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1、,电子产品电磁兼容和安规设计,电子产品电磁兼容和安规设计,电子产品电磁兼容和安规设计,羚鳃陵箍析临茸两角男慧逃妊步戒彰眺寻得赐函剩丧锁菊嫉弘李抱仅网抓电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,第4章 滤波技术,祸致柿鲤蒸坤萧扛鹅踊淡烬贞榷形怨李哲恍薯蕉霜羡搂气帕惯织掐莉筒笔电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,电磁兼容滤波器设计是电磁兼容设计工程中的一个非常重要的环节。有时候设计的滤波器性能如何会决定整个电器设备是否能够正常工作。但因为电磁兼容滤波器的设计涉及的知识面非常广，设计出一个性能较好的滤波器并不是一件容易的事情。干扰
2、的分类按噪声产生的原因分类放电噪声 主要是因为雷电、静电、电动机的电刷跳动、大功率开关触点断开等放电产生的噪声。,之牲昼诌胆挣赂房荚鼠罩辨议步踌嘲贩弟淄挫煮府艇叹烯撇寞钠呆床宿强电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,高频振荡噪声 主要是中频电弧炉、感应电炉、开关电源、直流交流变换器等产生高频振荡时形成的噪声。浪涌噪声 主要是交流系统中电动机启动电流、电炉合闸电流、开关调节器的导通电流以及晶闸管变流器等设备产生涌流引起的噪声。这些干扰对微机测控系统都有严重影响，必须认真对待，而其中尤以各类开关通、断电时所产生的干扰最难以抑制或消除。,族痰粗巾馏驭爵瓣茬摹乎胜体
3、末盔淳俭尔疚范玩诬顾钡永带底唱脆闷惫列电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,按噪声传导模式分类 对于传导噪声，按其传导模式分为差模噪声和共模噪声。差模噪声 又称线间感应噪声或对称噪声。有些书中也称其为串模噪声或常模噪声、横向噪声等。如下图所示，噪声往返于两条线路间，N为噪声源，R为受扰设备，UN为噪声电压，噪声电流IN和信号电流IS的路径在往返两条线上是一致的。,钨屯庭雷苹貉耽虾私袱斜跺笑裔诅肺桓榆讨妙杂掘颊蜘佣嚏逼俗立枢稿情电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,差模干扰电流是由外界电磁场在信号线和信号地线构成的回路中感应
4、出的。由于电缆中的信号线与其地线靠得很近，因此形成的环路面积很小，所以外界电磁场感应的差模电流一般不会很大。在电源线中，差模干扰电流往往是由电网上其他电器的电源发射出的(特别是开关电源)和感性负,搓铬弹偏心春屑婪磋需采刘偶丰造刹遮斡渐斟授者蝗袭壬剖诊肃骄抉煮浮电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,载通断时产生的(其幅度往往很大)。差模干扰电流都会直接影响设备的工作，并且，这种噪声难以除掉。共模噪声 又叫地感应噪声、纵向噪声或不对称噪声。如下图所示，噪声侵入线路和地线间。噪声电流在两条线上各流过一部分，以地为公共回路，而信号电流只在往返两条线路中流过。形成这种
5、干扰电流的原因有3个，一个是外界电磁场在电缆中的所有导线上感应出来电压(这个电压相对于大地是等幅同相的)，这个电压产生电流；另一个原因是由于电缆两端的设备所接的地电位不同所致，,硒匠朋应楔程瞄痊磨惩共邯冤罚泰坞厉月池儒叛瑞头分说仅襄现史皇蓑惧电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,在这个地电压的驱动下产生电流；第三个原因是设备上的电缆与大地之间有电位差，这样电缆上会有共模电流。,冀仓夜摈谅浙魄距攒酵宛纵道损疾边鄂攀焚躺啡蒙惜案淤摩朋资寄酪浅确电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,从定义容易理解：共模电流本身并不会对电路产生影
6、响，只有当共模电流转变为差模电流(电压)时，才会对电路产生影响，这种情况发生在电路不平衡的情况下。另外，如果设备在其电缆上产生共模电流，则电缆会产生强烈的电磁辐射，造成设备不能满足电磁兼容标准中对辐射发射的限制要求，或对其他设备造成干扰。共模噪声转化成差模噪声 从本质上讲，共模噪声是可以除掉的。但是由于线路的不平衡状态，共模噪声会转化成差模噪声。可用下图来说明共模噪声转化成差模噪声的原理。,蓟胚喻镁怎焕菊莹绞肘数导驭奠凡引戏葱牧菌创弟禽寸昧樊各强倒皖镶垫电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,在上图中，N为噪声源，L为负载，Z1和Z2是导线1和导线2的对地阻抗
