第4章-电磁干扰抑制的滤波技术090216ppt要点

第4章抑制电磁干扰的滤波技术4.1滤波器的特性与分类4.2低通滤波器4.4高通滤波器4.5有源滤波器4.3电容、电感的高频特性4.7反射式和吸取式混合运用4.8电源滤波器4.6吸取型滤波器4.9滤波器的选用与安装滤波器作用：抑制传导干扰工作原理在确定的通频带内，滤波器的衰减很小，能量简洁地通过。在此通频带之外则衰减很大，抑制了能量的传输。

滤波器作用：抑制传导干扰信号滤波器电源滤波器满足电源线干扰放射和抗扰度要求满足抗扰度及设备辐射放射要求(1)

插入损耗（IL）4.1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，牢靠性等。(2)频率特性插入损耗随频率的变更——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、最低运用频率、最高运用频率等。衰减f低通衰减f高通衰减f带通衰减带阻f2.分类反射式吸收式按原理：信号选择滤波器EMI滤波器按用途：有源无源（LC）按工作条件：(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运用电流按频率3.EMI滤波器的特点①工作在阻抗失配的条件下；（干扰源的频率阻抗特性变更范围很宽）②可能出现饱和效应；（干扰源的电平变更幅度大）③高频特性特殊困难；（干扰源的频带范围很宽）④应具有较高的牢靠性；（干扰源工作频率范围宽，具有较大的脉冲电流、电压）4.2低通滤波器

电磁干扰滤波器主要是低通滤波器，用在干扰信号频率比上作信号频率高的场合：数字脉冲电路是一种主要的电磁干扰源，脉冲信号有丰富的高次谐波，是很强的干扰源。高频电磁波更简洁被接收，对设备造成电磁干扰的电磁场的频率较高，在电路中产生的噪声电压、电流也是高频的。当导线上有传导电流时，电流的频率越高，越简洁产生辐射。导线或电缆之间由于存在杂散电容和互感，会产生相互的串扰，频率越高．串扰越严峻。1.常见形式并联电容型；串联电感型；Γ型；反Γ型；T型；Π型等RCUR~UR~RLU~CRLRCU~RL等RCRL等U~RL等CRLU~RC无源滤波器的端口网络特性其中端口网络：ZL滤波网络Ug~ZgU1I1I2U22.插入损耗终端开路电压反射系数输入阻抗：终端短路耦合阻抗终端开路耦合导纳终端短路电流反射系数ZL滤波网络Ug~ZgU1I1I2U2无滤波器网络时故插入损耗无源滤波器的插入损耗

C型：RUg~RU1I1I2U2C

L型：RUg~RU1I1I2U2L等

Γ型：CRUg~RU1I1I2U2L等反Γ型：IL同Γ型。RUg~RU1I1I2U2CL等插入损耗：Γ型：L型：T型：C型：Π型：3.

低通滤波器的设计3dB截止点：RUg~RCR=1ΩC=2F3dB截止点通带阻带010203040IL(dB)0.1110100(1)

低通原型滤波器其中截止角频率：对应于3dB截止点的角频率原型滤波器：RUg~RL等R=1ΩL=2HL型原型滤波器Γ型：①带宽换算————换算后——换算前（2）由原型滤波器设计实际滤波器

带宽换算阻抗换算宽带与阻抗综合换算1ΩUg~1ΩCaUg~等1Ω1ΩLaC型：——换算前L型：——换算后令②阻抗换算令L型：RaUg~CaRaUg~等LaRaRaC型：③宽带与阻抗综合换算RaUg~CaRaUg~等LaRaRaL型：C型：例：设计阻抗为50Ω，截止频率fc

=1MHz的低通滤波器。L型：C型：50Ug~C=6400pF50Ug~等L=16μH50504.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，而不变更滤波器的截止频率。1阶2阶3阶4阶例：二阶原型滤波器：U~C1ΩL1ΩCU~1ΩL1Ω三阶原型滤波器：Π型:T型：2F1Ω1H等U~1Ω1H等1F1Ω2HU~1Ω1F例：设天线的工作频率为2~30MHz，输入阻抗为72Ω，干扰频率为66～72MHz，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n≥5，取n＝5。换算：5级原型滤波器的参数为4.3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C低频模型RCL高频模型电容量谐振频率(MHz)1μF1.70.01μF12.63300pF19.31100pF33330pF60阻抗频率特性理想电容阻抗频率特性曲线实际电容巧用谐振点：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（旁边），提高滤波效果。对滤波特性的影响

