Фільтри мережевих перешкод. Як зробити мережевий фільтр своїми руками. Фільтри в ланцюгах харчування понад великих інтегральних схем процесорів, чіпсет "ов, модулів пам'яті

1. Згладжують LC-фільтри
2. Так що ж купуючи?
3. Вибір конденсаторів згладжуючих фільтрів
4. Порахуємо?
5. Так що ж купуючи?
6. Грамотні виробники повинні були все передбачити!
7. За роботу!
8. Скажи мені, хто твій ворог
9. блокувальний конденсатор
10. дросель
11. синфазних трансформатор
12. Два маленьких компаньйона
13. Антізвон
14. Розриваємо контур заземлення
15. збіраємо
16. А ще краще - можна?

Фільтри використовуються для згладжування пульсацій випрямленої напруги. Найпростішим фільтром є конденсатор великої ємності, що підключається до виходу випрямляча. Зазвичай в цій іпостасі використовують оксидні (електролітичні) конденсатори ємністю від декількох десятків до декількох тисяч микрофарад.
Однак ступінь згладжування пульсацій випрямленої напруги ємнісним фільтром при великих токах навантаження виявляється недостатньою.
Для підвищення рівня згладжування пульсацій випрямленої напруги до виходу випрямляча підключають більш складні фільтри, до складу яких крім конденсаторів входять резистори, дроселі, електронні лампи або транзистори. Щоб визначити, який фільтр краще, вводять спеціальний параметр - коефіцієнт згладжування. Він розраховується як відношення коефіцієнта пульсацій на виході фільтра (Кр вих) до коефіцієнта пульсацій на його вході (Кр вх):
Кс = Кр вих / Кр вх
Найбільш простим є Г-подібний реостатно-ємнісний фільтр, що складається з резистора R1 і конденсатора Сф1

У разі смуги пропускання існує смуга частот, в якій сигнал не послаблює. Також для випадку смугового фільтра приклад схеми показаний на малюнку. Аналізовані фільтри мають загальну характеристику для пасивних компонентів. Однак існують і інші типи фільтрів, виконані з активними компонентами, зокрема з операційними підсилювачами, здатними отримувати набагато більш точні результати з точки зору точності частоти відсічення, імунітету до теплових коливань і посилення смуги пропускання.

Представляючи безсумнівні переваги в порівнянні з пасивними фільтрами, також з точки зору виробництва, для простоти схеми, дизайну, вартості, розміру, продуктивності, вони переважають в низькочастотному полі і особливо в звуковому секторі. Конструкція активних фільтрів здійснюється за допомогою процедури синтезу, яка, починаючи з необхідною кривої частотного відгуку, визначає положення полюсів і нулів відповідної передавальної функції і, нарешті, визначає схему, яка її виконує.

На малюнку показаний також конденсатор С1, включений на виході випрямляча. Про призначення цього конденсатора сказано в попередньому параграфі.
Резистор R1 і конденсатор Сф1 утворюють дільник напруги пульсацій, що виникають на виході випрямляча (конденсатора С1). У скільки разів опір конденсатора Сф1 менше опору резистора R1 току пульсацій, у стільки ж разів напруга пульсацій на конденсаторі Сф1 буде менше, ніж напруга пульсацій на конденсаторі С1.
Зменшити напругу пульсацій на навантаженні при заданій ємності конденсатора Сф1 можна шляхом збільшення опору резистора R1. Але оскільки через R1 протікає постійна складова випрямленої струму, на резисторі втрачається частина випрямленої напруги, і напруга на навантаженні (на конденсаторі Сф1) виявляється менше, ніж напруга на виході випрямляча (на конденсаторі С1).
Якщо коефіцієнт згладжування одноланкового RС-фільтра недостатній, т. Е. Амплітуда пульсацій в випрямленій напрузі занадто велика, застосовують дволанковий RС-фільтр. В такому фільтрі загальний коефіцієнт згладжування дорівнює добутку коефіцієнтів згладжування окремих ланок R1CФ1 і R2CФ2.