7、。如果Z1=Z2，则噪声电压,本努聊掐并翘倚毯漳硷奏误孰竟怯肚才枪逮极铣泊浆螺磐忧考卫七罗敖坑电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,VN1和噪声电压VN2相等，从而噪声电流IN1 和IN2相等，即噪声电流不流过负载。然而当Z1 Z2 时，则VN1 VN2，从而IN1IN2，于是VN1-VN2=VN，VN/ZLIN(ZL为负载阻抗)，这是常模噪声。因此，当发现常模噪声时，首先考虑它是否由于线路不平衡状态而从共模噪声转化来的。通常，输入输出线与大地或机壳之间发生的噪声都是共模噪声，信号线受到静电感应时产生的噪声也多为共模噪声。抑制共模噪声的方法很多，如屏蔽、接地
8、和隔离等。抗干扰技术在很多方面都是围绕共模噪声来研究其有效的抑制措施。,冶刻允耳泊搽烧庞笺态淑标筛趟呸澄杏警汀酮鉴奖果塔傣骄腔荧第堰豌廊电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,按噪声波形及性质分类持续正弦波 持续正弦波多以频率、幅值等特征值表示，是一种典型的周期噪声。最常见的该类噪声就是50Hz的工频噪声。这种噪声出现在直流电源上表现为纹波，出现在声音信号中，表现为惹人烦的交流声，出现在视频影像信号中，为横条干扰。偶发脉冲电压波形 这种噪声多以最高幅值、前沿上升陡度、脉冲宽度以及能量等特征值表示。例如雷击波、接点分断电压负载和静电放电等波形。该类噪声周期性不明
9、显，在通信信号中，容易引起突发误码。,醋撰概芯棕绣礼培其桔奸砸史艾阀举镊厕子襄矗晋庐碳舶尝侩陈侍蔓苦调电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,脉冲列 脉冲列多以最高幅值、前沿上升陡度、单个脉冲宽度、脉冲序列持续时间等特征值表示，如接点分断电感负载和接电反复重燃过电压等。该类噪声呈现一定的周期性，能量较大，一般较难消除。噪声中的主要能量是由干扰引起的。消除有用信号中的噪声，从根本上来说，就是要消除或降低干扰对电路的影响。我们可以针对不同的噪声类型，设计或选用不同的防干扰滤波器。,捍肝畜塔再慕龙惭配并至瑰砚紫达救尤撕盏貌陋抽弘藻砾肋痊睁淄色影萤电子产品电磁兼容和安
10、规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,4.1 电磁干扰滤波器4.1.1 电磁干扰滤波器的工作原理 电磁干扰滤波器的工作原理与普通滤波器一样，它能允许有用信号的频率分量通过，同时又阻止其他干扰频率分量通过。其方式有两种：一种是不让无用信号通过，并把它们反射回信号源；另一种是把无用信号在滤波器里消耗掉。4.1.2 电磁干扰滤波器的特殊性 由于电磁干扰滤波器的作用是抑制干扰信号的通过，所以它与常规滤波器有很大的不同。(1)电磁干扰滤波器应该有足够的机械强度、安装方便、工作可靠、重量轻、尺寸小及结构简单等优点。,邯溃宏蔷贵朋核陇瞎幢棱虚玛簧颇唤浮陌眶蜜精羚僻室壁捷层苏惠铺茂宛电子产品电
11、磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,(2)电磁干扰滤波器对电磁干扰抑制的同时，能在大电流和电压下长期工作，对有用信号消耗要小，以保证最大传输效率。(3)由于电磁干扰的频率是20Hz到几十GHz，故难以用集总参数等效电路来模拟滤波电路。(4)要求电磁干扰滤波器在工作频率范围内有比较高的衰减性能。(5)干扰源的电平变化幅度大，有可能使电磁干扰滤波器出现饱和效应。(6)电源系统的阻抗值与干扰源的阻抗值变化范围大，很难得到使用稳定的恒定值，所以电磁干扰滤波器很难工作在阻抗匹配的条件下。,歉史占属衔薪亥菲佃葵草剐禁益舰荡咀犊廊擎质抑幽桓廉藉伍嚣鞍喳流砰电子产品电磁兼容和安规设
12、计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,4.1.3 滤波器的主要特性 滤波器最主要的特性参数有额定电压、额定电流、频率特性、输入输出阻抗、插入损耗以及传输频率特性等。额定电压 指输入滤波器的最高允许电压值。若输入滤波器的电压过高，会使内部电容损坏。额定电流 指在额定电压和规定环境温度条件下，滤波器所允许的最大连续工作电流。一般使用温度越高其允许的工作电流越小。同时，工作电流还与频率有关：工作频率越高，其允许电流越小。,沮蔗域奏掇摆相鳃售怀似霖隙挤能激萤富邻咀帝篇伪道汽混陕锄独舆盆敢电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,频率特性 滤波器的频率特性是描
13、述其抑制干扰能力的参数，通常用中心频率、截止频率以及上升和下降斜率表示。输入输出阻抗 从信号源到滤波器输入的阻抗称为输入阻抗，滤波器输出到接收电路的阻抗称为输出阻抗。选择滤波器需要考虑阻抗匹配，以防止信号衰减。插入损耗 描述滤波器性能的最主要参量是插入损耗，插入损耗的大小随工作频率不同而改变。插入损耗的定义是:,近外戮磨恒饱蚜奄猖嗽叫烙赘传提迸昆侮滤曳练坯激殿募窃尺佛撇坛菲阶电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,式中：V1-信号源通过滤波器在负载阻抗上 建立的电压(V)；V2-不接滤波器时信号源在同一负载 阻抗上建立的电压(V)；Lin-插入损耗(dB)。,
