10.5.3 Компоненты фильтров
Использование конденсаторов и индуктивностей в фильтрах требует понимания основ их работы.
Конденсаторы.
В фильтрах используются конденсаторы следующих типов:
- оксидные (электролитические);
- керамические;
- пленочные конденсаторы, у которых материалом диэлектрика может быть полиэстер (РЕТ – полиэтилентерефталат (лавсан), PEN – полиэтиленнафталат), полипропилен, поликарбонат и др.
В силу ряда преимуществ наибольшее применение находят керамические конденсаторы, поэтому в основном будем рассматривать конденсаторы этого типа.
Конденсаторы общего применения в силу своих конструктивных особенностей не эффективны как фильтры на частотах, превышающих 10 МГц. Это объясняется наличием у них значительной по величине паразитной индуктивности выводов. На рис. 10.14 приведена эквивалентная схема замещения конденсатора.
–
номинальная
ёмкость;
– паразитная
индуктивность;
– характеризует
активные потери в конденсаторе;
– эквивалентная
параллельная емкость конденсатора.
Рисунок 10.14 - Эквивалентная схема замещения конденсатора
Рисунок 10.15 - Импеданс конденсатора в зависимости от частоты
Наличие паразитной индуктивности приводит к появлению собственной резонансной частоты ƒc – максимальной частоты, на которой конденсатор работает эффективно. Зависимость импеданса конденсатора от частоты приведена на рис.5.15. Для идеального конденсатора эта зависимость имеет вид прямой линии, а для реального – вид резонансной кривой. Собственная частота конденсатора определяется по известной формуле
Катушки индуктивности (КИ) также значительно отличаются от идеальных (рис.10.16).
Рисунок 10.16 – Эквивалентная схема КИ
Если LC – фильтр работает на частотах ƒL>ƒ< ƒc, то он может быть достаточно эффективен (вносимые потери фильтра растут с ростом частоты); если не выполняется одно из неравенств, то ослабление перестаёт расти с увеличением частоты; если же не выполняются оба неравенства, то ослабление LC - фильтра уменьшается пропорционально 1/ƒ2.
Для повышения эффективности фильтров особенно на высоких частотах используются специальные типы конденсаторов – опорные и проходные, а вместо КИ – ферритовые устройства.
О
порные
конденсаторы
– это конденсаторы, одним из выводов
которого является опорная металлическая
пластина с резьбовым паяным креплением
(рис. 10.17, а)
2
ток Резьбовой
контакт или
пайка 1
а) б) в)
Рисунок 10.17- Схемы опорного и проходного конденсаторов.
Опорные конденсаторы работают эффективно на частотах до 30…50 МГц. Примеры марок таких конденсаторов: КО, КДО.
Проходные конденсаторы (ПК). Бывают двух типов: коаксиальные и некоаксиальные.
Принцип построения коаксиального ПК показан на рис. 10.17, б. Такие конденсаторы используются в тех случаях, когда требуется обеспечить шунтирование нежелательной ЭМП в широком частотном диапазоне (до нескольких ГГц). Здесь одним из лучших являются дискоидальные конденсаторы (рис. 10.18).
а) б)
Рисунок 10.18 - Дискоидальный конденсатор (а) и его применение в конструкции ПК (б).
Достоинство дискоидальных конденсаторов: высокое значение ƒc, большая удельная ёмкость и износоустойчивость, малая чувствительность к механическим воздействиям и влажности. Особое распространение эти конденсаторы получили там, где вес, ёмкость и надёжность имеют первостепенное значение.
Некоаксиальные ПК имеют симметричную конструкцию (рис. 10.17, в). Они используются в двухпроводных цепях до частот порядка 100 МГц. Пример: К73-21.
Для сравнения приведём частотные характеристики LC – фильтров, выполненного на идеальном конденсаторе (1), на обычном керамическом конденсаторе с выводами длинной 100 мм (3) и на дискоидальном ПК (2) – рис. 10.19.
Рисунок 10.19 - Частотные характеристики однозвенных LC – фильтров.
На рисунках 14 и 15 приведены конструкции проходного конденсатора (фильтра типа «С») и проходного фильтра «П».
Контакт между корпусом фильтра и корпусом устройства должен быть очень хорошим и мало зависеть от времени, влажности и др. факторов. Устанавливать фильтр лучше всего на самом корпусе, но допускается и на кронштейне