Миниатюрные помехоподавляющие фильтры фирмы АМР для радиоэлектроники

   

Ю. Тисленко

Миниатюрные помехоподавляющие фильтры фирмы АМР для радиоэлектроникиВведение

Борьба с электромагнитными помехами (ЭМП) всегда являлась одной из серьезнейшихпроблем при создании радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). В настоящее время эта проблема сталаеще более острой вследствие возрастания функциональных возможностей, миниатюризации, увеличенияплотности компоновки и сложности аппаратуры и роста взаимного влияния ее элементов [1].

Среди многочисленных способов подавления ЭМП в цепях питания, управления и коммутации РЭА важнейшимявляется фильтрация паразитных сигналов при помощи помехоподавляющих фильтров нижних частот, позволяющихосуществлять частотную селекцию сигналов [2, 3]. Такие фильтры нашли применение для подавления межсистемныхи внутрисистемных помех и развязки по высокой частоте при создании современных генераторных, усилительных,приемо-передающих и преобразовательных модулей, радиотехнических блоков и устройств РЭА [4].

Помехоподавляющие фильтры включают между источником помех и нагрузкой в каждый незаземленный провод цепи питания,по возможности, ближе к источнику помех.

Конструктивно фильтр представляет собой сочетание емкостных и индуктивных элементов, соединенных по С, L-C,Pi или Т-схеме (рис. 1).


Рис. 1. Электрические схемы:
а)С-фильтра, б) L-C-фильтров, в)Pi-фильтра, г)Т-фильтра

С-фильтр (рис. 1а) представляет собой проходной конденсатор с тремя выводами. Применение таких фильтров являетсянаиболее простым способом подавления ЭМП в случае не очень высоких требований к эффективности фильтрации, особеннокогда необходима низкая стоимость.

L-С-фильтр (рис. 1б) состоит из одного индуктивного и одного емкостного элементов. В случае низкого импедансаисточника и высокого импеданса нагрузки применяют схему L-С (а). В противоположном случае — L-C (б). Pi-фильтр (рис. 1в) содержит два емкостных и один индуктивный элементы. Он предполагает низкий импеданс какисточника, так и нагрузки. За счет второго конденсатора значительно улучшаются параметры поглощения фильтра.Pi-фильтры не рекомендуется использовать в цепях коммутации. Для таких целей более пригоден Т-фильтр (рис. 1г),предполагающий наличие высоких импедансов источника и нагрузки. Эффективность подавления ЭМП возрастает впоследовательности: С, L-C, Т, Pi-фильтры.

Применяемые в РЭА фильтры различных типов имеют коаксиальную конструкцию, основными элементами которой являютсяпроходной трубчатый или многослойный дисковый конденсатор и безвитковый дроссель в виде токонесущего центральногопроводника, окруженного магнитопроводом (трубкой) из термостабильного феррита. Использование конденсаторовпроходного типа обусловлено тем, что они имеют минимальную собственную индуктивность выводов. Отличительнойособенностью коаксиальной конструкции фильтров является неизменный характер их емкостного и индуктивногосопротивлений в широкой полосе частот.

Разработку и промышленный выпуск помехоподавляющих фильтров осуществляют многие крупные фирмы CША, Европы и Азии:Spectrum control Inc., Erie, Mucon, Potter (CШA), Tusonix (Франция), Oxley Developments Co (Англия), Siemens-Matsushita(Германия-Япония), MuRata (Япония).

Одно из ведущих мест в этом ряду по праву принадлежит концерну АМР Incorporated — общепризнанному мировомулидеру в области электрических и электронных соединительных систем, а также электронных компонентов. Нарядус огромной номенклатурой низкочастотных и радиочастотных соединителей и разъемов фирма AMP выпускает большуюсерию С и L-C-миниатюрных фильтров нижних частот.
C-фильтры фирмы AMP

Схематическая конструкция С-фильтров, а также их частотные зависимости вносимого затуханияпоказаны на рис. 2 [5].