Як ми побачимо, ця характеристика є дуже значний технологічний стрибок у порівнянні з пасивними осередками. Що стосується пасивних фільтрів, то навіть у разі активних інгредієнтів найпростішим типом фільтру є тип нижнього проходу. Цей тип фільтра характеризується модулярних, тобто можна каскадировать багато подібних осередки, щоб збільшити порядок фільтра.

Цей осередок має передавальну функцію типу. Також для інших типів фільтрації, тобто високих частот, смуги пропускання і смуги, активна технологія пропонує безліч можливостей. Як і у випадку з низьким проходом, елементом, з яким виконуються операції алгебри, є операційний підсилювач. На малюнку 7 наведено приклад високочастотної осередку другого порядку.

Згладжують LC-фільтри

Для збільшення ККД і зменшення втрат випрямленої напруги на елементах фільтра широко застосовуються індуктивно-ємнісні (LC) фільтри. На малюнку зображений однозвенной Г-подібний LC-фільтр, що складається з дроселя ДР1 і конденсатора Сф1.

Перш за все, добре пам'ятати, які причини можуть змусити вас вибрати цифровий фільтр. Перш за все, на фільтр такого типу менше впливає шум, оскільки схема не є дискретною і немає відкритих доріжок, які несуть відфільтровану інформацію. Також споживання струму значно менше, тому що поглинання мікро не змінюється і немає резисторів або інших струмів через зовнішнього функціонування. Останнім показником, який слід мати на увазі, є відсутність дрейфу характеристик з температурою і абсолютною недостатністю старіння: як відомо, конденсатори або резистори, з якими виготовлені дискретні фільтри, схильні до зміни їх характеристик в залежності від температури роботи і часу.

Цей фільтр відрізняється від одноланкового RС -фільтра тим, що резистор R1 замінений дроселем Др1. Дросель має більший опір змінному струмі і малим опором постійному струму. В результаті напруга пульсацій, наявних на виході випрямляча, перерозподіляється на дільнику Др1Сф1 таким чином, що основна його частина падає на дроселі і несуттєва - на конденсаторі Сф1. У той же час через малого опору дроселя постійному струму напруга на виході фільтра буде мало відрізнятися від напруги на виході випрямляча, т. Е. ККД LC-фільтра буде вищою, ніж ККД RС -фільтра.
Для збільшення коефіцієнта згладжування можна послідовно з однією ланкою LC-фільтра включити точно таке ж друга ланка.
Зменшити напругу пульсацій на виході одноланкового LC-фільтра можна також, якщо паралельно дроселя ДР1 включити паперовий конденсатор С2, який разом з індуктивністю дроселя ДР1 утворює паралельний коливальний контур. Опір контуру на резонансній частоті значно вище опору дроселя. Тому, якщо ємність конденсатора С2 вибрати такий, щоб резонансна частота контуру С2Др1 дорівнювала частоті пульсацій (50 Гц при однополуперіодним випрямленні або 100 Гц при двопівперіодним випрямлянні), велика частина напруги пульсацій виділиться в цьому контурі і незначна піде в навантаження.

Існує два типи цифрових фільтрів: фільтри з кінцевим імпульсним відгуком і фільтри з нескінченним імпульсним відгуком. Відповідь імпульсного фільтра завжди і, проте, обмежений за значенням і часу, тому ці фільтри завжди і завжди сходяться. Конкретна формула виглядає наступним чином. Ясно, що чим більше необхідних кранів, тим більше складність фільтра. Саме ці елементи визначають вагу, вплив, яке кожен зразок попередніх входів надає на поточний вихід. існують різні методи фільтрації, які ми обговоримо пізніше, що дозволить нам краще обчислити ці коефіцієнти.

Для згладжування пульсацій випрямленої напруги в кілька одиниць або десятків вольт широко застосовуються фільтри з транзисторами. Одна зі схем такого фільтра показана на малюнку.