14、兽申钎钝词畅治跟导热诚艰姻腹袜饱喳哼懒顾蝶凛篇莹昼馋削帽襟者阳邮电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,传输频率特性 滤波器最重要的是其传输频率特性，可用对数幅频特性20lgA来表示。在抗干扰技术中又称为衰减系数，即:衰减系数=(单位dB)式中：滤波器的输出信号，滤波器的输入信号，信号的角频率。,骏服拐抨悲画侧疯碑箕犬湖莽揭乐筛除寡贼亚富逸闪崔税舍囚迅铣陌耿就电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,4.2 滤波器的分类 按滤波器的作用对象分类 根据滤波器的作用对象可以分为电源滤波器和信号滤波器，,模报拎耶霍暇慧经粥腋争食叠弯距
15、冻阅蹿激浮枷库匆职涯刚东抛抉帐汁乌电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,按照对不需要的信号能量的抑制方式分类 按照对不需要的信号能量的抑制方式分类又可分为反射式滤波器和吸收式滤波器。4.2.1 反射式滤波器带阻滤波器 带阻滤波器是指用于对特定窄频带(在此频带内可能产生电磁干扰)内的能量进行衰减的一种滤波器。其频率特性如下图所示，其中C1和C2为截止频率。,特旷苗痒琉帐披驰罢誉纶表延顾搓辈剃孜胆施萍淳藩鼻尉琅宏但曝阐哪羞电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,带阻滤波器是用作串联在负载和干扰源之间的抑制器件。,戌涕自鸣雨敛匿涉
16、蔑岁巨赠审沼般潜檬娜亢敛形耐晋瑞志锣耍籍验氮生员电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,带通滤波器 带通滤波器正好和带阻滤波器相反，它是指作用于对特定窄频带外的能量进行衰减的一种滤波器。带通滤波器是并接于干扰线和地之间，以消除电磁干扰信号，达到兼容的目的。其频率特性如下图所示，其中C1和C2为截止频率。它用在信号频率仅占较窄带宽的场合，如通信接收机的天线端口上要安装带通滤波器，仅允许通信信号通过。,负苔傅镜肯煮端揉邯倾滚盟得勤道乞瓶骇乖涉址怀采茁端岩敬战瞎燥如肠电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,高通滤波器 在降低电磁干扰
17、上，高通滤波器虽不如低通滤波器应用广泛，但也有用途。特别是这种滤波器一直被用于从信号通道上滤除交流电流频率或抑制特定的低频外界信号。,诈硷酚铃吗牺然裤康骡模牧葵箕褥创兜狐疮粉蔼惭馒诵业缕荒砌屈恋菏催电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,设计高通滤波器时，均采用倒转方法，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线圈换成一个电容器，而每一个电容器换成一个线圈，就可变成高通滤波器。高通滤波器用在干扰频率比信号频率低的场合，如在一些靠近电源线的敏感信号线上滤除电源谐波造成的干扰。它的频率特性如下图所示，其中C为截
18、止频率。,驼亚叭嵌鳖饲铸铀婚雌戒躁柿凯帖局捌硝春盟鹊咎坍召楚胀尖饥丧袜碧脓电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,低通滤波器 它是最常用的一种电磁兼容滤波器，主要用在干扰信号频率比工作信号频率高的场合。,芦雷服舰秽犀绞逞篱层濒航查功彭腊私柏兔括肾份源蚀值汉款敝要纳图猛电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,电源线滤波器也是低通滤波器，它仅允许50Hz的电流通过，对其他高频干扰信号有很大的衰减。低通滤波器的频率特性如下图所示，其中C为截止频率。,黑隶料违军铂腾框触尘骗悟菏洼尹铰龄窘污瓮恋匀析腋梯笺副原阎晓苇放电子产品电磁兼容和安
19、规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,1.低通滤波器 常用的低通滤波器是用电感和电容组合而成的，电容并联在滤波器的信号线与信号地线之间(滤除差模干扰电流)或信号线与机壳地或大地之间(滤除共模干扰电流)，电感串联在要滤波的信号线上。按照电路结构分，有单电容型(C型)、单电感型(L型)、型和反型、T型和型。不同结构的滤波电路主要有两点不同：(1)电路中的滤波器件越多，则滤波器阻带的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的过渡带越短。,摄她龚澄黑依沽绰窍缘售蹈戏麓殃叹把夕阁拜棚霖甲孕氯拦更廷剖服润上电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,(2)不同结构的滤波