Рис. 2. Внешний вид (а) и частотные зависимости вносимого затухания (б) емкостных фильтров фирмы AMP.
1 - центральный проводник, 2 - паяное соединение, 3 - конденсатор,
4 - покрытие.
Типы фильтров (буквы у кривых) см. в табл.1

Фильтры рассчитаны на номинальный ток до 15 А и номинальное напряжение 100 В постоянного тока в интервалетемператур от -25 до +85°С. Минимальное сопротивление изоляции фильтров, измеренное при постоянном напряжении100 В в течение 2 минут — 500 МОм. Сопротивление постоянному току — не более 0,002 Ом.

Основное назначение емкостных фильтров — применение в качестве помехоподавляющих элементов в многоштырьковыхсоединителях.

Обозначения емкостных фильтров и их параметры приведены в табл. 1.
Таблица 1. Основные параметры емкостных фильтров фирмы AMP N п.п. Типы фильтров Диапазон емкостей, пФ Частота среза, МГц Минимальная величина вносимого затухания, дБ на частотах 25 МГц 50 МГц 100 МГц 300 МГц 500 МГц 1 ГГц 1 СА 4000...10000 1,6 23 29 35 45 49 55 2 СС 1300...2500 5 - 14 25 35 40 45 3 CD 600...1000 10 8 13 19 25 33 39 4 CE 400...600 16 5 10 16 22 29 35 5 CF 240...360 27 3 6 11 17 25 31L-C-фильтры фирмы AMP

Фирма АМР выпускает серию L-C-фильтров военного и гражданского применения [5]. Фильтры имеюткоаксиальную конструкцию и состоят из трубчатого конденсатора, ферритовой втулки и центрального проводника — рис. 3а.Эквивалентные электрические схемы фильтров приведены на рис. 3б,в.


Рис. 3. Общий вид (а) и эквивалентные электрические схемы фильтров частот ниже 1 МГц (б) и выше20 МГц (в).
1 - центральный проводник, 2 - феррит, 3 - конденсатор, 4 - паяное соединение


Рис. 4. Типичные чачстотные зависимости вносимого затухания L-C-фильтров фирмы AMP.
Типы фильтров (буквы кривых) см. в табл. 2, 3.

На частотах до 1 МГц фильтр можно представить в виде сосредоточенного элемента-конденсатора с потерями.При этом индуктивность особой pоли не играет. На частотах выше 20 МГц фильтр уже представляет собойраспределенную схему, включающую емкости, индуктивности и сопротивления (цепочку Pi-фильтров).

Фирма AMP выпускает большое число типоразмеров миниатюрных L-C-фильтров с различным уровнем электрическойемкости для резьбового соединения с корпусами изделий. Все фильтры имеют номинальный ток до 15 А, рабочеенапряжение 125 В в диапазоне температур -55 ё +125°С, напряжение пробоя не менее 375 В, сопротивлениеизоляции более 1000 МОм и сопротивление пocтоянному токy менее 0,002 Ом. Параметры поглощения фильтровразных типов приведены на рис. 4. Измерения величины вносимого затухания были выполнены без нагрузкипри температуре 25°С.


Рис. 5. Общий вид L-C-фильтров Pin-Sleeve Style.

Фирма AMP выпускает 3 конструктивных варианта L-C-фильтров в виде:

  • втулки со стержнем (Pin-Sleeve Style) — рис. 5;
  • втулки, имеющей буртик для фиксации в корпусе изделия, со стержнем (Eyelet Style) — рис. 6;
  • болта со стержнем (Bolt Style) — рис. 7.

