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. 9.2). Рисунки 9.6 и 9.7 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.

Рисунок 9.6 - Примеры выполнения помехоза­щитных конденсаторов:

а - конденсатор с двумя выводами; б - конденсатор-ввод с тремя выводами; в - конденсатор-четырехполюсник; г - многоэлементный конденсатор

Рисунок 9.7 - Примеры выполнения помехозащитных катушек с рабочим током , и синфазным током помехи :

а - стержневая катушка; б - простейшая катушка с кольцевым сердечником; в - кольцевая катушка с двумя встречными обмотками и компенсацией магнитного потока, создаваемого рабочим током ; г - ферритовые кольца; д - ферритовые сердечники для плоских жгутов; е - линии с повышенным затуханием, с охватывающей оболочкой из материала с высоким затуханием; ж - ферритовые пластины со многими отверстиями для штекерных соединений и интегральных схем

Двухполюсные конденсаторы (рисунок 9.6, 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 (рисунок 9.8, б). Конденсаторы-вводы (рисунок 9.6,б) при соединении с корпусом служат для защиты только от синфазных помех (рисунок 9.8, б). Конденсаторы-четырехполюсники (рисунок 9.6, в) защищают от противофазных помех (рисунок 9.8, в), а многосекционные конденсаторы (рисунок 9.6, г) - как от противофазных, так и синфазных помех (рисунок 9.8, г).

Рисунок 9.8 - Защита катушками индуктивности и конденсаторами от синфазных и противофазных токов помех (пояснения см. в тексте):

Q₁, Q₂ - источники противофазных I_d и синфазных I_c токов помех; С_Е - 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 (рисунок 9.7, а,б) демпфируют как синфазные, так и противофаз­ные сигналы (рисунок 9.8, 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 (рисунок 9.7, в), в которых магнитное поле, создаваемое рабочим то­ком I_b, компенсируется благодаря встречному включению об­моток. Такие катушки индуктивности демпфируют лишь синфазные токи 1_с (рисунок 9.8, е). Это же относится к ферритовым кольцам (рисунок 9.7, г), одеваемым на провода или на плоские жгуты (рисунок 9.7, д), к линиям с усиленным затуханием (рисунок 9.7, е), имеющим, в частности, при частотах f >1 МГц хорошие показатели затухания, к ферритовым пластинам со многими отверстиями (рисунок 9.7, 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 L_p,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 рисунке 9.9, обладающая peзонансной точкой, в отличие от идеальной характеристики. Сведения о собственных резонансных частотах конденсаторов, применяемых для подавления помех, приведены на рисунке 9.10.

Рисунок 9.9 - Частотные зависимости кажущихся сопротивлений конденсатора (а) и катушки индуктивности (б)

Рисунок 9.10 - Значения собственных резонансных частот f0 помехоподавляющих конденсаторов в зависимости от их емкости С

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 а_е от частоты, так как часто затрудняется переход от частотной области во временную вследствие нелинейности элементов фильтра, в частности катушек индуктивности.

Рисунок 9.12 - Коэффициент затухания а_е фильтра LC:

а - схема замещения фильтра; б - принципиальная частотная зависимость коэффициента затухания а_е

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 f_g = 1/Δ t или f_g = l/T_r Например, при времени нарастания Т_r = 5нс частота f_g = 200 МГц.

Рисунок 9.13 - Формы импульсов

Дата добавления: 2014-01-13