Рекомендации по выбору структуры фильтра

Пассивные помехоподавляющие

И защитные устройства

 

При обеспечении электромагнитной совместимости во многих случаях необходимо ослабить эмиссию помех, обусловленную гальваническими связями с источниками, или проникновение таких помех через чувствительный элемент; предотвратить возникновение перенапряжений в потенциальных источниках помех и ограничить опасные для изоляции перенапряжения или для функционирования систем напряжения помех; ослабить излучаемые источником электромагнитные поля и предотвратить проникновение этих полей через чувствительные элементы. Для этого используются пассивные помехоподавляющие устройства в виде фильтров, ограничителей напряжения, разрядников, стабилитронов, трансформаторов, электромагнитных экранов и других устройств. В зависимости от решаемой задачи они могут быть установлены как непосредственно перед приемником для подавления входящих помех (рис.2.26, б), например помехозащитный фильтр, так и у источника помех для уменьшения излучения (рис. 2.26, в), например помехоподавляющий фильтр. Так как часто нельзя отличить, служат ли защитные устройства для подавления помех или для защиты от них, то в дальнейшем будем говорить только о помехоподавляющих устройствах. В конкретных случаях можно интерпретировать их применение как в источниках помех, так и в помехозащитных устройствах. Защитное действие таких устройств существенно зависит от соотношения волновых сопротивлений до фильтра Z и после него Z_r.

 

Фильтры

 

Помехоподавляющие фильтры представляют собой элементы для обеспечения затухания поступающей по проводам помехи. Целесообразное их применение предполагает, что спектральные составляющие полезного сигнала и помехи достаточно отличаются друг от друга. Это позволяет при соответствующих параметрах фильтра обеспечить селективное демпфирование помехи при отсутствии заметного искажения полезного сигнала. Пассивные фильтрующие элементы фильтра совместно с сопротивлениями источников и приемников образуют частотно-зависимый делитель напряжения. Поясним это на простейшем примере.

  Если в низкочастотный контур полезного сигнала (полезные величины ,   на рис. 2. 27, а) поступает высокочастотное напряжение помехи , то на полном сопротивлении приемника  появляется составляющая напряжения помехи

                             (2.26)

Введение зависящего от частоты продольного полного сопротивления

 ( рис. 2.27, б), например в форме ωL, представляющего для низкочастотного тока   очень малое, а для высокочастотного тока  – очень большое сопротивление, обеспечивает ослабление помехи, и составляющая напряжения помехи снижается до

                 (2.27)

Достигаемый эффект затухания можно характеризовать коэффициентом затухания – отношением падений напряжений на  при отсутствии   и при егоналичии

                        (2.28)

Коэффициент затухания приводится, как правило, в виде логарифма отношения напряжений и выражается в децибелах:

.                    (2.29)

     Как видно из (2.28), эффект затухания зависит не только от , но и от полных сопротивлений источника и приемника .

Коэффициент затухания фильтра имеет, как правило, положительное значение. Отрицательные значения коэффициента затухания получаются при превышениях напряжения на выходе фильтра из-за резонансных эффектов (отрицательный коэффициент затухания соответствует усилению помех).

Пассивные фильтрующие компоненты совместно с полными сопротивлениями источников и приемников образуют делитель напряжения, частотно-зависимый коэффициент деления которого, выражаемый как логарифм отношения входного и выходного сигнала, дает значение коэффициента затухания фильтра. Если малое внутреннее сопротивление источника помех на высоких частотах не позволяет получить заметного деления напряжения, то коэффициент деления можно увеличить путем последовательного включения катушек индуктивности. В соответствии с этим основными компонентами фильтров для рабочего тока являются последовательно включенные полные сопротивления, а для напряжений – параллельно соединенные с преобладанием реактивных составляющих (рис. 2.28).

 

Учитывая, что коэффициент затухания фильтра в полосе частот полезного сигнала пренебрежимо мал, получаем для трех случаев, показанных на рис. 2.28, следующие выражения отношений напряжения помехи у источника к напряжению помехи на приемнике:

 ;      (2.30)

 ;              (2.31)

. (2.32)

Коэффициент затухания фильтра а _фзависит от частоты, поэтому его часто изображают графически как функцию а _ф = f (ω). В зависимости от значений полных сопротивлений источника и приемника, а также от полного сопротивления линии коэффициент затухания одного и того же фильтра может иметь различную зависимость от частоты. Так как изготовитель не может дать кривых затухания для любых комбинаций полных сопротивлений на входе и выходе фильтра, то в каталогах чаще всего указывается коэффициент вносимого затухания, который характеризуется часто встречающимися в согласованных системах стандартными значениями  и , например 50, 60, 150 или 600 Ом.

Коэффициент вносимого затухания фильтра в этом случае определяется как логарифм отношения напряжений помех на сопротивлении приемника при наличии фильтра и без него.

Коэффициент вносимого затухания является подходящим критерием для оценки действия фильтра в согласованных системах и позволяет сравнивать фильтры одинаковой конструкции различных изготовителей, но полностью не пригоден в качестве критерия оценки действия фильтров в системах с любыми полными сопротивлениями передатчиков и приемников, например сетевых фильтров. В таком случае пользователь вынужден определить действительное реальное затухание фильтра в каждом отдельном случае для заданных  и при помощи (2.30)…(2.32) либо более сложных уравнений четырехполюсников из теории фильтров с применением справочных данных о полных сопротивлениях или же экспериментально путем измерений.

     Если значения  и  известны приблизительно, выбор подходящей структуры фильтра может производиться с использованием данных табл. 2.3.

Таблица 2.3

Рекомендации по выбору структуры фильтра

Сопротивление источника	Схема фильтра	Сопротивление приемника
Мало		Мало
Велико		Велико
Мало		Мало
Велико		Велико
Мало, неизвестно		Мало, неизвестно
Велико, неизвестно		Велико, неизвестно