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濾波�
閱讀�49876�(shí)間:2010-10-29 09:46:09

  凡是有能力�(jìn)行信�(hào)處理的裝置都可以稱為濾波�。在近代電信裝備和各類控制系�(tǒng)�,濾波器�(yīng)用極為廣�;在所有的電子部件�,使用最多,技�(shù)最�(fù)雜要算濾波器�。濾波器的優(yōu)劣直接決定產(chǎn)品的�(yōu)劣,所�,對(duì)濾波器的研究和生�(chǎn)歷來(lái)為各�(guó)所重視�

選擇和使用注意事�(xiàng)

  1. 如何選擇電源線干擾濾波器�

  有的顧客以為EMI濾波器的插入損耗越高越好,濾波�(wǎng)�(luò)的級(jí)�(shù)越多越好。其�(shí)這并不是選擇濾波器的正確方法。此�,級(jí)�(shù)越多的濾波網(wǎng)�(luò),價(jià)格越貴,體積和重量也越大。其�(shí)選擇和評(píng)估電源線濾波器的辦法是將其裝到設(shè)備上�(jìn)行試�(yàn)。正如上面所提到的濾波器,性能很大程度上取決于�(shè)備負(fù)載阻�。而不能單一從阻抗(50Ω)插入損耗數(shù)�(jù)�(lái)推導(dǎo),它是一�(xiàng)濾波元件阻抗與設(shè)備阻抗的�(fù)雜函�(shù),其量值及相位在頻率范圍內(nèi)有變�。濾波器選擇試驗(yàn)所要求的傳�(dǎo)輻射控制(FCC,VDE)及靈敏性控制的不同性能等級(jí)在設(shè)備上�(jìn)��

  2. 是不是所有具有相同電路及元件值的濾波�(wǎng)�(luò),性能都相�?

  所有具有相同電路及元件值的濾波�(wǎng)�(luò),性能并不一�.元件值是在某一頻率(通常�1KHz)�(shí)指定和測(cè)得的,而濾波器的性能是在整�(gè)頻率范圍�(nèi)都需要的,而不僅僅在元件測(cè)量時(shí)的頻率。元件的�(jié)�(gòu)形式及接入濾波器的方�,對(duì)濾波器的性能都是相當(dāng)重要��

  3. 安裝�(duì)濾波器的性能重要嗎?

  安裝及接線對(duì)濾波器的性能影響較大。電源線濾波器安裝在�(shè)備的電源線輸入端。濾波器是高頻信�(hào)的障�,其作用決不能因離散電容耦合電源輸入線與電源輸出線或受保�(hù)�(shè)備的任何其它�(dǎo)體而失效�

  在安裝電源濾波器�(shí),要注意以下幾點(diǎn)�

  1� 電源濾波器的外殼與設(shè)備地之間必須有良好的電氣連接。不要把濾波器安裝在絕緣材料板或噴漆表面�,要安裝在金屬機(jī)殼上。還要避免使用長(zhǎng)接地�,這樣�(huì)大大增加接地電感和電�,從而嚴(yán)重降低濾波器的共模抑制性能。比較好的方法是:用金屬螺釘與彈簧(星行)墊圈將濾波器的金屬屏蔽外殼牢牢固定在系�(tǒng)電源入口處的�(jī)殼上,或用銅編織麻花接地帶與地點(diǎn)相��

  2� 在捆扎設(shè)備電纜時(shí),嚴(yán)禁將濾波器的輸入輸出電纜捆扎在一�。因?yàn)檫@樣加劇了濾波器輸入輸出之間的電磁耦合,嚴(yán)重破壞濾波器�(duì)EMI信號(hào)的抑制能力�

  3� 不要將濾波器安裝在設(shè)備屏蔽的�(nèi)部。因?yàn)檫@�,設(shè)備內(nèi)部電路及元件上的EMI信號(hào)�(huì)因輻射在濾波器的端引線上生成EMI信號(hào)而直接耦合到設(shè)備外面去,使�(shè)備屏蔽喪失對(duì)�(nèi)部電路和元件�(chǎn)生的EMI輻射的抑制�

  4� 建議利用�(shè)備原有的屏蔽,將濾波器的輸入輸出端有效的隔離開來(lái),將濾波器輸入輸出端間可能存在的電磁耦合控制到程��

  一般濾波器的殼體是接到所保護(hù)�(shè)備的框架或機(jī)殼上,線�(cè)�(dǎo)線應(yīng)保持短小并與�(fù)載側(cè)�(dǎo)線很好地隔離。理想的隔離系統(tǒng)是壁裝濾波器,帶有�(jìn)線插座�

  濾波器的建議安裝方式和注意事�(xiàng)如下�

濾波器的建議安裝方式圖

  4. 阻抗失配推薦�

阻抗失配推薦圖

主要參數(shù)

  濾波器的主要參數(shù)(Definitions) 中心頻率(Center Frequency): 濾波器通帶的中心頻率f 0 ,一般取f 0 =(f 1 +f 2 �/2,f 1 、f 2 為帶通或帶阻濾波器左、右相對(duì)下降1dB�3dB邊頻�(diǎn)。窄帶濾波器常以插損最小點(diǎn)為中心頻率計(jì)算通帶帶寬� 截止頻率

  中心頻率(Center Frequency):濾波器通帶的中心頻率f0,一般取f0=(f1+f2�/2,f1、f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對(duì)下降1dB�3dB邊頻�(diǎn)。窄帶濾波器常以插損最小點(diǎn)為中心頻率計(jì)算通帶帶寬�

  截止頻率(Cutoff Frequency):指低通濾波器的通帶右邊頻點(diǎn)及高通濾波器的通帶左邊頻點(diǎn)。通常�1dB�3dB相對(duì)損耗點(diǎn)�(lái)�(biāo)�(zhǔn)定義。相�(duì)損耗的參考基�(zhǔn)為:低通以DC處插損為基準(zhǔn),高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準(zhǔn)�

  通帶帶寬(BWxdB):(下圖)指需要通過的頻譜寬�,BWxdB=(f2-f1�。f1、f2為以中心頻率f0處插入損耗為基準(zhǔn),下降X(dB)處�(duì)�(yīng)的左、右邊頻�(diǎn)。通常用X=3�1�0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征濾波器通帶帶寬參數(shù)。分?jǐn)?shù)帶寬(fractional bandwidth�=BW3dB/f0×100[%],也常用�(lái)表征濾波器通帶帶寬�

  插入損耗(Insertion Loss):由于濾波器的引入�(duì)電路中原有信�(hào)帶來(lái)的衰�,以中心或截止頻率處損耗表�,如要求全帶�(nèi)插損需�(qiáng)�(diào)�

  紋波(Ripple):�1dB�3dB帶寬(截止頻率)范圍�(nèi),插損隨頻率在損耗均值曲線基�(chǔ)上波�(dòng)的峰-峰��

  帶內(nèi)波動(dòng)(Passband Riplpe):通帶�(nèi)插入損耗隨頻率的變化量�1dB帶寬�(nèi)的帶�(nèi)波動(dòng)�1dB�

  帶內(nèi)駐波比(VSWR):衡量濾波器通帶�(nèi)信號(hào)是否良好匹配傳輸?shù)囊豁?xiàng)重要指標(biāo)。理想匹配VSWR=1�1,失配時(shí)VSWR�1。對(duì)于一�(gè)�(shí)際的濾波器而言,滿足VSWR�1.5�1的帶寬一般小于BW3dB,其占BW3dB的比例與濾波器階�(shù)和插損相�(guān)�

  回波損耗(Return Loss):端口信號(hào)輸入功率與反射功率之比的分貝(dB)數(shù),也等于|20Log10ρ|,ρ為電壓反射系數(shù)。輸入功率被端口全部吸收�(shí)回波損耗為�(wú)窮大�

  阻帶抑制度:衡量濾波器選擇性能好壞的重要指�(biāo)。該指標(biāo)越高說明�(duì)帶外干擾信號(hào)抑制的越�。通常有兩種提法:一種為要求�(duì)某一給定帶外頻率fs抑制多少dB,計(jì)算方法為fs處衰減量As-IL;另一種為提出表征濾波器幅頻響�(yīng)與理想矩形接近程度的指標(biāo)——矩形系�(shù)(KxdB�1�,KxdB=BWxdB/BW3dB,(X可為40dB�30dB�20dB等)。濾波器階數(shù)越多矩形度越高——即K越接近理想�1,制作難度當(dāng)然也就越大�

  延遲(Td):指信�(hào)通過濾波器所需要的�(shí)�,數(shù)值上為傳輸相位函�(shù)�(duì)角頻率的�(dǎo)�(shù),即Td=df/dv�

  帶內(nèi)相位線性度:該指標(biāo)表征濾波器對(duì)通帶�(nèi)傳輸信號(hào)引入的相位失真大�。按線性相位響�(yīng)函數(shù)�(shè)�(jì)的濾波器具有良好的相位線性度,但頻率選擇性很�,限于脈�、或�(diào)相信�(hào)傳輸系統(tǒng)�(yīng)��

主要特性指�(biāo)

  1、特征頻率:

  ①通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過渡帶邊界�(diǎn)的頻�,在該點(diǎn)信號(hào)增益下降到一�(gè)人為�(guī)定的下限�

 ?、谧鑾Ы仡lfr=wr/(2p)為阻帶與過渡帶邊界點(diǎn)的頻率,在該�(diǎn)信號(hào)衰�(增益的倒數(shù))下降到一人為�(guī)定的下限�

  ③轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2p)為信�(hào)功率衰減�1/2(�3dB)�(shí)的頻�,在很多情況�,常以fc作為通帶或阻帶截��

 ?、芄逃蓄l率f0=w0/(2p)為電路沒有損耗時(shí),濾波器的諧振頻率,�(fù)雜電路往往有多�(gè)固有頻率�

  2、增益與衰�

  濾波器在通帶�(nèi)的增益并非常�(shù)�

 ?、賹?duì)低通濾波器通帶增益Kp一般指w=0�(shí)的增�;高通指w→∞�(shí)的增益;帶通則指中心頻率處的增��

 ?、趯?duì)帶阻濾波�,應(yīng)給出阻帶衰�,衰耗定義為增益的倒數(shù)�

 ?、弁◣г鲆孀兓俊鱇p指通帶�(nèi)各點(diǎn)增益的變化量,如果△Kp以dB為單�,則指增益dB值的變化量�

  3、阻尼系�(shù)與品�(zhì)因數(shù)

  阻尼系數(shù)是表征濾波器�(duì)角頻率為w0信號(hào)的阻尼作�,是濾波器中表示能量衰耗的一�(xiàng)指標(biāo)�

  阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù),是*�(jià)帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一�(gè)重要指標(biāo),Q= w0/△w。式中的△w為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬� w0為中心頻率,在很多情況下中心頻率與固有頻率相等�

  4、靈敏度

  濾波電路由許多元件構(gòu)成,每�(gè)元件參數(shù)值的變化都會(huì)影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)y�(duì)某一元件參數(shù)x變化的靈敏度記作Sxy,定義為� Sxy=(dy/y)/(dx/x)�

  該靈敏度與測(cè)�?jī)x器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一�(gè)概念,該靈敏度越�,標(biāo)志著電路容錯(cuò)能力越強(qiáng),穩(wěn)定性也越高�

  5、群�(shí)延函�(shù)

  �(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)�(jì)要求�(shí),為保證輸出信號(hào)失真度不超過允許范圍,對(duì)其相頻特性∮(w)也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)�(jì)�,常用群�(shí)延函�(shù)d�(w)/dw*�(jià)信號(hào)�(jīng)濾波后相位失真程度。群�(shí)延函�(shù)d�(w)/dw越接近常�(shù),信�(hào)相位失真越小�

作用和類�

  濾波器對(duì)不同頻率的信�(hào)有不同的作用:在通帶�(nèi)使信�(hào)受到很小的衰減而通過;在通帶與阻帶之間的一段過渡帶使信�(hào)受到不同程度的衰減;在阻帶內(nèi)使信�(hào)受到很大的衰減而起到抑制作��

  按照濾波器的三種頻帶在全頻帶中分布位置的不同,濾波器可分為以下四種基本類型:低通濾波器、帶通濾波器、高通濾波器和帶阻濾波器。除此之�,還有一種濾波器——全通濾波器,各種頻率的信號(hào)都能通過,但通過以后不同頻率信號(hào)的相位有不同的變�,實(shí)際上全通濾波器是一種移相器�

  濾波器的類型

  根據(jù)組成電路的不�,濾波器還可分為:LC�(wú)源濾波器、RC�(wú)源濾波器、特殊元件構(gòu)成的�(wú)源濾波器、RC有源濾波��

  LC�(wú)源濾波器:由電感和電容構(gòu)�,具有良好的頻率選擇特�,并且信�(hào)能量損失�、噪聲低、靈敏度低。缺�(diǎn):電感元件體積大不便于集成化、在低頻和超低頻范圍�(nèi)品質(zhì)因數(shù)低(頻率選擇性差��

  RC�(wú)源濾波器:與LC�(wú)源濾波器相比,用電阻取代了電�,解決了體積大的缺陷,但此類濾波器的頻率選擇特性比較差,一般只用作低性能的濾波器�

  特殊元件�(gòu)成的�(wú)源濾波器:這類濾波器諸如:�(jī)械濾波器、壓電陶瓷濾波器、晶體濾波器�。工作原理一般是通過電能與機(jī)械能或分子振�(dòng)的動(dòng)能間的相互轉(zhuǎn)換,并與器件固有頻率諧振�(shí)�(xiàn)頻率的選�,多用作頻率選擇性能很高的帶通或者帶阻濾波器。優(yōu)�(diǎn):品�(zhì)因數(shù)可達(dá)千萬(wàn)至數(shù)�(wàn)、穩(wěn)定性很�,可�(shí)�(xiàn)其他類型濾波器無(wú)法實(shí)�(xiàn)的特�。缺�(diǎn):種類有�、調(diào)整不方便,一般僅用于某些特殊�(chǎng)��

  RC有源濾波器:該類型的濾波器克服了RC�(wú)源濾波器中電阻元件消耗信�(hào)功率的缺�,在電路中引入具有能量放大作用的有源器件如:電子�、晶體管、運(yùn)算放大器等有源器�,能夠彌�(bǔ)損失的能�,使RC濾波器既具有了像LC濾波器一樣的良好頻率選擇特�,又具有體積�、便于集成的�(yōu)�(diǎn)�

安裝注意事項(xiàng)

  板上濾波器雖然對(duì)高頻的濾波效果不理想,但是如果應(yīng)用得�(dāng),可以滿足大部分民用�(chǎn)品電磁兼容的要求。在使用�(shí)要注意以下事�(xiàng)�

  1、“干凈地�

  如果決定使用板上濾波�,在布線�(shí)就要注意在電纜端口處留出一塊“干凈地�,濾波器和連接器都安裝在“干凈地”上。通過前面的討�,可知信�(hào)地線上的干擾是十分嚴(yán)重的。如果直接將電纜的濾波電容連接到這種地線�,會(huì)造成�(yán)重的共模輻射問題。為了取得較好的濾波效果,必須準(zhǔn)備一塊干凈地。并與信�(hào)地只能在一�(diǎn)連接起來(lái),這�(gè)流通點(diǎn)稱為“橋�,所有信�(hào)線都從橋上通過,以減小信號(hào)�(huán)路面��

  2、濾波器要并排設(shè)�

  同一組電纜內(nèi)的所有導(dǎo)線的未濾波部分在—起,已濾波部分在一�。否�,一根導(dǎo)線的耒濾波部分會(huì)將另一根導(dǎo)線的已濾波部分重新污�9使電纜整體濾波失��

  3、濾波器要盡量靠近電纜的端口

  波器與面板之間的�(dǎo)線的距離�(yīng)盡量�。必要時(shí),使用金屬板遮擋一�,隔離近�(chǎng)干擾�

  4、濾波器與機(jī)箱的搭接

  安裝濾波器的干諍地要與金屬機(jī)箱可靠地搭接起來(lái),如果機(jī)箱不是金屬的,就在線路板下方�(shè)置一塊較大的金屬板來(lái)作為濾波�。干凈地與金屬機(jī)箱之間的搭接要保證很低的射頻阻抗。如有必�,可以使用電磁密封襯墊搭�,增加搭接面積,減小射頻阻抗�

  5、濾波器接地線要�

  考慮到引腳的電感效應(yīng),其重要性前面已討淪,濾波器的局部布線和�(shè)�(jì)線路板與�(jī)箱(金屬板)的連接�(jié)�(gòu)�(shí)要特別注��

  6、濾波線與未濾波線分�

  在端口濾波的電纜和不濾波的電纜應(yīng)盡量�(yuǎn)�,防止發(fā)生上述的耦合問題�

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