第4章滤波课件.ppt
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1、 第4章 滤波 4.0 滤波器的作用与分类滤波器的作用与分类 4.1 滤波器的特性滤波器的特性 4.2 反射式滤波器反射式滤波器 4.3 吸收式滤波器吸收式滤波器 4.4 电磁干扰滤波器电磁干扰滤波器 4.5 电源线滤波器电源线滤波器 4.6 元件非理想特性的影响元件非理想特性的影响4.0 滤波器的作用与分类滤波器的作用与分类 屏蔽体可以阻断电磁波的传播,滤波器用来干什么?屏蔽体中的穿透部分滤波器的作用信号滤波器电源滤波器切断干扰沿信号线或电源线传播的路径,与屏蔽共同构成完善的干扰防护。满足电源线干扰发射和抗扰度要求满足抗扰度及设备辐射发射要求信号线滤波器信号线滤波器干扰源干扰源 对于电路中传
2、播的电磁骚扰,需要采用滤波技术加以抑制。滤波有多种滤波有多种分类分类方法方法:(2)按照滤波器在电路中的位置和作用:信号滤波、电源滤波、EMI滤波、电源去耦滤波和谐波滤波。(3)按照电路中是否包含有源器件:无源滤波和有源滤波。(4)按照频率特性:高通、低通、带通、带阻滤波 (1)按照滤波器的能量损耗特性:反射滤波器和吸收滤波器等。干扰滤波器的种类衰减衰减衰减衰减低通带通高通带阻3dB截止频率4.1 滤波器的特性滤波器的特性 滤波器的技术指标包括插入损耗、频率特性、阻抗特性、额定电压、额定电流、外形尺寸、工作环境、可靠性等。1插入损耗(Insertion Losses))dB()lg(2021U
3、UIL 插入损耗随频率变化的曲线就是滤波器的频率特性曲线。在高频段插入损耗大的是低通滤波器,在低频段插入损耗大的是高通滤波器。2频率特性 滤波器的插入损耗随频率的变化即为频率特性。频率特性可用中心频率、截止频率、最低使用频率和最高使用频率等参数描述。3 阻抗特性 滤波器的输入阻抗、输出阻抗直接影响其插入损耗特性。在使用EMI滤波器时,应保证在输入、输出最大限度失配的情况下,有合乎要求的最佳抑制效果。4 额定电压滤波器工作时允许的最高电压。5 额定电流滤波器工作时,不降低插入损耗性能的最大使用电流。4.2 4.2 反射式滤波器反射式滤波器 反射式滤波器又称无损滤波器,其工作原理是在电磁信号传输路
4、径上形成很大的特性阻抗不连续,使大部分电磁能量反射回信号源处。反射式滤波器采用电感L、电容C储能元件组成的无源网络。有很好的频率选择特性,但容易产生谐振。根据频率特性分为低通、高通、带通、带阻滤波器,低通滤波器是电磁兼容中最常用的滤波器。低通滤波器的基本电路形式 电容电容的作用是通过并联一个低阻抗的通路,使骚扰电流分流分流,从而减小负载中的骚扰电流;电感电感的作用是通过串联一个高阻抗,阻断阻断骚扰信号的流通,从而减小负载上的骚扰电压。电感:电感:Z=L电容电容:Z=1/C衰减低通3dB截止频率n 低通滤波器的频率特性低通滤波器的频率特性 当滤波器的频率特性不能满足要求时,可以采取多个滤波器级联
5、的方法。低通滤波器中所含滤波器个数称为滤波器的阶数过渡带阶数与插入损耗的关系20406080100 fc 10fc 100fc 1000fc 5阶阶 4阶阶 3阶阶 2阶阶 1阶阶20N/十倍频程十倍频程6N/倍频程倍频程插入损耗插入损耗dB确定滤波器阶数50 100欲衰减欲衰减20dB4 6=24 20至少至少4阶滤波器阶滤波器10 1001 20=201阶滤波器就可以了阶滤波器就可以了为了保险,可用为了保险,可用2阶阶欲衰减欲衰减20dBL、C的数值决定截止频率的数值决定截止频率阶数决定过渡带的陡度阶数决定过渡带的陡度n高通滤波器 高通滤波器抑制低频干扰信号。由于高通滤波器与低通滤波器具有
