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第五章 无源的消干扰组件 本章主要介绍的消干扰组件包括： 滤波器；过电压保护器；光耦合器和光导线；隔离变压器。 电磁屏蔽同样是无源的消干扰组件，因为它的作用大，将在下一章专门讨论。 5.1 滤波器 ·无源滤波器是电路里使用得十分普遍的一种消干扰组件。 ·它主要由电容、电感或电容、电感的组合构成。 ·把它们放在电源和负载之间，利用它们对不同频率表现出不同的阻抗的特性，使有用信号能顺利通过，使干扰信号得到衰减或消除。 ·实际上滤波器相当于一个分压器，它对不同频率的电压有不同的分压比，对有用信号，其分压比接近于1；对干扰信号，其分压比越大越好（输出电压越小）。 滤波器的消干扰效果（1.3.3节）用滤波阻尼aF表示， ； U1 滤波器前的干扰电压；U2 滤波器后的干扰电压。 aF不仅与滤波器本身的参数有关，还与电源和负载的阻抗有关。 例如，仅有一个电容器的滤波器。假定U1的频率比U0的频率高得多。 选择适当的C，忽略C对U0的衰减， 如果C选得太大，则传到负载的U0也会有所下降。又例如在电路里串联一个电感L，也可以起到滤波的作用。 如果电源的阻抗ZQ太小，就不能起分压的作用， 那么可以串联适当的电感。 ▲这里需要提醒的是：aF是频率的函数；aF不仅决定于滤波器的参数（L，C），还决定于电源和负载的阻抗（ZQ，ZE）。 ▲有些工厂开发了一些常用的滤波器，例如电源滤波器。在其产品说明上不可能提供不同电源和负载阻抗下的aF，常常提供“插入衰减”。它是这样确定的：选择一个系统（匹配系统）， 其中， （50，60，75?等）。测出，然后插入滤波器（代替电源），测出U2。 ▲定义： 为该滤波器的“插入衰减”。 “插入衰减”对评价同类滤波器时，有其实际价值。但当接入实际使用时，并不能表示真正的衰减效果。 5.1.1 抑制共模干扰和差模干扰的滤波器 在1.4节里，我们说明了共模干扰和差模干扰的含义。 共模干扰：出行在单根信号线和中性线（或地线）之间，uic不形成与有用信号u0串联的干扰电压。 差模干扰：出现在电流回路的来和去引线之间，uid与有用信号u0串联。 在一定条件下（例如频率增高，杂散阻抗显示作用），共模电压会部分或全部转化为差模电压，共模/差模－转换因子为GGKF。 因此在对一个电路设置滤波器抑制干扰的时候，不仅要注意到抑制差模干扰，还要注意到抑制共模干扰。在考虑抑制共模干扰时，不仅要注意一根信号线，还应该注意到二根信号线。根据以上两条，对一个电路可看成：（只画出干扰源，不画出有用信号源） 如果用电容器进行滤波， 那么不仅要在工作电流回路 的往返导线之间（即L1和 N之间）设电容CX（抑制 差模干扰），而且还要在工 作电流回路的导线与 保护接地（即L1、N 与PE）之间设电容CY（抑制共模干扰）。 如果左侧的源阻抗太大（则将要求极大的C，也会抑制有用信号），而需要加设串联电感来提高源阻抗，是衰减增强。那么在工作电流回路往返两根导线上都应串联电感，既抑制差模干扰又抑制共模干扰。滤波器元件（L，C等）的参数如何选择？一定根据具体电路的源阻抗、负载阻抗、滤波衰减要求，干扰信号频率等因素来确定。对此我们不具体展开。下面以常用的电源滤波器为例，介绍一些除以上因素以外，还应注意的问题。 （1）通过强电流的滤波器，其所用的滤波电容区别为X（级）电容器－接在工作电流回路的往返导线之间（CX），Y（级）电容器－接在工作电流回路导线与保护接地之间（CY）。 （2）Y电容器的电容CY不能太大。正常工作时，仪器外壳接地，这时左侧CY两端有电压220V， 有电流流过CY，这个电流不是 工作电流，而是泄漏电流，这 个CY相当于和仪器的绝缘并联。 如果仪器的外壳和接地端断开， 这时外壳将带电（如果两个CY 相同，则外壳电压为110V）。这 时，如果站在地面 上的人触及外壳， 则通过CY的电流 将通过人体进入大 地，形成触电。 人体电阻≈2k?，如CY＝1μF， 在50Hz时，XC≈3.2k?， ， 人体流过10mA以上的电流可 能致命。CY太大了。如果取 CY＝0.01μF，则i可限制到0.58mA， 所以CY上限为数千～数万pF。 如果这个CY不足以抑制共模干扰，则应附加串联电感。 （3）为了抑制共模干扰，有时需要较大的串联电感，而串联电感过大又不利于有用信号的传递。这时可采用“电流补偿型扼流圈”（即我们在3.1.2节中说的中和变压器）。 对工作电流，磁通抵消，对共模干扰电流，表现出电感。 5.1.2 滤波器的谐振 有几种谐振的可能，（1）滤波器本身有电容、电感等组成，在一定频率下会出现谐振。出现（接近）谐振时，出现负的滤波阻尼aF，即非但不能使干扰衰减，反而形成“插入增益”。（2）插入滤