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1、第六章 滤波技术,主要内容,6.1 电磁干扰滤波器的特性和分类6.2 插入损耗的计算方法6.3 反射式滤波器6.4 电容、电感的高频特性6.5 有源滤波器6.6 吸收式滤波器6.7 反射-吸收组合式低通滤波器6.8 电源滤波器6.9 滤波器的选择和使用,滤波器作用：抑制传导干扰,工作原理 在一定的通频带内，滤波器的衰减很小，能量容易地通过。在此通频带之外则衰减很大，抑制了能量的传输。,(1)插入损耗（IL）,滤波器的特性与分类,衡量滤波器性能的主要指标。定义：,1.特性：,U1 未接入滤波器，信号源在负载上建立的电压；,U2 接入滤波器，信号源在负载上建立的电压。,IL与信号源频率、源阻抗、负
2、载阻抗等因素有关。,插入损耗，频率特性，阻抗特性，额定电流；外形尺寸，工作环境，可靠性等。,(2)频率特性,插入损耗随频率的变化频率特性,通带：信号无衰减通过滤波器的频率范围,阻带：受到很大衰减的频率范围,按频率划分：低通、高通、带通、带阻四种类型。,频率特性参数：中心频率、截止频率、最低使用频率、最高 使用频率等。,(2)频率特性,2.分类,(3)阻抗特性：,滤波器的输入阻抗、输出阻抗,(4)额定电压：,输入滤波器的最高允许电压值,(5)额定电流:,不降低滤波器插入损耗效能的最大使用电流,3.EMI滤波器的特点,工作在阻抗失配的条件下；（干扰源的频率阻抗特性变化范围很宽）,EMI滤波器必须有
3、足够高的耐压；（干扰源的电平变化幅度大）,难以实现宽频段范围滤波；（干扰源的频带范围佷宽）,无源滤波器的端口网络特性,其中,端口网络：,2.插入损耗,输入阻抗：,无滤波器网络时,故插入损耗,无源滤波器的插入损耗,故插入损耗,无源滤波器的插入损耗,当,6.3.1 低通滤波器,数字脉冲电路中的脉冲信号有丰富的高次谐波，是很强的干扰源,6.3 反射式滤波器,高频电磁波容易被吸收，在电路中产生的噪声电压和电流也是高频的,当导线上有传导电流时，电流的频率越高，越容易产生辐射,导线或电缆之间由于存在杂散电容和互感，会产生相互串扰，它与频率有关，频率越高，串扰越严重,6.3.1 低通滤波器,基本原理：电容的
4、阻抗随频率升高而减小，电感的阻抗随着频率升高而增加,1.常见形式,并联电容型；串联电感型；型；反型；T型；型等,6.3 反射式滤波器,1.并联电容低通滤波器,A参数为：,插入损耗为：,假定ZS=ZL=R，插入损耗变为,1.并联电容低通滤波器,插入损耗为：,3dB截止点：,其中,截止角频率：对应于3dB截 止点的角频率,原型滤波器：,2.串联电感型滤波器,插入损耗为：,A参数：,3.反形低通滤波器,插入损耗为：,A参数：,3.形低通滤波器,插入损耗为：,A参数：,4.形低通滤波器,插入损耗为：,4.T形低通滤波器,插入损耗为：,插入损耗：,型：,电感型：,T型：,电容型：,型：,2.低通滤波器的
5、设计,原型原型滤波器：是指截止角频率c=1rad/s，阻抗量级为1的滤波器,带宽换算,换算后,换算前,带宽换算,电容型：,换算前,电感型：,换算后,2.低通滤波器的设计,阻抗换算,令,电容型：,2.低通滤波器的设计,宽带与阻抗综合换算,例：设计阻抗为50，截止频率f c=1MHz 的低通滤波器。,电感型：,电容型：,4.多级滤波器,过渡带与滤波器阶数（L、C器件数）的关系：,对于n阶滤波器，过渡带的斜率按20ndB/10倍频或6ndB/倍频增加。,增加滤波器的阶数仅增加了过渡带的斜率，而不改变滤波器的截止频率。,滤波器的类型,频率变换,频率变换：低通到高通,频率变换：低通到带通,滤波器的类型,
6、滤波器的类型,例：二阶原型滤波器：,三阶原型滤波器：,型:,T型：,例：设天线的工作频率为230MHz，输入阻抗为72，干扰频率 为6672MHz，要求带外衰减30dB，设计低通滤波器。,解：最低截止频率30MHz，取32MHz。最低干扰频率fi 66MHz,则,要求：6ndB/倍频 30dB，则n5，取n5。,换算：,5级原型滤波器的参数为,高通滤波器,(1)网络结构 将低通滤波器网络中所有电容器与电感器互换,低通,高通,(3)将高通原型滤波器电路中各L、C 和 R 值按低通滤波器相同 的方式进行参数变换:,(2)将低通原型滤波器电路中各 L 值和 C 值取其倒数作为高通原型滤波器对应的C
