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电磁场与电磁兼容
试验报告
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5月28日
试验四 电源滤波器插入损耗仿真试验
试验目的
通过对电源滤波器根本电路的仿真试验,把握电源滤波器构成以及各器件的功能和作用,理解滤波器EMI防护原理。
试验原理和内容
试验原理图:
图 SEQ 图 \* ARABIC 1电源滤波器电路图
电源滤波器是一种多级差模和共模低通滤波器级联的应用实例,它可同时滤去差模和共模两种模式的高频噪声。
图1所示为电源滤波器的原理图。L1和L2是差模电感扼流圈,电感量一般选取几十至几百毫亨,C1是差模滤波电容,一般选取0.047~0.22uF,L3和L4是共模扼流圈,电感量约为几毫亨,绕在同一个铁氧体环上,C2和C3是共模滤波电容,电容量一般选取几纳法。
插入损耗计算公式:
图2 共模扼流圈
试验内容:
使用EWB或Multisim等电路仿真软件,对电源滤波器进行仿真,通过转变器件参数、输入阻抗、输出阻抗等条件,观看插入损耗的变化,并对试验结果进行分析。
试验步骤
设计电源滤波器电路
依据图1的电路图,在仿真软件中建立仿真模型电路
如以下图2、图3分别为共模、差模插入阻抗测试电路。
图2 共模插入阻抗测试电路
图3 共模插入阻抗测试电路
仿真滤波器的频率响应
针对共模电路和差模电路分别进行仿真,分析不同频率下的输出信号。
1〕把握输入频率分别等于1kHz, 10kHz, 20kHz, 100kHz,观看示波器的输出波形。
2〕转变L1 L2的参数、C2 C3的参数,观看频率响应曲线的变化。
仿真计算滤波器共模插入损耗
仿真计算滤波器差模插入损耗
试验数据和结果分析
1、共模电路仿真结果
1〕函数发生器参数设置截图
通过转变函数发生器的频率参数来调整频率。
选用变压器代替共模扼流圈,但是选用的变压器并不是抱负变压器,因此更改其中一些参数如下:
2〕不同频率仿真结果:
f=100Hz f=1kHz f=9kHz
f=10kHz f=20kHz f=100kHz
从仿真结果可以分析出,当输入频率在肯定低频范围内增大时,输出并不消灭衰减,反而随着频率的增大而增大;当输入频率到达很高的频率范围时,输出随着频率的增大而衰减。可见,共模电路的高频特性很好。
3〕转变器件参数:
a. 只转变L1、L2电感值时,仿真结果如下:
L1=L2=50mh L1=L2=100mh L1=L2=500mh
从仿真结果可以看出,增大L1、L2的电感,截止频率变小,能更好地衰减高频干扰信号。
b. 只转变C1的电容值时,仿真结果如下:
C1=0.047uf C1=0.1uf C1=0.5uf
从仿真结果可以看出,转变C1电容对截止频率几乎无影响。
c. 只转变C2、C3的电容值时,仿真结果如下:
C2=C3=1nF C2=C3=5nF C2=C3=10nF
从仿真结果可以看出,增大电容C2和C3,高频信号的截止频率减小。
4〕计算共模损耗
原始参数未转变时
此时选取明显发生了损耗时的频率值15kHz,并在示波器上读取两通道电压值。
增大L1=L2=500mh 增大C2=C3=10nF
计算共模插入损耗:
未转变器件参数时,S=20lg(U0/Ui)=-2.2dB;
L1、L2为500mh,S=20lg(U0/Ui)=-26.8dB;
C2、C3为10nF,S=20lg(U0/Ui)=-11.0dB;
可见增大L1、L2,增大C2、C3,插入损耗均会增大。
2〕不同频率仿真结果:
f=100Hz f=1kHz f=1.5kHz
f=2kHz f=3kHz f=10kHz
从仿真结果可以分析出,当输入频率在肯定低频范围内增大时,输出并不消灭衰减;当输入频率到达某一频率范围时,输出随着频率的增大而衰减。当输入频率到达高于正常频率值时,输出信号几乎完全被抑制。
3〕转变器件参数:
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