Обозначение, основные размеры и масса фильтров двух первых вариантов приведены в табл. 2, 3.Таблица 2. Обозначение, основные размеры и масса L-C-фильтров Eyelet Style N п.п Типы фильтров Фирменное обозначение фильтров Геометрические размеры, мм (рис.5) Масса, г А В С D 1 DA-M 859 626-1 25,4 13,46 5,08 2,92 0,41 2 DB-M 859 627-1 7,11 2,41 3 DB-M 859 637-1 15,24 8,38 2,03 0,34 4 DC-M 859 628-1 25,4 13,46 9,02 1,15 5 DC-M 859 638-1 10,16 5,84 1,27 0,25 6 DG-M 859 668-1 25,4 13,46 9,020,34

Таблица 3. Обозначение, основные размеры и масса L-C-фильтров Pin-Sleeve Style N п.п. Типы фильтров Геометрические размеры, мм(рис.5) Масса, г А В С 1 DA-M 5,08 6,81 9,14 0,36 2 DB-M 7,11 8,89 4,95 0,33 3 DF-M 4 DC-M 9,02 10,54 1,27 0,29 5 DE-M 6 DG-M

Фильтры № 1–5 в табл. 2 и 3 маркируются точкой красного цвета, № 6 — точкой черного цвета. Центральныйпроводник фильтра изготовлен из спла-ва меди и покрыт слоем золота толщиной не менее 0,38 мкм по подслоюникеля толщиной не менее 1,78 мкм.

Рис. 6. Общий вид L-C-фильтров Eyelet Style


Рис. 7. Общий вид фильтров Bolt Style с резьбой 8-32UNC-2A

Диаметр отверстия в корпусе изделия рекомендуется выбирать равным 2,41 ± 0,05 мм для установки фильтраPin-Sleeve Style и 2,97 ± 0,05 мм — для фильтров Eyelet Style. Пайку фильтров в корпуса изделий следуетвыполнять припоем SN-10 (cтaндapт QQ-S-571).
Таблица 4. Диапазон емкостей и частота среза L-C-фильтров разных типов N п.п Тип фильтра Диапазон емкостей, пФ Частота среза, МГц 1 DA-M 4000...8000 2 2 DB-M 3000...5000 3 3 DC-M 1500-3000 5 4 DF-M 160...250 50 5 DG-M 80...125 150

В табл. 4 приведены диапазон емкостей и частота среза для L-C-фильтров разных типов.Фильтры Bolt Style выпускаются с резьбами 8-32UNC-2A и 12-32UNC-2A. Такие фильтры вставляются в отверстиекорпуса изделия и прижимаются с обратной стороны при помощи гайки с шайбой, либо вворачиваются в резьбовоеотверстие корпуса. Центральный проводник фильтров изготовлен из медного сплава и покрыт слоем золота толщиной2,5 мкм по подслою никеля толщиной 1,27 мкм. Общий вид более миниатюрных фильтров с резьбой 8-32UNC-2A показанна рис. 7, а их геометрические размеры и масса — в табл. 5.
Таблица 5. Обозначение, общий вид и масса фильтров Bolt Style с резьбой 8-32UNC-2A N п.п. Тип фильтра Фирменное обозначение Геометрические размеры, мм (рис.5) Масса фильтра, г A B C*, D* E F G 1 DA-M 859 629-1 25,4 14,99 4,7 12,01 3,81 3,81 1,50 2 DB-M 859 630-1 14,58 6,48 8,53 2,39 5,26 1,28 3 DB-M 859 639-1 14,24 9,49 2,03 1,21 4 DC-M 859 631-1 25,1 13,67 8,265,081,573,25 0,52 5 DC-M 859 640-1 12,7 7,32 2,540,43 6 DF-M 859 670-1 25,4 14,58 6,48 8,53 2,39 5,26 1,28 7 DG-M 859 671-1 13,67 8,26 5,08 1,57 3,25 0,52

Фильтры № 1–5 маркируются точками красного цвета на эпоксидном компаунде черного цвета, № 6–7 — точкойчерного цвета на компаунде красного цвета.

Рекомендуемый диаметр отверстия в стенке корпуса изделия — 4,5 ± 0,05 мм для установки фильтров типов DA-M,DB-M, DF-M. Для установки фильтров типов DC-M и DG-M необходимо отверстие с резьбой 8-32UNC-2B.