Для пояснення принципу роботи цієї схеми нагадаємо, що якщо напруга бази транзистора (в даному випадку на резисторі R2) збільшується по відношенню до напруги емітера, то струм, що протікає через транзистор, зменшується. Зменшення струму рівносильно збільшенню опору транзистора. Якщо на вхід фільтра надходить постійна напруга, то напруга між емітером і базою також буде постійним, і, отже, постійним буде напруга на виході фільтра. При наявності пульсацій в випрямленій напрузі (на затискачах 1-1) на резисторі R1 створюється також пульсує напруга. При збільшенні напруги на вході фільтра підвищується і напруга на резисторі R1. Це збільшення напруги через конденсатор С2 подається на базу. Напруга бази зростає, що призводить до збільшення опору транзистора. Зростання опору транзистора викликає зменшення зміни струму в ланцюзі. І навпаки, при зменшенні напруги на вході фільтра знижується і напруга на резисторі R1. Це зменшення напруги передається на базу транзистора і знижує його опір. Таким чином, дана схема як би стежить за всіма швидкими змінами напруги на її вході і регулює опір транзистора проходить через нього струму так, що вихідна напруга фільтра змінюється значно менше, ніж напруга на його вході.
Недоліком даної схеми є те, що частина напруги марно витрачається на резисторі R1, внаслідок чого напруга на виході фільтра виявляється меншим, ніж на вході. Тому частіше застосовують іншу схему транзисторного фільтра. Згладжування пульсацій в ній відбувається за рахунок відмінностей в опорах транзистора для постійного і змінного (пульсуючого) струмів: опір транзистора змінному струмі в тисячу і навіть десятки тисяч разів більше, ніж постійному струму. Внаслідок цього постійна складова напруги передається через такий фільтр майже без ослаблення, в той час як змінна складова (пульсації) мало не вся виділяється на транзисторі і на вихід фільтра ледь надходить.

Так що ж купуючи?

Припустимо, що ми працюємо з кількома відводами, рівними. У цьому випадку формула, яка буде використовуватися, буде наступною. Цей факт може привести, як відомо, до резонансів, які перед імпульсним входом дають вихід, значення якого ніколи не сходиться до 0 і навіть може розходитися в абсолютному значенні. Серійна формулювання цих фільтрів наступна.

Які причини, які спонукають нас вибирати той чи інший тип? Останнє, отже, легко спотворюється по частоті. Цифру в цьому відношенні. На практиці, при відкритті, програмне забезпечення запитує, який фільтр ви хочете зробити. Очевидно, що більш суворим є вимога, щоб фільтр був складніше згенерувати фільтр, так як він вимагає дуже високого нахилу до переходу між двома частотами. Іншими параметрами, які потрібно вставити, є максимальна пульсація, необхідна в аттенюірованнимі смузі і в смузі пропускання.

Вибір конденсаторів згладжуючих фільтрів

Як уже зазначалося, чим більше ємність конденсатора, тим він краще згладжує пульсації випрямленої напруги, тому в фільтрах застосовують електролітичні конденсатори, що володіють при малих габаритах і вазі великий ємністю. Ємність конденсатора фільтра може становити десятки, сотні і навіть тисячі микрофарад (мкФ). Чим більший струм споживає навантаження, тим більшу ємність повинні мати конденсатори фільтра. Для отримання значної ємності замість одного конденсатора можна застосовувати кілька паралельно включених.
Іншим важливим параметром, за яким вибираються конденсатори фільтра, є його робоча напруга, який мав би бути менше, ніж випрямлена напруга. Якщо, наприклад, випрямлена напруга становить 30 В, а для його фільтрації використовується електролітичний конденсатор з робочою напругою 25 В, може статися пробій конденсатора, в результаті чого, його опір впаде майже до нуля і піде коротке замикання вихідний ланцюзі випрямляча, яке викличе різке збільшення струму, що протікає через діоди і вторинну обмотку трансформатора.
При збільшенні струму можливі вихід з ладу випрямних діодів або перегорання вторинної (або навіть первинної) обмотки трансформатора.