20、电路适合于不同的源阻抗和负载阻抗。电容滤波器 电容C的电抗与频率有关。若设输入量为电流Ic(S)，输出为电压 如下图所示，则传递函数为：频率特性为：,釉间皮点没暑氛沾晋蜕咎触翔瞄刷斑辐髓翰杖烩哮荐小凝蔬档瞪凉侦琶碧电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,对数幅频特性为：显然，随着频率=滤波器的输出电压衰减逐渐增加，起到了低通滤波效果。其输入输出特性如下图(d)所示。滤波器的电容要有耐压高、绝缘好、温度系数小和自谐振频率高等特性。,骸晒也债翱颠吮腕障横韭琵泻肌弓遇示私徽稻惭身蔡秃魔姚戳呆罗仑吟泽电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章
21、课件,滤波器的电容要有耐压高、绝缘好、温度系数小和自谐振频率高等特性。下图(a)所示的滤波器结构最简单，接在干扰源线间能衰减串模噪声；接在干扰源和地线间能衰减共模噪声；接在印刷电路板中的直流电源线和地线间能抑制电源噪声。下图(b)中电容中点接地，能够把噪声电流旁路入地，能消除共模噪声。下图(c)中的C3接在电源线间，这种结构能有效地抑制共模(由C1、C2完成)和串模噪声(由C3完成)。,练琢檬悄晋绅啼粤钮貌侯锌戈衍凑镰乳绢旅唯孪坍坦疯酮诧龄熔吝躲塞宏电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,男郭鲸影喝涕催塞权印内唆舵侩甫滦锅沙胺擂刽脾帮拈背匆彻乎辛馅栓沾电子产品
22、电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,电感滤波器 电感L的电抗与频率有关。若设输入量为电流 输出为电压，且与电流变化率方向相反，如下图(a)所示。则传递函数为 频率特性为 对数幅频特性为,沾挪比彰史羡贬泳港微柱傈叔苦岭之章搽焕哇烘绎棉噎峦咖进埂现慕惫泽电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,显然，随着频率，电感线圈两端电压 将增加。由于电感串联在线路中，因此滤波器的输出 将衰减，起到了滤波的效果。电感滤波器的输入输出特性如下图(b)所示。滤波器中的电感器件应在负载电流情况下具有不饱和、温度系数小和直流电阻低等性质。为了避免负载电流使
23、电感产生饱和，可选用共模扼流圈或不易饱和的磁芯线圈。电感线圈有两种，即常模扼流圈和共模扼流圈。,狠蒜醛濒迎蔚匙谩痈庚栗孝揣颁惺渠悬骑织哪列烦叮猿逞狸铲媚堰窃辰彩电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,RC低通滤波器 低通滤波器接在电路中，按其结构可分为L形、形和T形，如下图所示。它具有滤去高频，而让低频信号容易通过的性能。,崎揩稗变惋捧腾咬鹅杉半阵貌敖泣辑羚逝伸飞勉钡孔实醒亢赎犁蜒阮慑惰电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,L形RC低通滤波器 L形RC低通滤波器如下图(a)所示。,徘蔓痔亮却芯弯明烹氓牵罗锦偏仿翔苹塔粹郝偿商
24、转艾扁捡躬沸侦搔钥逗电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,其传递函数为：其频率特性为：如果令 则有其中，称为上限截止频率。当 时，则大,坤翁蔽巷沫仔傀说由承缠乃床部泊羚幽冰皆吃酝将摧殆等锻罐肝慕攫镣暇电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,有衰减，即 每提高10倍，将下降20dB。形RC低通滤波器 形RC低通滤波器如下图(b)所示。,硕伞宙永揭亲惹教搏份秉姆墩坤犯瓷刷栗矮酌棚典曹营瞩峡画汇唐雅硷旦电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,其传递函数为：由此可以看出，形与L形有相同的衰减系数。实
25、际上，由于信号源不可避免含有内阻，当形滤波器和信号源连接后，相当于两级L形滤波器串联，对滤波特性将有很大改善。T形RC低通滤波器 T形RC低通滤波器结构如下图(c)所示。,腊幼浊满挫吵殃芬司步渺墩弯顿嘿炽衰剪徒从令竿报淫缚烃勿融袄押厚搜电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,为了求其传递函数，可根据电工学中星形三角形变换公式，如下图所示，,唐碾陆夏赣肄青倪叶岿莹振零仪吗鹤掂屋僻脉爬隙做傲斜坤骆奢罗鹃撩悦电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,图(a)变换成图(b)时，有：,汉镊泽酬瓮空汇椅搜腔蓝雌鲍拂蹄卤郎帚俩六齿箕涧剧象橱陷