Диапазон емкостей и частоты среза фильтров Bolt Style приведены в табл. 4, а частотные зависимостивносимого затухания — на рис. 4.
Сравнение фильтров фирмы АМР с аналогами других фирм

Основные электрические параметры фильтров ведущих зарубежных фирм [5–9] отличаются незначительно.Все фильтры имеют величину вносимого затухания (основной параметр поглощения ЭМП фильтром) 45...50 дБ на частоте 1 ГГц и 60...70 дБ на частоте 10 ГГц. Hоминальная емкость фильтров разных типовможет быть выбрана от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч пФ. Номинальный проходной токфильтров составляет от 3 до 15 А. Рабочее напряжение — от 50 до 200 В. Cопротивление изоляции всехфильтров — не менее 1000 МОм, а сопротивление постоянному току — не более 0,002 Ом. Все фильтрыгерметизированы компаундами, поэтому их герметичность (скорость натекания газов через фильтр из окружающейсреды) не регламентируется.

Различие следует искать в конструктивном исполнении, габаритных размерах и массе, в особенностяхмонтажа фильтров в корпуса РЭА, а также в их стоимости. Несомненное преимущество безрезьбовых фильтровфирмы АМР перед аналогичными фильтрами других фирм заключается в их миниатюрности. За счет малыхразмеров фильтры имеют большую величину удельного поглощения (величину вносимого затухания на определеннойчастоте, отнесенную к объему фильтра). Результаты сравнения удельного поглощения миниатюрных безрезьбовыхPi-фильтров c емкостью 1500 пФ, рекламируемых зарубежными фирмами [5–9], приведены в табл. 6
Таблица 6. Удельное поглощение наиболее миниатюрных фильтров зарубежных фирм N п.п Фирма Фирменное обозначение фильтров Объем фильтра, мм3 Удельное поглощение на частоте 1ГГц, дБ/мм3 Источник 1 SIEMENS-MATSUSHITA
(Германия-Япония) В 85313-А-В4 140 0,5 [6] 2 MURATA (Япония) MFC305-801D2A703 70 1,0 [7] 3 TUSONIX
(Франция) 4100-002 45 1,4 [8] 4 SPECTRUM CONTROL
(США-Германия) 51-713-002
51-713-010
1251-001 40 1,8 [9] 5 AMP
(США-Германия) 859638-1
859636-1 25 2,5 [5]

Благодаря миниатюрности и большому удельному поглощению, применение фильтров фирмы AMP наиболеепредпочтительно для современной миниатюризованной РЭА сверхвысоких частот, а также для различныхрадиотехнических и электротехнических устройств с высокой плотностью монтажа.

Литература

  • Ненашев А.П. Конструирование радиоэлектронных средств. — М.:Высшая школа. — 1990. — 432 с.
  • Князев А.Д., Кочиев Л.H., Петров Б.В. Конструирование радиоэлектронной и электронно-вычислительнойаппаратуры с учетом электромагнитной совместимости. — М.:Радио и связь. — 1989. — 224 с.
  • Справочник конструктора РЭА. Общие принципы конструирования/Под ред. Варламова Р.Г. — М. — 1980. — 480 с.
  • Джуринский К.Б. Зарубежные и отечественные миниатюрные фильтры нижних частот для подавления помех в РЭА СВЧ.Справочные материалы по электронной технике. — ГНПП “Исток”. — 1998. — 44 с.
  • АМР filters and filtered connectors. Каталог 82061 фирмы АМР Inc. 10/1994.
  • EMC Components. Short From Catalog SIEMENS MATSUSHITA COMPONENTS. 1997.
  • ’88 MURATA PRODUCTS. Каталог фирмы MURATA MFG Co. Ltd. 1988.
  • Filters EMI-RFI, Filtres capacitifs et condensateurs. Каталоги 0108-02 и 4000Р2 фирмы TUSONIX.
  • EMI Filtering product guide. Innovative EMC solutions. Каталог фирмы SPECTRUM CONTROL Inc. ISO.9001. 1997.

Тел. (095) 926-5506






Рекомендуемый контент




Copyright © 2010-2017 housea.ru. Контакты: info@housea.ru При использовании материалов веб-сайта Домашнее Радио, гиперссылка на источник обязательна.