Малюнок. Після того, як цей вибір був зроблений, програмне забезпечення пропонує деякі з найбільш відомих методів для вікна фільтра, тобто для реального вибору технології фільтрації. Серед найбільш відомих - прямокутна техніка - Хемминга, Гаусса і Кайзера. Останній, для розглянутого прикладу, пропонує ефективне фільтруюче рішення з цілою низкою відводів. Як тільки обраний метод обробки, програмне забезпечення виявляє всю свою енергію, яка генерує деякі форми хвиль, які характеризують фільтр.

Наприклад, генерується характеристика частотного фільтра, інакше відомого як спектр, як це видно на малюнку. Як видно, цей фільтр має хороший нахил, але залишкова пульсація в що проходить смузі і досить значне перевищення характеристики. Вибравши фільтрацію Хеммінга, результат буде дорівнює рис. 13, кращий за попередній, але за рахунок більшої кількості кранів. Очевидно, що компроміс лежить між необхідної добротою і обчислювальним вагою, який може бути зарезервований для фільтра.

В останні роки ваш HiFi або навіть High-End аудіо комплекс все менше радує детальністю, соковитістю і прозорістю звучання? Ви роздумуєте оновити всю систему? Або ви вже підшукуєте якісний мережевий фільтр ? Якщо останнє - ви на вірному шляху 😉

Порахуємо?

У цьому столітті кількість джерел електромагнітних завад в наших будинках зростає по експоненті. Озирніться, спробуйте порахувати, скільки на вид нешкідливих легких і маленьких зарядних пристроїв, економічних ламп, "електронних трансформаторів" для галогенок, комп'ютерів, принтерів, і іншої електроніки з живленням від мережі і / або всілякими "Зрадник" прийшло в ваш будинок за останнє десятиліття ? Пальців не вистачило, навіть разом з ногами, дружиною і ... то-то! 🙂

Сьогодні мабуть 95% джерел електроживлення побудовані на базі високочастотного перетворювача і не використовують старі громіздкі і важкі, що гудуть трансформатори на 50 (60) Герц. Ура, партія зелених торжествує: більшість таких перетворювачів дуже економічні, компактні і ... кожен такий імпульсний блок живлення а) свистить на частоті перетворення і гармониках і б) створює кидки зарядного струму у вхідному випрямлячі (вельми широкосмуговий перешкода - і прямо в мережу) .

В по-справжньому якісних (і дорогих) імпульсних джерелах живлення з перешкодами борються досить успішно, але все одно недостатньо, щоб весь вироблений ними електромусор залишився непомітним для чутливих вух меломана. Так що там меломани ... У нас в будинку старий добрий 39-мегагерцовий радіо-телефон. Поступово він почав гудіти і дзижчати так, що я серйозно збирався змінити апарат. Але користуємося ми їм відносно рідко і проблема одного разу зважилася сама собою, коли я в гонитві за красивим звуком повирубал геть усе імпульсні блоки живлення укупі з комп'ютерами в будинку. Після того експерименту, до речі, і з'явилися у нас ось ці.

Так що ж купуючи?

У цій статті я не підкажу, який мережевий фільтр треба купувати. Причини дві: за розумні гроші я не зустрічав адекватних фільтрів; а ті фільтри, що я міг би порекомендувати - коштували зовсім безглуздо, та й місця займали багато більше, ніж виконувана ними функція того вимагає. Проте рішення існує: для умілих рук - збирати фільтри самому, і я постараюся роз'яснити його роботу настільки, що будь-який, хто дружить з паяльником, зможе забезпечити свою апаратуру адекватним захистом від електромагнітних перешкод, що проникають з мережі живлення. Якщо ж ви не маєте можливості, або бажання дихати каніфоллю - покажіть статтю товаришу, який зможе вам допомогти.

Грамотні виробники повинні були все передбачити!

Фіг вам! (Хата така індіанська (с) кіт Матроскін)

Відкриваємо CD-програвач, куплений свого часу за шість сотень "зелених". І що ми бачимо: рудиментарний мережевий фільтр тут є, але на жаль, лише намальований шелкографией на платі, на дроселі і конденсаторах заощадили. Цілком допускаю, що в їхніх кімнатах прослуховування, з ідеальною фільтрацією харчування, фільтр той був і не потрібен - не почули "гуру" різниці від відсутності фільтра. Ну і внесли "рацуху" - пішов апарат в маси голенький і беззахисний супротиву нового покоління електронних будинків ...

