2.5.1 滤波器的特性与分类
滤波技术的基本用途是选择信号和抑制干扰，以这两种不同功能为目标而设计的网络分别称 为信号选择滤波器和电磁干扰滤波器（EMI 滤波器）。
实践表明，即使一个经过很好设计并且具有合适的屏蔽与接地措施的系统，也仍然会有传导 干扰发射或有传导干扰进入此系统。滤波是压缩信号回路干扰频谱的一种方法，当干扰频谱的成 分不同于有用信号的频带时，就可以用滤波器将无用的干扰过滤减小到一定程度，使传出系统的 干扰不至于超出给定的规范，使传入系统的干扰不至于引起系统的误动作。滤波器将有用信号和 干扰频谱隔离得越充分，它对减小有用信号回路内干扰的效果就越好。因此，恰当地设计选择和
多层陶瓷盘状阵列电容器
铁氧体磁珠
正确地使用滤波器对抑制传导干扰是极为重要的。实际中，电磁干扰滤波器（EMI 滤波器）主要 应用于以下一些场合：
① 在高频系统中，用于抑制工作频带以外的任何频带上的干扰；
② 在各种信号电路中，用于抑制频谱成分不同于有用信号频谱的干扰；
③在电源电路、操纵电路、控制电路和转换电路中，用于抑制沿这些电路的干扰。
但有一点要说明，滤波器在许多情况下只是作为一种临时的措施，用于弥补先前设计不周所 带来的缺陷。在设计初期进行周密考虑，往往可以避免使用这类临时引入的滤波器。例如，充分 地满足电路的线性要求有可能避免使用谐波滤波器，改进延迟电路的隔离性可以避免使用瞬变抑 制滤波器，等等。由于电磁干扰滤波器的可靠性一般低于屏蔽和接地，加之成本因素的考虑，实 践上应尽量减少使用作为临时措施的干扰滤波器，只有在绝对必要时才引入它。
滤波器的设计既可以用电抗组件实现，也可以用吸收组件实现，前者将不需要的干扰信号反 射回去，后者将不需要的干扰信号吸收掉。
滤波器的主要特性参数有额定电压、额定电流、输入输出阻抗、插入损耗、功率损耗、相位 延迟、重量大小、可靠性、工作温度和其他环境条件等。其中最重要、最有意义的是作为频率函 数的插入损耗。插入损耗定义为：
1 2
20 lg
in
L V
= V
（2.18）式（2.18）中，
V 和 V
1 2 分别为接入和不接入滤波器时信号源在接收端（负载阻抗上）建立的 电压。插入损耗的大小是随工作频率的不同而变化的，通常把插入损耗随频率的变化曲线称为滤 波器的频率特性。按频率特性，可以把滤波器大体分为低通、高通、带通、带阻 4 种类型滤波器，如图 2.13 所示。
图 2.13 4 种滤波器的频率特性
（a）低通滤波器 （b）高通滤波器
（c）带通滤波器 （d）带阻滤波器
fc f fc
f
fc1 fc2 f fc1 fc2 f
当然，滤波器也可以按其他原则分类。例如，按滤波机理分，可分为反射型滤波器和吸收型
图 2.14 滤波器连线的布置
图 2.16 所示。三端电容器通过合理利用引线电感，使构成的滤波器的高频特性得到极大改善。当 应用在源阻抗和负载阻抗都比较低的电路中时，在上面两根引线上串两个磁珠将进一步增大引线 的电感， 从而提高其滤波效果。 三引线结构能将小磁盘电容频率范围从 50MHz 以下扩展到 200MHz 以上，这对于抑制 VHF 频段的干扰是很有用的。为了获得最好的效果，在使用时应将中间的导线
（地线）直接接到低电感地上，否则这根引线上的电感将破坏电容器的滤波效果。
（a）两端电容器 （b）三端电容器
图 2.16 三端电容器示意
（2）馈通电容器。这种电容器通过将其外表面直接用焊接或螺纹的方式接到金属屏蔽体或面 板上而构成电容器的接地，如图 2.17 所示。由于地电流分散在中心导体周围 360 度的范围内，因 此实际上不存在电感，电容可以在 GHz 以上的频域内保持良好的性能。通过将陶瓷金属化，并增 加一个磁珠，以增加穿心导体的电感，便可构成p型滤波器。若要在 UHF 或更高的频段内获得良 好的滤波效果，特别是要保护屏蔽体不被穿透，必须使用馈通电容器。馈通电容器的电容值和电 压值可以在很宽的范围内选择，但其价格随着电容值的增大而上升。
（a）简单电容器 （b）p型电容器
图 2.17 馈通电容器示意
（3）片状电容器。这种电容器的引线电感几乎为零，使它总的电感可以减小到只有组件本身 的电感效应，而组件本身的电感通常只有传统电容器引线电感的 1/5～1/3，因此，其自谐振频率 可以达到同等容量的带引线电容器的 2 倍以上。这就决定了片状电容器可以作为抑制电磁干扰的 理想组件。为了避免走线的附加电感破坏片状电容器的上述优点，连接滤波器和去耦电容器的引 线应尽量短和直。
