干扰滤波电容

　　在电磁屏蔽技术中，任何直接穿透屏蔽体的导线都会造成屏蔽体的失效。实际上很多严密的屏蔽机箱（机柜）就是因为导体直接穿过屏蔽箱而导致电磁兼容试验失败。只要将设备上与试验无关的电缆拔下，如果电磁兼容问题消失，说明电缆是问题所在。

　　解决这个问题的方法是在电缆的端口处使用滤波器，以此来滤除电缆上不必要的频率分布，减少电缆产生的电磁辐射，防止电缆把感应到的环境噪声传入设备的电路中。

　　简而言之，滤波器的作用是只允许所需的信号频率输出，而对不需要的信号频率进行扼制，这样来确保产生干扰的机会少。

　　安装在电源线上的滤波器称为电源线干扰滤波器，安装在信号线上的滤波器称为信号线干扰滤波器。

　　如图1所示，根据要滤除的干扰信号的频率与工作频率的相对关系，干扰滤波器可分为：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等种类。

　　电磁兼容设计中，低通滤波器用得多，因为所要过滤的电磁干扰大多为频率较高的信号，而较高的信号越容易辐射和耦合：并且高速数字电路中不需要许多高次谐波，必须滤除，采用低通滤波可防止这些高次谐波对其他电路产生干扰；其次，电源线上的滤波器都采用低通滤波器。归纳如下：

　　· 高通滤波器用在干扰频率低于信号频率的场合。

　　· 带通滤波器用在信号频率仅占较窄带宽的场合。

　　· 带阻滤波器用在干扰频率带宽较窄，而信号频率较宽的场合。

　　在电磁干扰抑制中，低通滤波器使用多。因此，下面对低通滤波器做较详尽的介绍。

　　低通滤波器一般是由电感和电容组合而成的，电容并联在要滤波的信号线与信号地线之间（滤除差模干扰电流），或信号线与机壳地之间（滤除共模干扰电流）；电感串联在要滤波的信号线上。

　　衰减

　　图1 干扰滤波器的分类

　　如图2所示，按滤波器的电路结构的不同可划分为：单电容型（C型）、单电感型（L型、Γ型和反Γ型、T型和π型）。各种结构的滤波电路的区别为：

　　· 电路中的滤波器件越多，则滤波器阻带的衰减越大，滤波器通带与阻带之间的过渡带越短。

　　· 不同结构的滤波电路适合于不同的源阻抗和负载阻抗。

　　图2 低通滤波器的分类

　　电容器是基本的滤波器件，在低通滤波器中作为旁路器件使用。利用它的阻抗随频率升高而降低的特性，起到对高频干扰旁路的作用。但是，在实际使用中一定要注意电容器的非理想特性。

　　实际电容器会对滤波特性造成影响，当角频率为1/2πLC时，会发生串联谐振，这时电容器的阻抗，旁路效果。超过谐振点后，电容器的阻抗特性呈现电感阻抗（感抗）的特性，并且随频率的升高而增加，旁路效果开始变差。这时，作为旁路器件使用的电容器就开始失去旁路作用。电磁兼容设计中使用的电容要求谐振频率尽量高，这样才能够在较宽的频率范围（10kHz～1GHz）内起到有效的滤波作用。

　　提高谐振频率的方法有两种。

　　· 一个是选用电感较小的电容器种类；

　　· 一个是尽量缩短引线的长度。

　　从这个角度考虑，陶瓷电容器是理想的一种电容器。

　　从图3所示中可以看出，在谐振点以下及附近，实际电容器的阻抗比理想电容器的要低，因此当干扰的范围较窄时，可以利用这个特性，通过调整电容器的电容量和引线长度来使谐振频率正好落在干扰频率上或附近来提高滤波效果。

　　陶瓷电容器无极性，容量也很小（pF级），可以耐高温和电压，常用于高频滤波，如表所示。陶瓷电容器的容量随着工作电压、电流频率、时间和环境温度等因素变化。必须注薏的是，电容器使用的介质的介电常数越高，这些参数越不稳定。

　　另外，之所以使用介电常数高的介质，是为了在较小的体积内获得较大的容量。但介电常数高的电容器容易发生击穿，在需要做浪涌试验的场合，一定要注意。

　　图3 理想电容器与实际电容器特性

　　表 引线长1.6mm的陶瓷电容器

　　以上介绍了常见滤波电容的特性，接下来讨论一下低通滤波器对脉冲信号的影响，如图4所示。

　　图4 低通滤波器对脉冲信号的影响

　　对传输脉冲信号的电缆滤波时，要注意不能破坏脉冲信号的形态，也就是功能。 比较保守的方法是，使滤波器的截止频率大于1/πtr，，或脉冲重复频率的15倍。如在信号线上并联电容，则

　　Cmax＝0.3tr/Rt

　　式中，Rt为电容两端阻抗的并联值；卉为脉冲信号的上升时间。

　　若电容的一端是传输线，则这一端的阻抗用传输线特性阻抗代替。如果信号线及其回流线（地线）上都与机壳之间存在并联电容，则对差模信号的等效电容为C／2。