Современная электроника №7/2025

ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ 5 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 7 / 2025 Рис. 2. Электрические схемы С-, L-C-, Pi- и Т-фильтров нижних частот (а), частотная характеристика фильтра нижних частот. I – полоса пропускания; II – полоса перехода; III – полоса задержания, fср – частота среза (б) Фильтр электромагнитных помех блокирует помехи, чтобы защитить от их негативного воздействия дру- гие электронные устройства. При этом высокочастотные сигналы вос- принимаются как шум, а низкочастот- ные сигналы пропускаются (рис. 1) [4]. 2. Электрические схемы фильтров нижних частот Электрические схемы однозвен- ных фильтров нижних частот при- ведены на рис. 2 [4, 5]. Помехопо- давляющий фильтр нижних частот представляет собой линейный четы- рёхполюсник, предназначенный для частотной селекции сигналов. Фильтр выделяет из сложного электромагнит- ного колебания, подаваемого на его вход, частотные составляющие, рас- положенные в полосе пропускания, и подавляет частотные составляю- щие в полосе задержания (рис. 2б) [5]. С-фильтр – проходной конденсатор с тремя выводами, включаемый меж- ду источником помехи и нагрузкой. Конденсаторы работают как фильтры нижних частот, когда подключаются параллельно нагрузке в цепи между сигнальным проводником и «землёй» устройства. Особенность импедан- са конденсатора заключается в том, что он уменьшается на более высо- ких частотах. Примечание : импеданс – это ком- плексное эффективное электрическое сопротивление между двумя узлами для цепи гармонического сигнала. Символом полного сопротивления является Z , а единицей измерения Ом. Z =√( R ² + XL ² ), где R – активное, а XL – реактивное сопротивления. Значения Z и XL зависят от частоты. Так как характер помехи в основ- ном высокочастотный, она отводится конденсатором на «землю». При боль- шой ёмкости конденсатор шунтиру- ет переменную составляющую тока помехи, и она не попадает в нагруз- ку, и в нагрузку поступает постоянный ток. В высокочастотных схемах требу- ются конденсаторы с низкими экви- валентным последовательным сопро- тивлением (ESR) и эквивалентной последовательной индуктивностью (ESL) для обеспечения минимальных потерь сигнала и высокой эффектив- ности. Низкое значение ESR указыва- ет на то, что фильтр не будет рассеи- вать много энергии во время работы. L-C-фильтр содержит один индук- тивный и один ёмкостной элементы и применяется в случае низкого импе- данса источника и высокого импедан- са нагрузки. В случае использования индуктивного элемента он включает- ся последовательно в цепь с помехами. В качестве индуктивности в таких фильтрах применяют трубчатые фер- ритовые сердечники, надетые на цен- тральный проводник. Основную долю (более 90%) в величину индуктивно- сти вносит феррит. Для применения в фильтрах выбирают высокочастот- ные термостабильные никель-цин- ковые ферриты марки 50 ВН [5]. Пол- ное сопротивление индуктивности растёт с увеличением частоты, что позволяет ослабить или подавить помехи. Индуктивность при работе на высоких частотах по своим свой- ствам приближаются к резистору, что, во-первых, уменьшает вероятность возникновения паразитных колеба- ний, а во-вторых, не искажает форму полезного сигнала. Конденсатор дей- ствует как «канал связи с землёй» для сигналов, но только на высокой часто- те, где и возникает «шум». Индуктив- ность отбрасывает «шум» обратно по линии, но пропускает сигналы посто- янного тока [6]. Pi-фильтр содержит два ёмкостных и один индуктивный элементы. Нали- чие второго конденсатора значитель- но улучшает параметры подавления ЭМП. Фильтры с такой электрической схемой целесообразно применять при низких значениях импеданса источ- ника и нагрузки. Т-фильтр состоит из двух индуктив- ных и одного ёмкостного элементов. Этот фильтр применяют в случае высо- ких значений импеданса входа и выхо- да, например, в цепях коммутации. 3. Основные параметры помехоподавляющих фильтров Основными параметрами фильтров с разными электрическими схемами являются: частота среза; вносимое затухание; электрическая ёмкость; номинальные напряжение и ток; сопротивление изоляции; герметич- ность; рабочий диапазон температур; миниатюрность, конструктивные осо- бенности и удобство применения. Главными показателями эффектив- ности работы фильтра являются часто- та среза, величина вносимого зату- хания (α), размеры полос перехода и задержания (рис. 2б). На частоте сре- за фильтра (fср) – величина вносимого затухания равна 3 дБ, что на 3 дБ ниже по амплитуде уровня полосы пропу- скания фильтра. Частота среза опре- деляет нижнюю границу частотного диапазона подавления помех. Часто- ту среза для LC -фильтра рассчитыва- ют по формуле: (1) где L – индуктивность, C – ёмкость кон- денсатора. Эффективность действия помехопо- давляющих фильтров оценивают вели- чиной вносимого затухания (ɑ) сигна- ла помех: (2) где U 1 и U 2 – напряжения на нагрузке без фильтра и с фильтром. Вносимое затухание в технике СВЧ удобно измерять в децибелах. Напри- мер, если U 1 = 100 мВ, а U 2 = 1 мВ, то α = –40 дБ. Приведём некоторые полез- ные соотношения, вытекающие из приведённой формулы (2): 3 дБ соот- ветствуют изменению измеряе- мой величины в 2 раза, 6 дБ – 4 раза, 10 дБ – 10 раз, 20 дБ – 100 раз, 30 дБ – в 1000 раз и т.д. При величине 40 дБ вносимых потерь на частоте 100 МГц фильтр удаляет 99,99% помех. Вносимое затухание – один из важ- нейших параметров при выборе филь- тра электромагнитных помех. Чем боль- ше величина вносимого затухания и чем уже полоса перехода, тем выше эффек- тивность подавления ЭМП фильтром. Частота fср а) б) 3 дБ C L-C Pi T Вносимое затухание, дБ