2.5.4 滤波器的选择与使用
电磁干扰滤波器的设计或选择，主要依据是干扰特性和系统要求。因此，在设计或选择滤波 器时，应该知道干扰的频率范围及大致量级，明确要求抑制的效果即插入损耗，了解滤波器的使 用环境，包括使用电压、负载电流、插入前后的源/负载阻抗、环境温度、振动和冲击强度等。另 外还需对滤波器在设备上的安装位置和允许占用的空间及外形尺寸有所考虑。一般可按以下原则
来选择或自行设计滤波器：
（1）电磁干扰滤波器在相应工作频率内，应能满足负载要求的衰减特性。若一种滤波器衰减 量不能满足要求，则可采用多级滤波器串联。相同滤波器的级联，可以获得比单级更高的衰减；
不同的滤波器级联，可以获得在宽频带内良好的衰减特性。
（2）滤波器应满足负载电路工作频率和需抑制频率的要求。如果要抑制的频率与有用信号的 频率非常接近，则需用频率特性非常陡峭的滤波器，才能把需抑制的干扰频率滤掉，而只允许有 用频率信号通过。
（3）在所要求的频率上，滤波器的阻抗必须与它连接的干扰源或负载阻抗相匹配：如果负载 是高阻抗，则滤波器的输出阻抗应低，反之相反；如果电源或干扰源是低阻抗，则滤波器的输入 阻抗应高，反之也相反；如果源阻抗或负载阻抗未知，或在很大的范围内变化，则很难得到稳定 的滤波特性，这时，为了获得比较稳定的良好的滤波特性，可在滤波器的输入端和输出端同时并 接一个固定电阻。
（4） 滤波器必须具有一定的耐高电压能力， 以保证在所有预期工作的条件下都能可靠的工作，
能经受输入瞬时高电压的冲击。
（5）滤波器允许通过的额定电流应与电路中连续运行的额定电流一致。额定电流定得高，会 加大滤波器的体积和重量；定得低，又会降低滤波器的可靠性。
（6）滤波器应与特定的用途相适应。例如，屏蔽室用的电源滤波器，应使其抑制频带与屏蔽 室的防护频带相同，使插入损耗与屏蔽室的屏蔽效能有相同的数量级；又如，用于抑制工业干扰 或消除电子设备向电网发射干扰的滤波器，则应在工业干扰的频谱范围（数十兆赫）内保持一定 的插入损耗值；等等。目前已经有为各种用途设计的不同类型的商品滤波器出售，实际中可以从 应用需求出发正确选用。
（7）滤波器应具有足够的机械强度，在满足要求的前提下，尽量结构简单，体积小，重量轻，
安装方便，还要安全可靠。对于滤波器中应用较多的铁氧体 EMI 抑制组件，在使用空间允许的条 件下，为了提高 EMI 抑制效果，一般以选择尽量长、尽量厚和内孔尽量小的铁氧体为原则。
除了按上述原则选择或设计合适的滤波器外，使用时还要注意正确安装，才能获得预期的滤 波特性。安装时，通常应注意以下几点：
（1）滤波器最好安装在干扰源出口处，再将干扰源和滤波器完全屏蔽在一个盒子里。若干扰 内腔空间有限，则应安装在靠近干扰源电线出口处外侧，滤波器壳体与干扰源壳体进行良好搭接。
对于电源滤波器，则应安装在尽量靠近设备电源入口的地方（如入口面的壁上），不要让未通过滤 波器的电源线在设备框体内迂回；而且滤波器应加屏蔽，使屏蔽壳与接地的设备机壳良好接合。
图 2.18 和图 2.19 给出了 EMI 滤波器的几种不正确和正确的安装方法。
（a） （b） （c）
图 2.18 EMI 滤波器的不正确安装方法
图 2.19 推荐使用的 EMI 滤波器安装方法
图 2.18 中三种安装方法的问题在于：滤波器的输入引线和输出引线之间存在有明显的电磁耦 合路径，致使存在于某一端的 EMI 信号会逃脱滤波器的作用而直接耦合到另一端去。另外，这几 种安装都是把滤波器置于屏蔽壳的内部，使设备内部电路及组件上的 EMI 信号会因辐射而在电源 引线上生成 EMI 信号，直接耦合到设备外面去，使设备屏蔽丧失对其内部 EMI 辐射的抑制作用；
同样，若滤波器电源端上存在有 EMI 信号，也会因辐射而耦合到设备内部的组件和电路上去，从 而破坏滤波器和屏蔽壳对 EMI 信号的抑制作用。
图 2.19 所示的各种推荐使用的安装方法的共同特点是借助设备机壳的屏蔽， 把 EMI 滤波器的 源端和负载端隔离开来，将输入输出之间可能存在的电磁耦合控制到最低程度，既能实现滤波器 对 EMI 信号的抑制，又不破坏屏蔽结构对 EMI 信号的控制。
（2）滤波器的电容器引线应尽可能短，以免引线的等效感抗和容抗在某个较低频率上形成谐
（2）滤波器的电容器引线应尽可能短，以免引线的等效感抗和容抗在某个较低频率上形成谐