提高谐振频率的方法：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，滤波效果开始变差。选用电感较小的种类。一个常见的错误：加大电容量来提高干扰抑制效果。克服电容非志向性的方法带宽干扰信号，以上。①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。RUg~R大电容小电容电容并联LC并联电感并联问题：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。并联电容不同值电容的谐振②三端电容三端电容：构成一个T形滤波器。问题：引线间电容耦合，另一引线的电感（300MHz以下）RUg~R三端电容普通电容③穿心电容（馈通电容）结构：穿心电容特点：接地电感小；输入输出无耦合。以穿心电容为基础的馈通滤波器广泛应用于RF滤波穿心电容的插入损耗谐振点：2.电感的频率特性绕在铁粉芯上的电感电感量(μH)谐振频率(MHz)3.4458.828685.71252.65001.2阻抗频率特性低频模型LRCL高频模型理想电感阻抗频率特性曲线实际电感电感寄生电容的来源磁芯为导体时，CTC为主要因素，磁芯为非导体时，CTT为主要因素。关键减小寄生电容单层绕制多层绕制方法：边绕边重叠分段绕制多电感串联克服电感线圈非志向性的方法4.4高通滤波器(1)网络结构——将低通滤波器网络中全部电容器与电感器互换RUg~CRUg~等LRRUg~CRR低通高通RUg~LR设计方法：对偶变换用于抑制信号通路上的交流电流分量或抑制某个特定的低频外来信号。(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值和L值Ug~1Ω1ΩLhUg~Ch1Ω1Ω例：设计一个高通滤波器，指标要求：解：即12.3ndB/倍频>70dB，则n＝6低通原型：高通原型元件值：换算出高通的最终元件值：Ug~600Ω600ΩLh1Ch2Lh3Ch4Lh5Ch6Ug~600Ω600ΩCh2Lh3Ch4Lh5Ch6Lh1高通滤波电路带通滤波器Ug~RRLp1Cs1Cp1Lp2Cs2Cp2Ls1Ls2Ug~RRLp1Cp1Cp2Lp2Cs1Ls1Cs2Ls2带阻滤波器4.5有源滤波器方法：接受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：①有源电感滤波器：用有源器件模拟电感元件的频率特性，形成干扰的高阻抗电路。L电压放大器②有源电容滤波器：用有源器件模拟电容元件的频率特性，形成干扰信号形成低阻抗电路。C③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。用于抑制电源线路干扰的对消滤波器4.6吸取型滤波器吸取型滤波器：由有耗元件构成，将信号中不须要的频率重量的能量消耗在滤波器中。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，令在铁氧体磁心中产生磁场。当磁场强度超过确定量值时，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。铁氧体的阻抗特性2.电缆滤波器特点：体积小，具有志向的高频衰减特性。芯线铁氧体绝缘层绝缘外套屏蔽层将铁氧体材料填充在电缆中制成电缆滤波器。3.滤波连接器将铁氧体干脆组装到电缆连接器内。外套4.铁氧体磁环4.7反射式和吸取式混合运用将反射式滤波器与吸取式滤波器串接起来，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。

测量极限fIL030-60低通滤波器的损耗特性

测量极限fIL030-60接入吸收线后的低通滤波器的损耗特性4.8电源滤波器作用：限制进入设备的传导干扰电平，又限制设备向电网放射传导干扰。

电源线中的干扰：共模干扰和差模干扰差模干扰电子设备相线地线中线共模干扰电子设备相线地线中线电子设备相线地线中线共模干扰滤波差模干扰滤波以下改善滤波器的高频特性4.9滤波器的选用与安装1.选用干扰频率、干扰量级、环境条件滤波器的选择额定电流：设备额定电流的1.2倍额定电压：略大于设备额定电压插入损耗:厂家所给出的值，一般是在50Ω/50Ω标准测