Определение коэффициента затухания сетевого помехоподавляющего фильтра

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

НАПРАВЛЕНИЕ: ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА

 Кафедра: ТЭВН

Отчет по лабораторной работе №3:

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЗАТУХАНИЯ СЕТЕВОГО ПОМЕХОПОДАВЛЯЮЩЕГО ФИЛЬТРА

Выполнил: студент гр. 9А25                                  

                                                                                                          .

                                                                             Принял: преподаватель

                                                                                                  

ТОМСК-2005

Цель работы: изучить принцип действия и конструкции помехоподавляющих фильтров, определить коэффициент затухания для различных схем простейших помехоподавляющих фильтров.

Краткие сведения.

Целью фильтрации в контексте ЭМС является предотвращение проникновения помех в аппаратуру или их утечки от аппаратуры по сигнальным цепям или цепям питания. Это непосредственно уменьшает уровень гальванической связи и способствует уменьшению связи посредством излучения от кабелей, снижает их восприимчивость к излучаемым помехам и позволяет ограничить опасные для изоляции и функционирования приборов напряжения помех.

Помехоподавляющие фильтры представляют собой элементы для обеспечения затухания поступающей по проводам помехи. Целесообразное их применение предполагает, что частоты полезного сигнала и помехи достаточно отличаются друг от друга. Это позволяет при соответствующих параметрах фильтра обеспечить выборочное ослабление помехи при отсутствии заметного искажения полезного сигнала.

Качество фильтра оценивают, прежде всего, по амплитудно-частотной характеристике (АЧХ) или ее основным элементам: частоте и крутизне среза, коэффициенту пропускания в полосе прозрачности. По виду АЧХ различают полосовые (ПФ), режекторные (РФ), фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот (рис.1).

Частота среза, fср определяется на некотором уровне, например, 0,9 от максимального значения коэффициента пропускания. Крутизну среза определяют в децибелах при двойном отклонении от частоты среза (0,5 fср для ФВЧ и 2 fср для ФНЧ), которое называют октавой. Например, ФНЧ, имеющий fср = 1000 Гц и крутизну среза αф = 20 дБ/октава на частоте 500 Гц имеет коэффициент пропускания, в 10 раз меньше, чем на частоте 2000 Гц. Для полосовых фильтров задают верхнюю и нижнюю частоты среза, для режекторных -центральную частоту f0.

Рис.1. Амплитудно-частотные характеристики фильтров.

Достигаемый эффект затухания можно характеризовать коэффициентом затухания – логарифмом отношения напряжений на выходе Uф и входе U0 фильтра. Коэффициент затухания приводится, как правило, в виде логарифма отношения падения напряжений и выражается в децибелах:

  (1)

Табл. 1.

Рис.2 дает представление о затуханий LC - фильтра с реальными элементами (рис.2а); в зависимости от диапазона частот коэффициент затухания определяется параметрами фильтра L, С или паразитными параметрами Lп, Сп. При низких частотах, когда элементы фильтра можно считать идеальными,  коэффициент затухания  αф увеличивается пропорционально квадрату частоты. Затем начинается сказываться влияние параметров Lп и Сп, и αф остаётся приблизительно неизменным. При высоких частотах эффект демпфирования в основном определяется паразитными параметрами Lп, Сп, и коэффициент αф уменьшается обратнопропорционально квадрату частоты.

Рис.2. Коэффициент затухания αф фильтра LC: а - схема замещения фильтра; б-принципиальная частотная зависимость коэффициента затухания αф.

Рис.3. Компоновка фильтра.

Коэффициент затухания в фильтре любой структуры можно выразить как:

 (2)

где, А11, А12, А21, А22 комплексные параметры четырёхполюсника.

Аппаратура для измерений.

Источником синусоидального сигнала является генератор ГЗ-33. Он генерирует синусоидальное напряжение амплитудой до 30 В и частотой от 20 Гц до 0,2 МГц.

Регистрация напряжения осуществляется цифровым осциллографом, подключенным к компьютеру.

В качестве модели сетевого помехоподавляющего фильтра используется набор элементов L и С, позволяющий соединить схемы помехоподавляющих фильтров, приведенные в табл.1; строки 1, 3, 4. (рис.4).

Рис.4. Схема анализа простейших фильтровых структур.

Г- генератор синусоидальных импульсов ГЗ-33, К- переключатели, L,C- индуктивности и конденсаторы фильтра; R- сопротивление нагрузки, N- цифровой осциллограф.

Результаты измерений.

                                                                  

Табл. 2.

№ п/п	Uф, В	f, Гц	lg(f)	αф, дБ (зксп.)	αф, дБ (расч.)	Схема фильтра.	Примеча- ние
1	25	50	1.7	0	-0.014		U0=25B fср= 12.6 кГц
2	25	500	2.7	0	-0.135
3	3	8000	3.9	-18.42	-1.939
4	0.5	15000	4.176	-33.98	-3.34
5	0.01	200000	5.3	-67.96	-17.209
1	25	50	1.7	0	-2.79		U0=25B fср=  0.14    кГц
2	6	500	2.7	-12.4	-13.699
3	0.015	8000	3.9	-64.44	-37.686
4	0	15000	4.176	-	-44.483
5	0	200000	5.3	-	-80.788

Пример расчетов для:

Фильтр С типа:

Коэффициент затухания фильтра экспериментальный:

   

Коэффициент затухания фильтра расчетный: комплексные параметры четырехполюсника                                            

Данные для расчета =5 Ом; =1000 Ом; С=1 мкФ; L=1,2 Гн.

Фильтр С-L-C типа:

Коэффициент затухания фильтра экспериментальный:

   

Коэффициент затухания фильтра расчетный: комплексные параметры четырехполюсника              

Данные для расчета =5 Ом; =1000 Ом; С=1 мкФ; L=1,2 Гн.

7. Графики зависимостей

Заключение:

Проделав данную лабораторную работу, мы изучили принцип действия и конструкции помехоподавляющих фильтров, определили коэффициент затухания для различных схем простейших помехоподавляющих фильтров. Были построены расчетные и экспериментальные зависимости