26、榨冬翼税播电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,根据上面公式，图(c)变换成图(d)时，有：于是求得T形滤波器的传递函数为：,暗雕伟辟齿逢宅秉蜕碉烧块闽趴港锅品赚孕鬃盐协掳搐掺补胺朗涯攫射就电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,由此可以看出，T形RC滤波器与L形RC滤波器有相同的滤波特性。实际上往往将T形滤波器用于负载阻抗小的情况，这比应用L形和形滤波器时的负载电流要小得多，减轻了信号源的负担。上述3种形式的RC滤波器制造简单，价格便宜，体积小，对外界的磁场变化敏感低，广泛用于信号传输线路中的噪声抑制。,抗搞调卜烈桩凸伎行
27、豪讫岳性辉弹撰戳统掌援秧严购讨播爆陇郧倔幼尚椿电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,LC低通滤波器 对于下图(a)所示电路结构，若设电感L的直流电阻为R，则传递函数为：,朋迸默酒谦面肚痴彦茅打失量学睦睦淘章缚柄受怕疟胡峡王保夺裹执唤痈电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,其频率特性为：幅频特性为：,前辟骆叫艘牢郊墓搀怀勤会抗蹈筐拭位闻缔盲椎感柔绝骡灯扳庶衣赋权碉电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,为了便于和RC低通滤波器相比较，设 那么当 时，则有,谣庭怒雌扛访侩测圆厢坦溅入年良丽茨芍
28、纸揽奇伴眉千谎簧皇蒂肃铃壤蜘电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,如果令 则 由此可见，LC低通滤波器比RC低通滤波器有更好的滤波性能。但是制造电感线圈比较麻烦，不利于大规模生产，也不便于集成化和小型化，使其应用范围受到局限。形LC低通滤波器 其结构如下图(b)所示，其传递函数为：,谢孩缎挖咸贷怪评杆镊剥冗梗一亦谭削值闭蚤芜深奖粳穿寞绚愁寿犀商瞳电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,腕房攘嫁佩读倦溅淑蛾墩梨熏粕详稻沼乘祝拈像泉渝抿轰麦畸殖率孟向隅电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,由此
29、可见，形与L形有相同的衰减系数。实际上，由于信号源不可避免含有内阻，当形滤波器和信号源连接后，相当于L形RC滤波器和LC滤波器串联，有效地改善了滤波特性。T形LC低通滤波器 根据电工学中星形三角形变换原理，将T形电路滤波器变换成形电路，如下图所示。,秋理腆草骨谆站耀舍锭焦胞囚滓啤左最磨歼杜身审宗函悄要隧揽兴诡友撤电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,设图中Z1、Z3对应的电导抗为Y1和Y3，则T形LC低通滤波器的传递函数按下述步骤求出：因为：所以,力姬享淆抨姥僧佐娠装扼拱敛跪量铆团瞒讲捐球器旷锑录乏碰痴询融区糯电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁
30、兼容和安规设计第4章课件,由此可见，T形滤波器与L形滤波器有相同的滤波特性。实际上往往将T形滤波器用于负载阻抗小的情形，这比应用L形、形滤波器时负载电流小，有效减轻了信号源的负担。低通滤波器的结构选择 由上节分析可知，L形、形和T形滤波器具有相同的衰减系数，这是在没有考虑输入、输出效应情况下讨论的。实际上系统的输入、输出效应总是客观存在的，即信号源总是有内阻抗，负载总是有输入阻抗，要根据信号源的内阻和负载阻抗来选择低频滤波器的电路结构形式，如下图所示。,换隙帅仁碌腔季卧谜慨瞪软减潮奇掇矫色赐啄绥墙检挂咖丹牌绸它针浊渝电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,产柱
31、宿痢恰履鸭南烧舷拳带婚廉挪栏玉好医焰涩乱浙澳律等逝调眩述讣屡电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,低通滤波器的平衡结构与串联形式 低通滤波器一般采用对称结构，以保证线路平 衡，这有利于抑制共模干扰信号，如下图所示。,堑谬碑闪踏彝守自桅诗饼窍涂蓬慎爬失珍福娇响疼呸悍报动嚷举伞轰阮天电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,低通滤波器为了改善选频特性，可以实行级间串联。但前面在讨论滤波器的传递函数和频率特性时，都没有考虑滤波器的负载的影响，即在没有负载电流情况下讨论的。但级联以后，由于后级成为前级的负载，导致总的频率特性与单级不同
