![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Фильтровые элементы
Основными составными элементами фильтров являются катушки индуктивности и конденсаторы. Они могут использоваться для подавления помех отдельно или в комбинации друг с другом (см. табл. 4.2). Рисунки 4.6 и 4.7 дают общие представления о важнейших видах исполнения фильтров. Фильтровые элементы представляют собой в зависимости от номинального напряжения и пропускной способности по току приборы для монтажа в помещениях, компактные элементы, встраиваемые в шкафы, приборы, в разъемы или чип-элементы для монтажа на печатных платах. Рис. 4.6. Примеры выполнения помехозащитных конденсаторов: а - конденсатор с двумя выводами; б - конденсатор-ввод с тремя выводами; в - конденсатор-четырехполюсник; г - многоэлементный конденсатор
Рис. 4.7. Примеры выполнения помехозащитных катушек с рабочим током а - стержневая катушка; б - простейшая катушка с кольцевым сердечником; в - кольцевая катушка с двумя встречными обмотками и компенсацией магнитного потока, создаваемого рабочим током
Двухполюсные конденсаторы (рис. 4.6, а) в зависимости oт соединения их в токовую цепь (между прямым и обратным проводами или же между проводом и землей) пригодны для защиты как от синфазных, так и от противофазных помех (рис. 4.8, б). Конденсаторы-вводы (рис. 4.6, б) при соединении с корпусом служат для защиты только от синфазных помех (рис. 4.8, б). Конденсаторы-четырехполюсники (рис. 4.6, в) защищают от противофазных помех (рис. 4.8, в), а многосекционные конденсаторы (рис. 4.6, г) - как от противофазных, так и синфазных помех (рис. 4.8, г).
Рис. 4.8. Защита катушками индуктивности и конденсаторами от синфазных и противофазных токов помех (пояснения см. в тексте): Q1, Q2 - источники противофазных Id и синфазных Ic токов помех; СЕ - паразитные емкости участка схемы относительно заземленного корпуса.
Защитные катушки индуктивности представляют собой катушки с возможно малыми емкостью и активным сопротивлением обмотки. Они имеют замкнутые или разомкнутые сердечники (стержни, кольца из ферромагнитного материала - трансформаторной стали, металлооксидной керамики, прессованного порошка из карбонильного железа). Катушки индуктивности со стержневым или простым кольцевым сердечником (рис. 4.7, а, б) демпфируют как синфазные, так и противофазные сигналы (рис. 4.8, д). Так как в катушках индуктивности с сердечниками магнитная цепь не замкнута, то их магнитная проницаемость и индуктивность практически не зависят от рабочего тока. Впрочем, при больших токах габаритные размеры таких катушек индуктивности велики. Меньшие размеры имеют катушки индуктивности со скомпенсированным магнитным полем или током (рис. 4.7, в), в которых магнитное поле, создаваемое рабочим током Ib, компенсируется благодаря встречному включению обмоток. Такие катушки индуктивности демпфируют лишь синфазные токи 1с (рис. 4.8, е). Это же относится к ферритовым кольцам (рис. 4.7, г), одеваемым на провода или на плоские жгуты (рис. 4.7, д), к линиям с усиленным затуханием (рис. 4.7, е), имеющим, в частности, при частотах f > 1 МГц хорошие показатели затухания, к ферритовым пластинам со многими отверстиями (рис.45.7, ж), применяемым в разъемах и внутренних соединениях. При использовании катушек индуктивности и конденсаторов для фильтрации следует иметь в виду, что любой конденсатор наряду с емкостью С обладает паразитной индуктивностью Lp, зависящей от длины выводов конденсатора. Она особенно велика у двухполюсных конденсаторов и мала у коаксиальных конденсаторов-вводов. Каждая катушка индуктивности в дополнение к ее индуктивности L имеет паразитную емкость С. Поэтому для кажущегося сопротивления существует зависимость от частоты, представленная на рис. 5.9, обладающая peзонансной точкой, в отличие от Рис. 4.9. Частотные зависимости кажущихся сопротивлений конденсатора (а) и катушки индуктивности (б)
идеальной характеристики. Сведения о собственных резонансных частотах конденсаторов, применяемых для подавления помех, приведены на рис. 4.10. Пренебрегая активной составляющей, можно для зависимостей на рис. 4.9 использовать следующие выражения. Для конденсаторов (рис. 4.9, а) кажущееся сопротивление
Идеальная характеристика при отсутствии Lp рассчитывается как
Реальная характеристика с учетом Lp:
где Для катушек индуктивности (рис. 4.9, б) кажущееся сопротивление
идеальная характеристика при отсутствии Ср
реальная характеристика с учетом Ср
Здесь В дополнение к сказанному определим коэффициент затухания, дБ, фильтра - поперечного конденсатора (например, СХ на рис. 4.8, а), обладающего индуктивностью, в режиме согласования ( При
При кажущемся сопротивлении конденсатора
Для частот, отличающихся от - при
- при
На рис. 4.11 показаны прямые, рассчитанные по (4.20) и (4.21) для определенного значения ZA, а также зависимость коэффициента затухания ав от частоты при различных С и Lp. Уравнения (4.19)-(4.21) совместно с рис. 4.11 показывают, что при заданной емкости С коэффициент затухания ае тем выше, чем больше ZA и меньше паразитная индуктивность конденсатора Lp. Отсюда можно сделать два вывода: -не каждый имеющийся в распоряжении конденсатор можно использовать в качестве помехоподавляющего; -емкостный фильтр предпочтителен, если имеют место высокие сопротивления источника и приемника помех (см. табл. 4.2).
Коэффициент затухания фильтра любой другой структуры можно таким же образом приближенно или точно рассчитать. Рисунок 4.12, б дает представление о затухании LC-фильтра с реальными элементами (рис. 4.12, а); в зависимости от диапазона частот коэффициент затухания определяется параметрами фильтра L, С или паразитными параметрами Lp, Cp. При низких частотах, когда элементы фильтра можно считать идеальными, коэффициент затухания ае увеличивается пропорционально квадрату частоты. Затем начинает сказываться влияние паразитных параметров Lp и Ср, и ае остается приблизительно неизменным. При высоких частотах эффект демпфирования в основном определяется паразитными параметрами Lp, Cp, и коэффициент ае уменьшается обратно пропорционально квадрату частоты. Все предыдущие рассуждения относятся к случаю синусоидальной помехи. Если имеет место импульсная помеха, то необходимо определить ее спектр и на основании изложенного материала можно определить коэффициент затухания. Отметим, что демпфирующие свойства фильтра при импульсном воздействии не всегда выражаются зависимостью ае от частоты, так как часто затрудняется переход от частотной области во временную вследствие нелинейности элементов фильтра, в частности катушек индуктивности. Рис. 4.12. Коэффициент затухания ае фильтра LC: а - схема замещения фильтра; б - принципиальная частотная зависимость коэффициента затухания ае
Однако при известной форме импульса помехи (рис. 4.13) в первом приближении можно при выборе фильтра исходить из того, что область пропускания фильтра должна достигать по крайней мере частот fg = 1/Δ t или fg = l/Tr Например, при времени нарастания Тr = 5нс частота fg = 200 МГц.
|