10.5 Электрические фильтры

Фильтрация является основным средством ослабления кондуктивных помех и наводок. По области применения помехоподавляющие фильтры делятся на сетевые, информационные и фильтры для телефонных линий. Последние два вида фильтров предназначены для передачи информации. Причем, телефонные фильтры отличаются от информационных значительно более узкой полосой пропускания (0,3 – 3,4 кГц).

По виду частотной характеристики различают 4 основных вида фильтров: ФНЧ, ФВЧ, полосовой и режекторный. Большая часть применяемых фильтров – это ФНЧ, которые пропускают низкочастотный полезный сигнал и ослабляют ВЧ сигнал помехи. Ниже рассматриваются только эти фильтры.

10.5.1 Основные параметры фильтров

1. Частотная характеристика затухания для ФНЧ приведена на рис. 10.8.

Рис. 10.8 – Вид АЧХ ФНЧ

Частота среза ƒ_ср является частотой начала фильтрации. Её значения могут изменяться в широком диапазоне – от очень низкой (менее 1 кГц) для цепей питания постоянного тока, и до частот СВЧ-диапазона.

Частота ƒ_ср обычно выбирается примерно на октаву выше частоты полезного сигнала (чтобы сохранить форму полезного сигнала).

б) Мерой эффективности фильтра является уровень вносимых потерь (затухание) на заданной частоте (измеряется в дБ), а крутизна АЧХ (дБ на декаду или на октаву) – характеризует скорость достижения этого уровня.

Вносимые потери определяются по формуле:

или , [дБ],

где - напряжение и ток нагрузки без фильтра;

- напряжение и ток помех на нагрузке, если фильтр включён.

в) Среди других характеристик фильтров, приводимых в каталогах, необходимо отметить следующие: фазочастотную и переходную характеристики, номинальное напряжение, рабочий ток, диапазон рабочих температур и др.

10.5.2 Конфигурации помехоподавляющих фильтров

Простейшими конфигурациями ФНЧ являются: фильтр типа «С», типа «Г», типа «П», типа «Т». В таблице приведены их схемы, требования к источнику сигнала и к нагрузке, значения наклона АЧХ.

Тип фильтра	Схема фильтра	Импеданс		Наклон АЧХ, db/дек
		источника	нагрузки
С-фильтр		Высокий	Высокий	20
Г-фильтр		Низкий	Высокий	40
		Высокий	Низкий
П-фильтр		Высокий	Высокий	60
Т-фильтр		Низкий	Низкий	60

Таблица 10.1

Фильтр типа «С» обычно представляет собой проходной или опорный конденсатор, шунтирующий помеху на землю. Чаще всего он используется для ослабления ВЧ помех в цепях питания постоянного тока.

Фильтры типа «Г» применяются в тех случаях, когда импедансы источника и нагрузки сильно отличаются друг от друга.

Фильтр типа «П» используется при высоких сопротивлениях источника и нагрузки.

Фильтр типа «Т» широко применяется в цепях, которые могут быть подвержены нестационарным процессам. Предназначены для цепей с низким сопротивлением источника и нагрузки, например, в источниках питания.

Правила для выбора и применения фильтра:

1) фильтр должен быть включен так, чтобы конденсатор был обращен к высокому импедансу, а индуктивность - к низкому.

Это правило приходится нарушать, если существует вероятность перенапряжений на входе. В этом случае для защиты конденсаторов на входе фильтра рекомендуется устанавливать индуктивность.

2 ) каждый дополнительный элемент увеличивает наклон АЧХ на 20 дБ/дек., с каждым добавленным элементом её вершина сдвигается влево. Например, фильтр «двойной П» (рис. 10.13) будет иметь наклон 100 дБ / декада.

Рисунок 10.13