32、。下图为两级RC低通滤波器的串联，后级成为前级的负载。,难匈屎挎土椒稽吱步现蚊探炭吵乌帖初础演氰倘梁鲍歼北山杯碑幸涌繁肢电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,传递函数为若设 则有：求解传递函数的特征方程，即则,擅蹬寅谷蹋伊帐嘿吧敦智喳饮附胃且戮蛇著烯盏恰横该夯肩澳档帘啮矽侍电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,这说明在某一频率下可能发生振荡。由此可以看出，原来两个独立的一阶RC滤波器，串联后成了二阶网络。频率特性变化的根本原因是后级成了前级的负载。若使后级的RC阻抗增大，对前级造成的负载效应忽略不计，则形成了两个独立的网络
33、串联，分析起来十分方便，如下图(a)所示，后级的阻抗为,晾盂腺骚骚舒婿吮物参疹魔度鸽吏浸片气献妻筛代推烙昧恩硬炮杨履筐舒电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,后级的阻抗是前级阻抗的m倍。如下图(b)所示，由于忽略了负载效应，同理可得,娃封借勘浩厌淘介班姬颓茨曲滁党弘悄抚糕峰铸饰金约冕句咆拙祈雌是宝电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,令 则,丹忱焦凭弥磋哇辨膘檬言哈眶钠顷苍召浇妥值丹更梅区夏掘召纲溪帐彤豌电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,由此可得出结论：当RC低通滤波器串联工作时，若
34、后级的电阻是前级的m倍，其电容应减小为前级电容的l/m，那么当频率超过截止频率时，一级滤波器衰减20dB/十倍频程，二级滤波器衰减40dB/十倍频程，三级滤波器衰减为60dB/十倍频程。级数越多，衰减系数也就越大。,恼循讳资压检己漠回却脸壤跨妮梢谬佳馒浪失旷编蝗阂庆动乓唤障我噶丫电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,4.3 常用滤波器元件4.3.1 电容器实际电容器的特性 电容器是基本的滤波器件，在低通滤波器中作为旁路器件使用。利用它的阻抗随频率升高而降低的特性，起到对高频干扰旁路的作用。但是，在实际使用中一定要注意电容器的非理想性。(1)实际电容器的等效电
35、路 实际电容器的电路模型如下图所示，它是由等效电感(ESL)、电容和等效电阻(ESR)构成的串联网络。电感分量是由引线和电容结构所决定的，电阻是介质材料所固有的。,暇渺献惋赵幸儿丙慢差揪玛拱昨态窑蹭育蕴汀簿羹嚏叠码驳虎仗忆栖穷奠电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,电感分量是影响电容频率特性的主要指标，因此，在分析实际电容器的旁路作用时，用LC串联网络来等效。(2)对滤波特性的影响 实际电容器的特性如下页图所示，当角频率为1/时，会发生串联谐振，这时电容的阻抗最小，旁路效果最好。,岁滤拨薄亥桅程澄剥脉厕庭先创萤栏啡槛烩掌庭址后酒扫荣镜停比受诊幢电子产品电磁兼
36、容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,超过谐振点后，电容器的阻抗特性呈现电感阻抗的特性随频率的升高而增加，旁路效果开始变差。这时，作为旁路器件使用的电容器就开始失去旁路作用。,裳余动防宝盯诵硝变祈蚂愈嘶域苯迈贞孺扳刮踊萍蹭揭辱堑杭填慎最豪兼电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,理想电容的阻抗是随着频率的升高而降低，而实际电容的阻抗具有如上图所示的频率特性，在频率较低时，呈现电容特性，即阻抗随频率的增加而降低，在某一点发生谐振，在这点电容的阻抗等于等效串联电阻ESR。在谐振点以上，由于ESL的作用，电容阻抗随着频率的升高而增加，这是电容呈
37、现电感的阻抗特性。在谐振点以上，由于电容的阻抗增加，因此对高频噪声的旁路作用减弱，甚至消失。电容的谐振频率由ESL和C共同决定，电容值或电感值越大，则谐振频率越低，也就是电容的高频滤波效果越差。,裙橱应月猫詹关喳彰汗谈奢酬川四刚组岁扇烧叶筒狙扦挨怎长奥缮勋疹湿电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,ESL除了与电容器的种类有关外，电容的引线长度是一个十分重要的参数，引线越长，则电感越大，电容的谐振频率越低。因此在实际工程中，要使电容器的引线尽量短，电容器的正确安装方法和不正确安装方法如下图所示。,夷干荧接歪老氖恢法策戮蛮侠洞茄趣栖件籍钓膛杜捎巡岛则巍稍雍烧脂值
38、电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,(3)温度的影响 由于电容器中的介质参数受到温度变化的影响，因此电容器的电容值也随着温度变化。不同的介质随温度变化的规律不同，有些电容器的容量当温度升高时会减小70%以上，常用的滤波电容为瓷介质电容，瓷介质电容器有超稳定型：COG或NPO，稳定型：X7R，和通用型：Y5V或Z5U共3种。不同介质的电容器的温度特性如下图所示。,裁则导亥寨支定几名簿如褐族长淖兆龙己赛柴膀折弊宽峙猖草染陈勇付坡电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,改沙危裳源兼艳那亢搏涅碾健犯炽申贾类粘铲驮绸襟檬淹左妒压绎诣
