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滤波器的作用有哪些主要特性指标是什么《资讯》

发布时间:2020-08-17 11:45:03 阅读: 来源:根菜类厂家

2019-01-23 20:40:44来源:贤集网 赵媛

滤波器是一种对波进行过滤的器件,其实质上为一个选频电路,允许有用频率的信号顺利通过,而将没用频率的信号阻拦住不使其通过,从而达到对频率进行过滤的功能。滤波的过程即为从被噪声畸变和污染的信号中提取原始信号所携带的信息的过程。滤波的结果即是得到一个特定频率或消除一个特定频率。按照滤波器的三种频带在全频带中分布位置的不同,滤波器可分为以下四种基本类型:低通滤波器、带通滤波器、高通滤波器和带阻滤波器。在近代电信装备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛;在所有的电子部件中,使用最多,技术最复杂要算滤波器了。滤波器的优劣直接决定产品的优劣,所以,对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。对于滤波器的知识,大家是否想要了解更多呢?下面贤集网小编来为大家介绍滤波器的作用、主要特性指标、安装注意事项、选择需注意的10个问题。

滤波器的作用

1、将有用的信号与噪声分离,提高信号的抗干扰性及信噪比;

2、滤掉不感兴趣的频率成分,提高分析精度;

3、从复杂频率成分中分离出单一的频率分量。

滤波器的主要特性指标

1、特征频率:

①通带截频fp=wp/(2p)为通带与过渡带边界点的频率,在该点信号增益下降到一个人为规定的下限。

②阻带截频fr=wr/(2p)为阻带与过渡带边界点的频率,在该点信号衰耗(增益的倒数)下降到一人为规定的下限。

③转折频率fc=wc/(2p)为信号功率衰减到1/2(约3dB)时的频率,在很多情况下,常以fc作为通带或阻带截频。

④固有频率f0=w0/(2p)为电路没有损耗时,滤波器的谐振频率,复杂电路往往有多个固有频率。

2、增益与衰耗

滤波器在通带内的增益并非常数。

①对低通滤波器通带增益Kp一般指w=0时的增益;高通指w→∞时的增益;带通则指中心频率处的增益。

②对带阻滤波器,应给出阻带衰耗,衰耗定义为增益的倒数。

③通带增益变化量△Kp指通带内各点增益的最大变化量,如果△Kp以dB为单位,则指增益dB值的变化量。

3、阻尼系数与品质因数

阻尼系数是表征滤波器对角频率为w0信号的阻尼作用,是滤波器中表示能量衰耗的一项指标。

阻尼系数的倒数称为品质因数,是*价带通与带阻滤波器频率选择特性的一个重要指标,Q= w0/△w。式中的△w为带通或带阻滤波器的3dB带宽, w0为中心频率,在很多情况下中心频率与固有频率相等。

4、灵敏度

滤波电路由许多元件构成,每个元件参数值的变化都会影响滤波器的性能。滤波器某一性能指标y对某一元件参数x变化的灵敏度记作Sxy,定义为: Sxy=(dy/y)/(dx/x)。

该灵敏度与测量仪器或电路系统灵敏度不是一个概念,该灵敏度越小,标志着电路容错能力越强,稳定性也越高。

5、群时延函数

当滤波器幅频特性满足设计要求时,为保证输出信号失真度不超过允许范围,对其相频特性∮(w)也应提出一定要求。在滤波器设计中,常用群时延函数d∮(w)/dw*价信号经滤波后相位失真程度。群时延函数d∮(w)/dw越接近常数,信号相位失真越小。

滤波器安装注意事项

1、“干净地”

如果决定使用板上滤波器,在布线时就要注意在电缆端口处留出一块“干净地”,滤波器和连接器都安装在“干净地”上。通过前面的讨论,可知信号地线上的干扰是十分严重的。如果直接将电缆的滤波电容连接到这种地线上,会造成严重的共模辐射问题。为了取得较好的滤波效果,必须准备一块干净地。并与信号地只能在一点连接起来,这个流通点称为“桥”,所有信号线都从桥上通过,以减小信号环路面积。

2、滤波器要并排设置

同一组电缆内的所有导线的未滤波部分在—起,已滤波部分在一起。否则,一根导线的耒滤波部分会将另一根导线的已滤波部分重新污染9使电缆整体滤波失效。

3、滤波器要尽量靠近电缆的端口

波器与面板之间的导线的距离应尽量短。必要时,使用金属板遮挡一下,隔离近场干扰。

4、滤波器与机箱的搭接

安装滤波器的干诤地要与金属机箱可靠地搭接起来,如果机箱不是金属的,就在线路板下方设置一块较大的金属板来作为滤波地。干净地与金属机箱之间的搭接要保证很低的射频阻抗。如有必要,可以使用电磁密封衬垫搭接,增加搭接面积,减小射频阻抗。

