Раздел IV Пассивные устройства обеспечения электромагнитной совместимости.

К таким устройствам относятся фильтры, устройства защиты от перенапряжений, устройства гальванической развязки и подавления синфазных сигналов, экраны.

Частотные фильтры. Классификация фильтров.

Если спектры полезных сигналов и помех заметно отличаются друг от друга (примерно на одну октаву), то для защиты от помех и помехоподавления можно использовать пассивные фильтры.

Все фильтры классифицируются по следующим признакам:

1. по виду частотной характеристики,

2. по схемной реализации,

3. по элементной базе,

4. по способу обработки сигналов,

5. по наличию источника питания.

По виду частотной характеристики различают фильтры низких частот (ФНЧ), фильтры верхних частот (ФВЧ), полосовые фильтры (ПФ), заградительные (ЗФ) или инжекторные фильтры и многополюсные фильтры (МФ).

Непрерывная частотная область, в которой сигнал легко проходит со входа на выход, называется полосой пропускания. Непрерывная частотная область, в которой сигнал практически не проходит на выход, называется полосой задерживания.

Между полосой пропускания и полосой задерживания имеются промежуточные полосы, в которых как правило коэффициент затухания сигнала не нормируется.

ФНЧ имеет одну полосу пропускания .

- частота среза, является полосой задерживания.

ФВЧ имеет одну полосу пропускания ,является полосой задерживания.

ПФ имеет одну полосу пропускания ,

- нижняя граница полосы пропускания, - верхняя граница полосы пропускания, полосы частот ,являются полосами задерживания.

ЗФ имеет одну полосу задерживания , а частотные области иявляются полосами пропускания.

Многополосный фильтр имеет несколько полос пропускания и полос задерживания.

По схемной реализации различают Г-образные, Т-образные, П-образные, О-образные и мостовые фильтры.

Пример:

Г-образный фильтр на примере ФНМ

Эта схема применима, когда сопротивление источника сигнала мало, а сопротивление приемника сигнала велико

или

Эта схема применяется, когда сопротивление источника велико, а сопротивление приемника мало.

Т-образный фильтр

Схема применяется, когда сопротивление приемника и источника неизвестно, но предположительно мало.

П-образный фильтр

Такие фильтры применяются, когда сопротивление источника и приемника неизвестно, но предположительно мало.

По элементной базе различают емкостные фильтры, индуктивные фильтры, ,,,фильтры, электронные фильтры и трансформаторные фильтры.

По способу обработки сигналов различают аналоговые и цифровые фильтры. По наличию источника питания различают пассивные и активные фильтры. Аналоговые фильтры могут быть только активными и пассивными, а цифровые бывают только активными.

Все фильтры являются частными случаями многополюсников в электрической цепи, а в простейшем случае четырехполюсников.

Если фильтр пассивный, то для анализа его работы используются характеристические параметры:

- характеристическое сопротивление;

- постоянная передачи.

Четырехполюсник, а значит и фильтр, называется симметричным, если при взаимной замене первичных зажимов вторичными характер передачи сигнала со входа на выход не меняется при любом сопротивлении нагрузки.

Характеристическим (повторным) сопротивлением четырехполюсника (фильтра) называется такое комплексное сопротивление, которое будучи присоединенным ко вторичным зажимам четырехполюсника, обуславливает его входное сопротивление относительно первичных зажимов равное сопротивлению нагрузки. Если симметричный четырехполюсник (фильтр) нагружен на характеристическое сопротивление, то говорят, что он работает в режиме согласованной нагрузки.

Если фильтр работает в согласованном режиме, то у него комплексный коэффициент передачи напряжения равен комплексному коэффициенту передачи тока.

- постоянная передачи симметричного фильтра

Действительная часть постоянной передачи называется коэффициентом затухания фильтра [Нп], аназывается коэффициентом фазы [рад].

Коэффициент фазы показывает на какой угол выходное напряжение и выходной ток отстают по фазе от входного напряжения и входного тока в режиме согласованной нагрузки.

Несимметричный фильтр имеет два характеристических сопротивления и. Если к вторичным зажимам такого фильтра подключить сопротивление, то его входное сопротивление относительно первичных зажимов будет равно.

Если сопротивление подключено к первичным зажимам фильтра, то его входное сопротивление относительно вторичных зажимов будет равно.

Если несимметричный фильтр получает входной сигнал через первичные зажимы и к вторичным зажимам подключено сопротивление , то говорят, что он работает в режиме согласованной нагрузки при питании со стороны первичных зажимов.

Если фильтр получает входной сигнал через вторичные зажимы, а к первичным зажимам подключено сопротивление , то говорят, что фильтр работает в режиме согласованной нагрузки при питании со стороны вторичных зажимов.

Если фильтр работает в согласованном режиме, то справедливы соотношения

Все пассивные фильтры наиболее эффективно выполняют свои функции, если они работают в режиме согласованной нагрузки. В широком диапазоне частот обеспечить режим согласованной нагрузки невозможно так как частотные зависимости характеристических сопротивлений имеют более сложный вид, чем частотные характеристики линейных динамических звеньев с сосредоточенными параметрами. В этих случаях предусматривается работа фильтра на резистивную нагрузку с сопротивлением близким к характеристическому на некоторой характерной частоте вблизи середины полосы пропускания фильтра. В этих случаях частотные характеристики коэффициента передачи напряжения и тока не совпадают, в этом случае под коэффициентом затухания понимается логарифм модуля величины обратной коэффициенту передачи сигнала.

[дБ]

[Нп]

Под коэффициентом фазы понимается аргумент комплексного коэффициента передачи сигнала с противоположным знаком . Здесь коэффициент фазы показывает, на какой угол выходной сигнал отстает по фазе от входного при работе фильтра на некоторую стандартную резистивную нагрузку.

Фильтр или любой другой четырехполюсник обеспечивает неискаженную передачу сигнала, если в полосе пропускания коэффициент затухания не зависит от частоты, а коэффициент фазы в этой полосе пропорционален частоте. В связи с этим, при анализе работы фильтров применяют такие понятия как фазовое время задержки сигналов (ФВЗ) и групповое время задержки сигналов (ГВЗ).

Фильтр обеспечивает неискаженную передачу сигнала, если в полосе пропускания коэффициент затухания, фазовое время задержки не зависят от частоты. В связи с этим, в технических заданиях на проектирование фильтров, а также технических условиях нормируются следующие показатели качества фильтров:

1. Неравномерность коэффициента затухания в полосе пропускания [дБ].

2. Нормируется минимальный коэффициент затухания в полосе задерживания.

3. Нормируется неравномерность ФВЗ и ГВЗ в полосе пропускания

; .

Вне полосы пропускания неравномерность ФВЗ и ГФЗ не нормируются. В промежуточной полосе фильтров неравномерность коэффициентов затухания и сам коэффициент затухания не нормируются. Вне полосы пропускания может нормироваться кривизна АЧХ [дБ на декаду].