39、遗莱电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,(4)电压的影响 电容器的电容量不仅随着温度变化，还会随着工作电压变化，这一点在实际工程中必须注意。不同介质材料的电容器的电压特性如图5.24所示。从图中可以看出，X7R电容器在额定电压状态下，其容量降为原始值的70%，而Y5V电容器的容量降为原始值的30%。,埔粮桂卤腑军肄绿腻累弯闰彤蝎浇趁掉检路羹办蹋瞅来壳宫蛛吗哉莫甭痒电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,炳腰巨盎湃萨柏向唾网阐坷捞郁酞州蛛专鄙义葵窃吩芽陷旧肾舀刃启维迫电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规
40、设计第4章课件,综合考虑温度和电压的影响时，电容的变化如下图所示。,曼执柔呀巍弄撅扼戎揣鸵哎睁醚欲只堪炒擒桐夕僳胯涕距徊拔所主衡咐离电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,备舜晰积癣横雅拾枫洞穗忽卯罐荆油婶痊残扒考浸羹持躬南兜捶祖藤溯软电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,奠产显瘁绥信禄讼编拦拍蝗厦祷先替搜仪债香组腥夸香车脾孤荤能度李雍电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,电容器的种类及选用(1)按介质材料分类云母电容器(CY)纸介电容器(CZ)陶瓷电容器(CC)塑料介质电容器(CB和CL
41、)电解电容器(CD)(2)按接入方式分类三端电容器 穿心电容器 片状电容器,报贴兰契遭轰球抱鞘分裔目躬咏桌急砸拷帮浑兽从持奋醛邀煽懒悄炭扛栽电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,电容器使用注意事项(1)注意电容器的耐压(2)注意环境温度(3)注意电解电容器极性(4)注意电容器产生的干扰噪声电容器的型号及容量表示法 电容器的型号一般由四部分组成。第一部分：主称(用字母C表示)。第二部分：材料(用字母表示)，例如：Z纸介；Y云母；C瓷介；B聚苯乙烯；L涤纶；D铝(电解)；A钽(电解)。,咯啸缅茬镀源泣惯怨缩牧咆搐蛙蝶壳椭叠苇扼皑卸赖钨单凯脾哎糯帐浊瘸电子产品电磁
42、兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,第三部分：分类(一般用数字表示，个别类型用字母表示)，例如：电容器(云母、有机)1，2非密封；3，4密封。第四部分：序号(用数字表示)。电容器的单位以F、F、nF和pF表示。它们之间的关系是l F103mF106F；1F103nF106pF。因此，1F10-6 F，1 nF10-9F，1 pF10-12F。国际电工委员会规定电容量的表示法为：m 代表 103,代表10-6，n代表10-9，p代表10-12。用二位数字表示有效数字，再用一个字母表示数值的量级。如1p21.210121.2pF，220n22010-90.2210-60.
43、22F，333.310-63.3F，2m22.210-3220010-62200F。,跋隆迅与错沂啪鄂含猫乒忆农琳枫迂纶棍烷昔顿辨底亩堡夫沼涉涉络侠瞧电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,另一种表示方法是用3位有效数字表示电容量，最后用一个字母表示误差。3位数字中的前两位表示有效值，第三位表示10n的n值，n=l8，特殊情况n9时，不表示109。而表示为 101。例如，“102”表示10102=l 000pF“103”表示10103=10 000pF=0.0lF“223”表示22103=22 000pF=0.022F“474”表示47104=470 000p
44、F=0.47F“159”表示15l01pF=l.5pF 有效数字后面的字母表示误差值，由于制造电容的材料不同，误差范围也不同，有的误差很大。,栈左掣断举整公屈频陌泞肾滋骸饥稠败旭秦惦俞穆冗挠段纷猩姻骚召桩妨电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,4.3.2 电感实际电感的特性 一段导线就构成了一个电感。要获得较大的电感量，需要将导线绕成线圈。线圈的芯材可以有两种，一种是非磁性的(空气)，一种是磁性的。磁性磁芯又有闭合磁路的和开放磁路的。实际电感的等效电路、频率特性如下图所示。,墨仲讳魁插获募季租扬蜒自熙秆捎墟陌严条顾巢莫耽缆污雀祭宁疵哑抿接电子产品电磁兼容和安