6、对偶性,设计高通滤波器时可采用倒转方法,凡满足倒转原则的低通滤波器可以很方便地变成所需要的高通滤波器。倒转原则就是将低通滤波器的每一个电感器换成一个电容器,而每一个电容器换成一个电感器。衰减高通高通滤波器类型L反H低通高通电感:电感:Z=2 fL电容电容:Z=1/2 fC低通高通 例:求该电路的插入损耗。210lg1()()fLILdBRU、f4.3 4.3 吸收式滤波器吸收式滤波器 吸收式滤波器又称有损滤波器,它采用有损耗的滤波元件,使骚扰信号的能量消耗在滤波器中,以达到抑制干扰的目的。吸收式滤波可避免反射式滤波因寄生参数效应或阻抗不匹配引起的谐振,但其频率选择性较差。吸收式滤波器采用铁氧体
7、材料铁氧体材料或其他有损耗材料,将导线穿过或缠绕在各种形状的铁氧体材料上,利用其电感及磁场涡流损耗阻断骚扰信号的传播。1铁氧体磁心 铁氧体磁心具有很好的高频骚扰抑制能力,被制成各种形状及大小,广泛应用于各种电子产品。用铁氧体材料制成环状磁心,与从中穿过的导线构成有损电感,可起到滤除高频电磁骚扰的作用。共模和差模干扰电流共模扼流圈共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销,因此磁共模扼流圈中的负载电流产生的磁场相互抵销,因此磁芯不会饱和。芯不会饱和。共模电流电感很大。共模电流电感很大。使用铁氧体磁心时,应注意注意以下几点:(1)根据骚扰信号的频率范围,选择不同的磁心材料,如锰锌适于低频干扰,镍锌适
8、于高频干扰;(2)对不同场合,选择不同形状的磁心材料,如珠形、环形、多孔形、扁平夹条形、表面贴装型等,且磁心尺寸要与导线直径相配合;Why?(3)磁心在电路中的阻抗与所绕导线匝数有关,匝数多则阻抗大,但容易饱和,且线间分布电容大,对高频特性不利;(4)当用于电源线差模滤波时,由于其工作电流较大,磁心容易饱和,因此,必须增大磁心截面及选择具有高饱和值的材料,或在两个半环之间留有一定间气隙。频率特性2抗干扰电缆 抗干扰电缆是将铁氧体材料填充在同轴电缆的内、外导体之间构成的有损同轴电缆,它具有很好的高频衰减特性,可以起到较好的滤波效果。用于抑制电磁骚扰在电路中传播的滤波器统称为电磁干扰滤波器(EMI
9、滤波器),也有的称为射频干扰滤波器(RFI滤波器)。4.4 4.4 电磁干扰滤波器电磁干扰滤波器 EMI滤波器通常是由串联电感和并联电容组成的低通滤波器,其工作原理与常规滤波器相同,但有如下特点。1、电磁骚扰的工作频率范围很宽,从几十kHz到1GHz以上。2、一般电路中使用的滤波器所连接的电路的阻抗是一定的,而电磁干扰滤波器所连接的电路阻抗变化范围很宽。电磁干扰滤波器采用低通滤波器的原因是:一种主要的电磁干扰源是数字脉冲电路,有丰富的高次谐波;高频电磁波更容易被接收,对设备造成干扰的电磁场都是频率较高的,它们在电路中产生噪声电压、电流也是高频的 当导线上有传导电流时,电流的频率越高,越容易产生
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