За роботу!

В принципі, якісні фільтри промисловість випускає. Тільки стоять вони знову ж дорогувато. Такі собі повністю екрановані коробочки з схемку на боці. Катушечки там, конденсаторчик. Давайте ж розберемося, що там для чого, і зберемо самі з доступних деталюх. До речі, в піку аудіоманьякам я стверджую, що грамотний мережевий фільтр в пристрої, зібраний з якісних звичайних (НЕ аудіофільскій) компонентів - набагато ефективніше і "звучить" краще, ніж будь-які самі езотеричні кабелі живлення, а так само і більшість "аудіофільскій" же фільтрів харчування. Сперечаємося? 😉

Скажи мені, хто твій ворог

1) Диференціальне напруга перешкоди. Це такий "шкідливий" сигнал, який приходить разом з "корисним" напругою живлення (або сигналом), його вимірюють між двома сполучними провідниками, "гарячим" і "загальним" проводами, або простіше кажучи - між двома шинами харчування.

2) Синфазное напряжение перешкоду. Цей сигнал вимірюється между корпусом приладнав (землею) и будь-Якім з'єднувальнім провідником. Особливість цієї перешкоди в тому, що вона буде ідентична на обох проводах харчування, тобто на відміну від диференціальної перешкоди її не впіймати між проводами і вона просочується всередину в обхід звичайних фільтрів.

блокувальний конденсатор

Конденсатор шунтирует диференціальні ВЧ перешкоди і не пускає їх далі в апарат. Треба не забути розрядити його при виключенні апарату, а то взявшись ненавмисно за вилку можна отримати досить відчутну "мотивацію". Для цього ставимо резистор, мирно гріється в нормальному режимі роботи. Ох не водити мені дружби з "зеленими" ...

дросель

Індуктивність (звичайний невеликий дросель) формує вже Г-подібний LP фільтр з спільно з конденсатором. Конкретна частота зрізу фільтра нас не дуже цікавить. Дросель товстіший (аби був розрахований на _постоянний_ ток в кілька разів вище струму, споживаного апаратом), конденсатор побільше на напругу не менше 310 вольт - і всі задоволені.

синфазних трансформатор

Обмотки в такому трансформаторі ідентичні і включені зустрічно, таким чином він безперешкодно пропускає все, що приходить як різниця потенціалів між L і N. Інакше можна пояснити так: нормальний струм навантаження створює зустрічні ідентичні поля в осерді, які взаємно компенсуються. Тоді навіщо це все - запитаєте ви?

Сердечник такого трансформатора залишається неподмагніченним основним навантаженням. Якщо ж уявити собі дроти живлення L і N разом як один провід - то ми маємо чималу індуктивність на шляху вже синфазної перешкоди, тобто всього того, що наводиться на обох проводах одночасно. Провід ж ті, будь то звичайний кабель живлення за долар, або екзотичне аудіофільских диво - суть антена, яка приймає і станцію "Маяк", і все, що випромінюють домашні електронні вонючки. Усередині ж аудіо агрегату нам і синфазна перешкода ні до чого: через ємнісний зв'язок вона може проникати в кішочкі наших улюбленців вельми агресивно.

Два маленьких компаньйона

Два маленьких конденсатора в компанію синфазному трансформатору. Вони закорачивается на захисне заземлення саме синфазну перешкоду і створюють вже укупі з синфазним трансформатором теж свого роду Г-подібний фільтр для синфазної перешкоди, не пускають її далі в апарат. Без них синфазна перешкода, нехай і зустріла на своєму шляху чималий опір нашого трансформатора - все одно піде шукати свою жертву всередину апарату.

Антізвон

Антізвонная ланцюжок, або RC-ланцюг Цобеля. Кілька містичний звірок, але дуже корисний. Тут спільно з первинною обмоткою трансформатора в апараті ми формуємо коливальний контур з низькою добротністю, щоб "спіймати" то, що "вискочить" з первинки при відключенні харчування. Іскрогасник. Захист решти фільтра і самого трансформатора від ЕРС самоіндукції при відключенні в невдалий момент (при великому струмі через первинку). Він так само вносить свою лепту в переклад ВЧ перешкод в тепло.