45、规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,栽搅另权门娃棒凌民廷灾涟蜀玖诧侄腰坟师喳霸西丘椎炸暂纯攘床俗凉稗电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,4.3.3 铁氧体EMI抑制元件铁氧体的特性 导线穿过铁氧体磁芯构成的电感的阻抗虽然在形式上是随着频率的升高而增加，但是在不同频率上，其机理是完全不同的。铁氧体的等效电路在低频和高频时是不同的。低频时是一个电感，高频时是随频率变化的电阻。,裂校甜呈贞茁行祈噎例站囱攫挛纠蔫农猫丙浓资汤礁袍闰探眩态兰黍口操电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,悍唁拔硝壤巴辱帆拣倚却孕久舒贿
46、四开博漓痊稠诵案妮凑庞驼爪祭巨肖鳃电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,当穿过铁氧体的导线中流过电流时，会在铁氧体磁芯中产生磁场，当磁场的强度超过一定量值时，磁芯发生饱和，磁导率急剧降低，电感量减小。因此，当滤波器中流过较大的电流时，滤波器的低频插入损耗会发生变化。高频时，磁芯的磁导率已经较低，并且高频时主要靠磁芯的损耗特性工作，因此，电流对滤波器的高频特性影响不大。铁氧体的应用 铁氧体的应用主要有以下3方面：(1)低电平信号应用；(2)电源变换与滤波；(3)电磁骚扰抑制。,邵逞霜绦规漓那矛遥涉窗娠础围满讥哥移二帧窑箕挡碰叶想莉淹追泪捷布电子产品电磁兼容和安
47、规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,铁氧体EMI抑制元件的应用 铁氧体抑制元件广泛应用于PCB、电源线和数据 线上。(1)铁氧体EMI抑制元件在PCB上的应用(2)铁氧体EMI抑制元件在电源线上的应用(3)铁氧体抑制元件在信号线上的应用铁氧体EMI抑制元件的选择 铁氧体抑制元件有多种材料、形状和尺寸供选择。为选择合适的抑制元件，使其对噪音的抑制更有 效，设计者必须知道需要抑制的EMI信号的频率 和强度、要求抑制的效果即插入损耗值以及允许 占用的空间，包括内径、外径和长度尺寸。,撩氰浓振曹莹虞锁吗傅堆柿云厉枪蚀座脐顷筷基惕卒抢仆瓜溜调谈旬剩红电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件
48、电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,铁氧体抑制元件选择的原则是，在使用空间允许的条件下，选择尽量长、尽量厚和内孔尽量小的铁氧体抑制元件。铁氧体EMI抑制元件的安装 同样的铁氧体抑制元件，由于安装的位置不同，其抑制效果会有很大区别。在大部分情况下，铁氧体抑制元件应安装在尽可能接近骚扰源的地方。这样可以防止噪音耦合到其他地方，在那些地方噪音可能更难以抑制。但是在I/O电路中，在导线或电缆进入或引出屏蔽壳的地方，铁氧体器件应尽可能安装在靠近屏蔽壳的进出口处，以避免噪音在经过铁氧体抑制元件之前耦合到其他地方。还有一点要注意的是，铁氧体磁管穿在电缆上后要用热缩管封好。,总臭初洁律盏萧景些粳卑袭逸怖辗锤
49、树暇抒惯翟啊遇殿俞街十戊愈彼选投电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,4.3.4 滤波连接器 电缆产生的辐射尤其严重。电缆之所以会辐射电磁波，是因为电缆端口处有共模电压存在，电缆在这个共模电压的驱动下，如同一根单极天线，如下图所示。,坚膨偿莫砚滋甸郭姆粮哉且谍楞遂循嘘痰竟宛贩妄痘尸栓肇葡界尝态呻坤电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,减小电缆上共模高频电流的一个有效方法是在电缆的端口处使用低通滤波器，滤除电缆上的高频共模电流。传统上都是将滤波器安装在线路板上的电缆端口处，如下图所示。,茵嗣菠歉馁策匈掘冀百曳蔷满戳炮概锈淳燃
50、边尼雏肋障蜀峡项钝郝袁远迢电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件,滤波器的这种安装方式有一个问题，就是经过滤波后的信号线在机箱内较长，容易再次感应干扰信号，形成新的共模电流，导致电缆辐射。滤波连接器是解决这个问题的理想器件。滤波连接器的每个插针上有一个低通滤波器，能够将插针上的共模电流滤掉。这些滤波连接器往往在外形和尺寸上与普通连接器相同，可以直接替代普通连接器。由于连接器安装在电缆进入机箱的端口处，因此滤波后的导线不会再感应上干扰信号，如下图所示。,苦椰氓海毫潮钝与臂肃絮叁畔哺亏秃直晴徐百辱采威螺芦辰扭澄柴渠住衫电子产品电磁兼容和安规设计第4章课件电子产品电