5、滤波器接地线要短

考虑到引脚的电感效应,其重要性前面已讨沦,滤波器的局部布线和设计线路板与机箱(金属板)的连接结构时要特别注意。

6、滤波线与未滤波线分组

在端口滤波的电缆和不滤波的电缆应尽量远离,防止发生上述的耦合问题。

滤波器选择需注意的10个问题

1、电压

这个电压值要求是一个范围,是稳态电压±纹波电压的综合。

2、电流

电流的指标很关键,它决定了滤波器内部的电感的绕组铜线和引出线的线径。如果选细了,细导线上跑大电流,如小马拉大车,会引起严重发热以至烧毁。这个电流也是一个范围,稳态电流+波动电流的最大值。

3、电磁兼容标准要求

既然是滤波器,为的就是滤掉一些不期望的频段,而滤除的效果一般是由EMC测试标准和现场应用的直观结果来确定。尤其是电源滤波器,最好能确定用此滤波器的产品需要通过的是哪个标准,根据标准要求的不同,在选择时也有其特定的测试频段要求。电源滤波器的主要针对指标是传导发射CE和传导抗扰CS,信号滤波器的则主要看EMC标准里对不期望输入频段和不期望输出频段的要求了。比如无极灯用的整流器,本身就是一个开关工作状态,会有对外的发射,EMC测试时候会重点检查其开关频率以及其高次谐波成分的传导干扰,滤波器就需要针对这些特定频段或频点具有足够的滤除效果。

4、安规标准要求

(1)读者可能会觉得奇怪,选滤波器,说安规标准干啥?这是因为滤波器一般用在电源输入端和板卡的接口处,这些部位都是安规问题的重灾区。等于是滤波器一身承担了多个要求。与滤波器有关的安规重点是三个指标:绝缘耐压、漏电流、剩余电压剩余能量。

(2)绝缘耐压打LN对地的绝缘强度,考验的是Y电容的耐压值,Y电容大了,漏电流就会大,容易导致安规要求上的漏电流超标,现在有部分厂家设计上就采取了输入端无Y电容设计(如图)。这样LN对G就成了LN通过L1、Cy1、Cy2、G’对G了,而G和G’是不连的。如果采用了输入端接Y电容的方式,即将Cy1和Cy2放到前面R的左面来,则测试时须注意绝缘耐压的设定和漏电流的大小是正相关的,最高不超过20mA。曾经遇到过差点被退货说滤波器安规不合格的情况,最后经查是1500V时漏电流设定为2mA(应为5mA),测试仪器报警就是正常的了。

(3)另一个问题就是R的选择,有好多厂家的滤波器没装这个电阻,在拔掉插头后,在较短的时间内,去摸电源的插口,如果会有被电的感觉,问题就出在没装这个电阻上。这是个高耐压、起泄放电作用的功率电阻。

5、滤波器电路结构形式

(1)电路结构形式和期间的参数选择是滤波器的核心,但就是在这一部分,应用工程师的选择常常两眼一摸黑着选,虽然大多时候也差不多可以用,但既不知己也不知彼的设计方式,浪费资源、埋留隐患的可能性就大大增加。这在需要精益设计、从中国制造到中国创造的电子制造业,从初级工程师向资深工程师的成长期望上来说,都是不合时宜的。

(2)滤波器的作用是对通过其的不同频率有不同的放大效果,对通带内频段的则不衰减,对通带外要抑制的则以几十个dB的级别进行衰减,从而达到过筛子的目的。但就是滤波器在对不同频率的电压幅值采取不同放大倍数的时候,电磁波的相位也在发生变化,因为相位也是和频率有关的,所以滤波器结构形式的选取,也还是有些学问的。

滤波器结构形式常用的是三种:

a、巴特沃思滤波器:特点是通带内放大倍数平整,通带内,随着频率的变化,滤波器放大倍数基本维持不变;但缺点是通带向截止段的过渡段,过渡的较为平缓。意思是说,敌人和朋友的界限不是很清楚,有一部分朋友也在干着敌人的事情,有一部分敌人也在帮我们,对这一部分是杀掉还是留在组织里,让人很纠结。如果有用频率和干扰频率离得很近,这种滤波器的作用就很有问题。

b、切比雪夫滤波器:它可以很好的解决巴特沃思过渡带平缓的缺点,在这种形式的滤波器中,过渡带很陡峭,即使有用频率和干扰频率很近,因为过渡带很陡峭,所以其截止频率点前后两个频段放大倍数的差别很大,非友即敌,很好区分,是朋友就没干过对不起我们的事,是敌人的就没干过对我们好的事,所以朋友拉入组织优厚待遇,是敌人则干净利落的消灭之。高山之侧必有深谷,一个优点必然伴随着一个缺点,切比雪夫滤波器的缺点是在通带频率的末端部分,放大倍数会有较强的波动,即在通带内,随着频率的变化,放大倍数虽然比滤除频段大了很多,但对通带内的频率,其放大倍数并不是保持稳定不变的,就是说,朋友们的情绪并不稳定,也不是所有朋友都一如既往的付出帮助。(仅做举例说明,不要误解为对朋友的不满哈)

c、贝塞尔滤波器:此种滤波器不是很通用,用的较专,因为它的特性是相位线性。前两种关注的是放大倍数,但如果对语音信号,比如歌曲,通带内放大倍数虽然没有变化,但其旋律却不再悠扬。因为相位的变化导致歌曲的呕呀啁咤难为听。此时,贝塞尔滤波器将会发生其作用。