Не було б конденсатора - такий низькоомним резистор просто вибухнув би від напруги мережі. Не було б резистора - отримали б щодо високодобротних контур спільно з первинним і / або дроселем фільтра.

Інший погляд: привносимо чисто резистивную і вельми низкоомную складову імпедансу навантаження на ВЧ ... Хто може пояснити краще - ласкаво прошу, розміщу "в книжку" зі збереженням авторства 😉

#ground_loop

Розриваємо контур заземлення

Резистор в паралель із зустрічно включеними діодами. В іншій версії це міг би бути дросель. Включено це справа між захисним заземленням і корпусом приладу. Навіщо, запитаєте ви - це, начебто, до фільтрації перешкод ніякого відношення не має? Давайте розбіратіся.

Зустрічно включені діоди успішно закоротити будь-яку Потужнострумові витік всередині корпусу приладу (коротун який, пробій) на захисне заземлення. Тим самим ми дотримуємось вимог техніки безпеки: в разі аварії на корпусі приладу не повинно з'явиться небезпечного для життя і здоров'я людини напруги. При цьому діоди "розривають" ланцюг для невеликих напруг.

Резистор створює шлях для невеликих струмів. Якби його не було, а нутрощі приладу непогано відв'язані від землі, то навіть невеликі витоку створювали б надлишковий розмах напруги на корпусі щодо землі, і через ємнісні зв'язку це все проникало б в прилад.

Так для чого ж все-таки "відв'язувати" захисну землю від корпусу? Справа в тому, що на захисному заземленні можуть наводитися напруги: наприклад тієї самої синфазной перешкодою, що ми відфільтровує. Так само, на жаль, нерідко зустрічається така розводка мережі, коли захисне заземлення одночасно є і поворотним проводом для власне напруги мережі. У цьому випадку навіть на невеликому опорі проводки чималий струм споживання створює відчутне падіння напруги. Всі ці фактори можуть "розігнати" в нормальних умовах до десятків і навіть сотень мілівольт різниці потенціалів між захисними заземленнями різних агрегатів. Тепер, якщо ми передаємо аудіо-сигнал через з'єднання, заведені одним проводом на корпус (RCA роз'єми "дзвіночки", на жаль так популярні в побутовому HiFi), то ця сама різниця потенціалів між корпусами приладів буде безпосередньо замішана в сигнал.

Разом, одв'язуючи корпус приладу (а в більшості випадків це означає - і сигнальну землю оного) від захисного заземлення, ми тим самим відчутно зменшуємо заміс будь-яких "дивацтв", що можуть трапитися в розетці - прямо в сигнал. Звичайно ж, поважаючий себе любитель якісного звуковідтворення буде використовувати виключно балансні з'єднання, імунні до синфазної перешкоди. Тільки, на жаль, у мене ще не все апарати з'єднані виключно балансними кабелями. А як з цим справа йде у вас, шановний читачу? 😉

збіраємо

Вимикач живлення прибудований за принципом - де менше іскра буде. В іншому фільтр не сильно відрізняється від того, що ставлять в дорогих комп'ютерних блоках харчування. До речі, звідти ж можна і детальками розжитися.

Той фірмовий апарат, що я згадав на початку статті, теж отримав свою дозу фільтрації, подробиці.

А ще краще - можна?

Можна, можливо! Екстремали включають "зустрічно" величезні трансформатори і фільтрують все в низьковольтної частини. Результат дещо краще, бюджет - на порядки вище.

Або можливо, ви захочете подарувати своєму найкращому другові - меломанові недорогий подарунок, за який він буде вам щиро вдячний? 😉 Зважте всі за і проти, і прийміть вірне рішення! .

This entry was posted in, by. Bookmark the.

Коментарі ВКонтакте

154 thoughts on "Мережевий фільтр для аудіо - своїми руками"