路，有一半走了空气。做回路分析时，可以把空气看成一个电容。

次级线圈的振荡频率要与初级LC振荡电路配合，将初级、次级振荡频率调成一样（调谐）或者接近，以获得最大的振幅（辐射能量）。

电磁干扰器（黑盒子）的振荡频率40-45MHz，以上是对初级线圈LC电路振荡频率的计算。

用示波器探头在距离黑盒子天线30c/20cm/10cm/0cm处测量干扰信号。

测得峰峰值分别为：1.84V/3.52V/8.72V/75.2V，频率约40~45MHz，跟初级线圈LC振荡频率一致。

实测次级线圈电感量为2-3uH，估算次级线圈（天线）对地的杂散电容为4-7pF。

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