至于选择哪种滤波器电路结构形式,电路工程师未必去做深入研究,但须知道自己想要的特性,并提供给滤波器厂家,由他们帮您做选择。

(3)现在的电源滤波器都是低通滤波器,通过的都是工频50Hz或60Hz,这是有用频率,其他的全是无用的了,所以用截止频率在1KHz以上的就绰绰有余,因此,盲人骑瞎马似的随便选滤波器,很多时候也没出问题。所以对电源滤波器的选取在工艺、安规上就要多关注了。但在有特定输出或输入的场合,电源滤波器的选择就要谨慎了。比如医疗手术时的电刀产品,其工作频率是500KHz,它本身会对网电源造成干扰,所以电刀的对外传导干扰需要抑制;同时,与电刀共用电源的设备也要警惕,其500KHz也可能会对您产生干扰。

6、插损曲线

(1)滤波器的插损测量当不得真。举例来说,如果我们发现100KHz超标13dB,选择了一款滤波器,从插损曲线上看出其在100KHz时的插损是20dB,觉得此滤波器用上去就肯定就没问题,那就错了,因为厂家的插损曲线都是在50Ω-50Ω的标准阻抗下测得,实际上的应用现场,基本可以肯定不是如此标准的源阻抗和负载阻抗特性,所以滤波器的衰减效果会大打折扣,因此,选择的时候对拟抑制的频率点必须至少留出20dB的余量,如上例就需选择100KHz时插损不低于33dB的滤波器。

(2)另外插损分共模插损和差模插损,一般对30MHz以上的干扰,选择共模插损满足上面要求的滤波器,10MHz以下的干扰选择差模插损满足要求的滤波器,对上例100KHz,选择差模插损33dB的滤波器。

7、滤波器的安装形式

这个问题好理解,一般有板式(有可焊插针引脚)、螺丝固定安装、IEC标准(带单相220V三针输入)、带开关的IEC,这个根据实际结构功能要求选择即可。

8、安装工艺规范

滤波器的安装是仅次于电路结构形式和组成器件指标的技术要素。主要体现在滤波器的位置、接地的措施。位置要求靠近输入或输出端,为的避免输入端输出端线缆上的高频干扰辐射出来影响到其他电路;输入线输出线不得并行走线,不得靠近走线,以免相互串扰造成该干净的干净不了;滤波器课题是金属壳体,接地要求面接地而不是线接地,须保证整个面与地接触良好,不能仅靠固定引脚的螺丝或上面引出的接地导线来接地,导线接地的引线电感量大,高频接地阻抗偏高导致高频接地不良,滤波效果不好;接地线缆不宜用拧接方式,必须选用焊接方式。

9、滤波器的Q值

Q值对实际滤波效果影响倒不大,但Q值代表的是损耗 / 输入功率,Q值越高,说明损耗越大,意指会有部分能量在滤波器的电感上被损耗掉。在一般的低功率电源滤波器和信号滤波器上,此问题不会太突出。但在较大功率的滤波器上,这个损耗不可小视,一是会引起发热,发热后的电容会引起较大的负面影响,漏电流、耐压、容值等都会随温度变化而变化;二是耗电量大会导致无谓的电损失。

10、其他

另外的内容就是滤波器的内部了,作为用户是看不到的,灌封胶的灌封均匀致密程度、器件和金属之间绝缘纸的厚度,这些用户只能通过讯问的方式了解了,至于生产厂家说不说实话,全凭天命。

上述是贤集网小编为大家讲解的滤波器的作用、主要特性指标、安装注意事项、选择需注意的10个问题。希望这些知识能够帮助到大家!当然,对于滤波器来说,选择电源线干扰滤波器是非常重要的,有的顾客以为EMI滤波器的插入损耗越高越好,滤波网络的级数越多越好。其实这并不是选择滤波器的正确方法。此外,级数越多的滤波网络,价格越贵,体积和重量也越大。其实选择和评估电源线滤波器的唯一办法是将其装到设备上进行试验。正如上面所提到的滤波器,性能很大程度上取决于设备负载阻抗。而不能单一从阻抗(50Ω)插入损耗数据来推导,它是一项滤波元件阻抗与设备阻抗的复杂函数,其量值及相位在频率范围内有变化。滤波器选择试验所要求的传导辐射控制(FCC,VDE)及灵敏性控制的不同性能等级在设备上进行。

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