Элементы фильтров

Конденсаторы.Применяются как самостоятельные помехоподавляющие элементы и как параллельные звенья фильтров. Конструктивно помехоподавляющие конденсаторы делятся на:

— двухполюсные (с двумя выводами);

— опорные (одним из выводов является металлический корпус);

— проходные некоаксиальные (все выводы являются токонесущими);

— проходные коаксиальные (центральный вывод токонесущий проводник, другой – металлический корпус);

— конденсаторные блоки (конструктивно выполнены в одном корпусе).

При выборе типа и номинальной величины емкости конденсатора следует выполнять следующие условия:

и , (5.111)

где R_k – модуль сопротивления конденсатора;

L_ш– индуктивность шины питания;

n – кратность уменьшения помех;

τ_ф– длительность переднего фронта сигнала помехи.

Помехоподавляющие дроссели могут использоваться в качестве самостоятельных устройств фильтрации и в виде составных частей фильтра. Они устанавливаются непосредственно на источнике помех или вблизи и в фильтрах нижних частот включаются последовательно в провод, по которому распространяются помехи. Качеством дросселя в значительной степени определяются достоинства фильтра.

Характерной особенностью работы дросселей в защитных фильтрах является то, что они должны обладать достаточно большим сопротивлением в широком диапазоне частот. Однако для выполнения этого требований на низких частотах необходимо делать катушки со значительной индуктивностью и большим числом витков, в результате чего возрастает собственная емкость катушек, уменьшающая их сопротивление на высоких частотах. Применение в катушках секционированных обмоток снижает их собственную емкость, но уменьшает и индуктивность. Таким образом, следует искать компромиссное решение. Во избежание потерь надо стремиться к тому, чтобы активное сопротивление катушки было минимальным.

При конструировании дросселей для фильтров систем экранирования следует также помнить об обеспечении достаточной механической прочности, изоляции и влагоустойчивости. Кроме того, следует стремиться к сокращению габаритов катушки, к обеспечению большой поверхности охлаждения для ограничения нагрева, к уменьшению расхода цветных металлов, например, меди и изоляционных материалов. В некоторых случаях осуществляется экранирование дросселей. Обычно собственная частота дросселя подбирается равной средней частоте защищаемого диапазона. Чтобы частотная характеристика фильтра была по возможности равномерной в требуемом диапазоне частот, не следует применять больших индуктивностей. В большинстве случаев индуктивность дросселей не должна превышать 500 мкГ, при этом их конструкцию оформляют таким образом, чтобы собственная емкость не превышала 100 пФ.

В качестве помехоподавляющих дросселей могут применяться любые катушки, имеющие необходимые частотные характеристики полного сопротивления. Дроссель может быть как с ферромагнитным сердечником, так и без него. В качестве материала для сердечника рекомендуется сталь ВЧ-2, магнитная проницаемость которой сохраняет значительную величину в области высоких частот. Для обеспечения высокой проницаемости на высоких частотах при небольших протекающих по дросселю токах рекомендуется в качестве сердечника использовать ферриты, которые coxpaняют необходимую величину индуктивности, позволяют значительно уменьшить габариты (число витков) дросселя.

Для определения индуктивности катушки круглого сечения можно воспользоваться соотношением

, [мкГн]при l >0,3 D;(5.112)

,при l >> D,

где n – число витков; D – диаметр катушки, см; l – длина катушки, см.

При фильтрации сетей электропитания большой мощности используют безвитковые дроссели в виде прямолинейных токопроводящих стержней, окруженных толстостенным трубчатым магнитопроводом из ферромагнетиков.

Индуктивность такого дросселя определяется магнитным потоком, проходящим по трубе:

, (5.113)

где μ_r – начальная магнитная проницаемость, мкГн/м;

h – длина магнитопровода, м;

d₂, d₁ – наружный и внутренний диаметры трубы.

Рекомендации к конструкции и монтажу фильтров:

1. Фильтр, как правило, необходимо экранировать (кроме емкостного). Обычно экраном служит корпус самого фильтра.

2. Входные и выходные проводники должны находиться с противоположных сторон как можно дальше и проходить вне корпуса. Экранирующая оплетка или труба (если они есть) должны иметь надежный контакт с корпусом фильтра по всему периметру отверстия для ввода (вывода) провода.

3. Необходимо уделять большое внимание экранированию входных и выходных цепей фильтра, включая входной и выходной конденсаторы.

4. Следует избегать расположения элементов фильтра на съемных частях корпуса.

5. Необходимо правильно размещать проходные конденсаторы.

6. Обычные конденсаторы лучше монтировать проходным способом, т.е. помехонесущий провод необходимо крепить непосредственно к выводу конденсатора. Соединение выполнять коротким проводом не более 10-15 мм и диаметром не менее 2 мм.

7. Крепление конденсаторов и дросселей должно быть прочным и вибропрочным.

8. Нельзя использовать вводы конденсатора для его механического крепления.

9. Помехоподавляющие элементы необходимо размещать так, чтобы был обеспечен хороший доступ для осмотра и замены.

10. Конденсаторы, которые при отключении аппаратуры от сети питания могут быть заряжены, должны иметь разрядные сопротивления со временем разряда не более 10 с.