7、值和 L 值,例：设计一个高通滤波器，指标要求：,解：,即12.3ndB/倍频 70dB，则n6,低通原型：,高通原型元件值：,换算出高通的最终元件值：,带通滤波器,带阻滤波器,6.4 电容、电感的高频特性,谐振点：,1.电容的频率特性,引线长1.6mm的陶瓷电容器,阻抗频率特性,通过调整电容量和引线长度，使谐振点恰好落在干扰频率上（附近），提高滤波效果。,对滤波特性的影响,谐振频率与引线长度有关，引线越长，谐振频率越低，高频的滤波效果越差，所以尽量缩短引线长度；,当角频率 时，会发生串联谐振，这时电容的阻抗最小，滤波效果最好，超过谐振点后，电容器的阻抗呈现电感阻抗特性 随频率的升高而增加，滤
8、波效果开始变差。,电容量越大，谐振频率越低，高频的滤波效果越差，但是低频的滤波效果增强；,克服电容非理想性的方法,宽带干扰信号，以上。,大小电容并联：大电容谐振点低，小电容谐振点高。大电容抑 制低频干扰，小电容抑制高频干扰。,问题：大小电容的谐振频率点间，大电容呈电感性，小电容呈电 容性。构成LC并联网络，在某个频率点上出现并联谐振。,三端电容,三端电容：构成 一个T形滤波器。,穿心电容,问题：引线间电容耦合，另一引线的电感（300MHz 以下）,结构：,特点：接地电感小；输入输出无耦合。,谐振点：,2.电感的频率特性,绕在铁粉芯上的电感,阻抗频率特性,关键减小寄生电容,克服电感线圈非理想性的
9、方法,单层绕制：增大每匝之间的距离，有效减小匝间电容,多层绕制方法：要向一个方向绕，边绕边重叠,分段绕制：每段的电容较小，总容 量比每段的寄生容量小,多电感串联：将一个大电感分解成 不同的电感串联,有源滤波器,方法：采用电路技术模拟电感和电容特性。,特点：功率大，体积小，重量轻,三种类型：,有源电感滤波器：用有源器件模拟电感元件的频率特性，对干扰信号形成高阻抗电路。,有源电容滤波器：用有源器件模拟电容元件的频率特性，对干扰信号形成低阻抗电路。,对消滤波器：产生干扰电流振幅相等、相位相反的反馈电 流，抵制干扰。,吸收型滤波器,吸收型滤波器：由有耗元件构成，将信号中不需要的频率分量的 能量消耗在滤
10、波器中。,1.铁氧体的阻抗特性,低频：呈现电感性阻抗。磁导率高，损耗小。,高频：阻抗呈现电阻性。随频率增加，磁导率下降，电感减 小，但损耗增加。高频信号通过铁氧体时，电磁能量以 热的形式耗散。,电流对铁氧体的影响 当穿过铁氧体中的导线中流过电流时，令在铁氧体磁感中产生磁场。当磁场强度超过一定量值时，磁感发生饱和，磁导率急剧下降，电感量减小。低频时，影响较大；高频时影响不大。,2.电缆滤波器 将铁氧体材料填充在电缆中制 成电缆滤波器。,特点：体积小，具有理想的高频衰减特性。,3.滤波连接器 将铁氧体直接组装到电缆连接器内。,4.铁氧体磁环,反射式和吸收式混合使用,将反射式滤波器与吸收式滤波器串接
11、起来，既有陡峭的频率特性，又有很高的阻带衰减，可以更好地抑制高频干扰。,电源滤波器,作用：限制进入设备的传导干扰电平，又限制设备向电网发射传导干扰。,电源线中的干扰：共模干扰和差模干扰,滤波器的选用与安装,1.选用,(1)电磁干扰滤波器在相应工作频率内，应能满足负载要求的衰减 特性.,(2)滤波器应满足负载电路工作频率和需抑制频率的要求.,(3)在所要求的频率上，滤波器的阻抗必须与它所连接的干扰源或 负载阻抗相匹配.,(4)滤波器必须具有一定的耐高压能力.,滤波器的选用与安装,1.选用,(6)滤波器应与特定的用途相适应.,(7)滤波器应具有足够的机械强度.,(5)滤波器允许通过的额定电流应与电路中运行的额定电流一致.,2.安装,位置:电源线滤波器应安装在离设备电源入口尽量靠近的 地方,引线尽可能短,输入端与输出端屏蔽隔离,良好的屏蔽接地,
