Фильтр напряжения: Сетевой фильтр или стабилизатор — что выбрать: 6 основных параметров

Сетевой фильтр или стабилизатор — что выбрать: 6 основных параметров

Несмотря на то, что техника для дома достаточно дорога, трудно представить жилье, в которой нет основных бытовых электроустройств. Производители стараются уделять особое внимание надежности электронной начинки домашней электротехники, ведь выход из строя любого прибора серьезно бьет по бюджету семьи. 

Тем не менее, узлы питания, микросхемы, чувствительные полупроводники этих приборов работают на пределе возможностей во время скачков напряжения или незапланированного отключения электросетей. А если такие неполадки в электроснабжении достаточно часты, то появляется большой риск остаться с перегоревшей техникой и, в лучшем случае, с затратным ремонтом.

Защитить свою технику можно. Именно для таких непредвиденных воздействий разработаны стабилизирующие приспособления — сетевые фильтры и стабилизаторы напряжения. Важно помнить, что, несмотря на одинаковое предназначение, принцип работы этих стабилизирующих устройств разный.

И здесь нужно разобраться — что больше подойдет для защиты того или иного электроприбора. Поэтому прежде, чем подойти к выбору стабилизатора напряжения или сетевого фильтра, следует понять, как они работают, какие функции выполняют и от каких помех защищают.

Что такое перепады напряжения и как обезопасить от них свою технику

Все электрические девайсы рассчитаны на стабильные параметры сети с небольшими колебаниями — большинство из них выдерживают изменения вольтажа в диапазоне от 198 до 242 В. Если цифры выходят за рамки этих значений, электронные модули аппаратуры функционируют с максимальным усилием. Причем, для современных электроустройств одинаково опасно как снижение, так и повышение напряжения.

При низком напряжении на рабочие узлы и компоненты электрооборудования приходится повышенная нагрузка, что провоцирует снижение рабочего ресурса и поломку агрегата. А вот при продолжительном сетевом повышении вольтажа микросхемы, блоки питания начинают греться и, в конечном счете, перегорают. Ремонту такие поломки часто вообще не подлежат.

Скачки напряжений в электросетях могут происходить в любом месте, но особенно им подвержены линии в сельской местности. Причин для подобных неполадок может быть несколько:

• Удар молнии рядом с опорами электросетей;
• Аварийные ситуации на подстанции;
• Износ и обрыв проводов;
• Резкое увеличение количества потребителей.

Самое обидное, что вышедшая из строя или перегоревшая электротехника не подлежит обмену и не покрывается гарантией производителя, поэтому подключение сетевого фильтра или стабилизатора — абсолютно оправданное решение для предохранения дорогих девайсов от поломки.

Интересно прочитать: В чем разница между сетевым фильтром и удлинителем — сравниваем устройства по 4 критериям

Виды устройств предохранения от сетевых скачков

С помощью чего можно обезопасить домашнюю технику:

• Квартирная проводка обычно защищается выключателями-автоматами. При одновременном включении нескольких мощных бытовых приспособлений или нарушенной изоляции модуль отключает поступление энергии, предотвращая поражение электротоком или возникновение пожара. Автомат срабатывает при превышении номинального значения силы тока.
• Обезопасить компьютерную технику можно с помощью источников бесперебойного питания. ИБП позволяет компьютеру работать некоторое время после аварийного отключения тока и сохранить текущие данные.
• Механизм сетевого фильтра рассчитан на погашение неожиданных сбоев сетевого напряжения. При любых превышениях расчетных возможностей фильтра питание отсекается и подключенные электроустройства оказываются обесточенными. Так, например, работает Legrand 6xSchuko.
• Поддерживать постоянное напряжение в 220В помогает стабилизатор напряжения. Он выравнивает сетевые скачки, защищая домашние приборы от перегрузки.

Выключатели-автоматы и бесперебойники (за исключением линейно-интерактивных типов) не могут нивелировать перепады напряжения, поэтому для защиты домашнего электрооборудования или компьютера стоит рассматривать именно последние два варианта.

Любопытно: Украинцы сэкономили пять миллионов гривен на «черной пятнице»

Как устроен сетевой фильтр

Чтобы разобраться, для чего нужен сетевой фильтр, следует познакомиться с механизмом его действия. Это не просто удлинитель на несколько розеток. Каждая модель такого фильтра рассчитывается на конкретную нагрузку, здесь важно соблюсти совместимость предохранительного устройства и подключенной к нему аппаратуры по мощностным показателям. Поэтому превышать расчетную мощность фильтра, подсоединяя к нему несколько высокопроизводительных электроприборов, не стоит.

Основными рабочими механизмами в агрегате являются варисторы. Во время перепадов напряжения сети эти небольшие полупроводниковые модули направляют усилия на трансформацию тепловой энергии из импульсной.

Сглаживая энергетические помехи, такой сетевой агрегат, как НАМА “6 + 1”, защищает электроприборы от скачков напряжения. На рынке представлены эти предохранительные девайсы в трех вариациях:

• Essential — наиболее простой агрегат с базисным уровнем;
• Home/Office — сетевики универсального назначения, наиболее подходящие для домашних электроустройств, например, СolorWay на 3 розетки;
• Performance — изделия профессионального назначения для предохранения высокопроизводительных и мощных электроприборов.

Выбирая фильтр, нужно обращать внимание на основные параметры:

1. Величину компенсирующего импульса.
2. Количество розеток.
3. Наличие защиты от перегрева.
4. Индикатор выключателя.
5. Функцию микроконтроллера.
6. Номинальный ток.

Для сравнения можно изучить несколько распространенных, по отзывам потребителей, фильтров:

Стоит ознакомиться: Выгодные условия Trade-in только для участников MOYO Club

Конструктивные особенности и принцип работы стабилизатора

При постоянно неустойчивых параметрах сети стоит присмотреться к стабилизатору напряжения. Такая модель, как APC Line-R 1500VA, гарантирует выровненные показатели вольтажа на выходе. Коррелируя сетевое напряжение, можно наиболее полно защитить компьютеры и любую бытовую технику от помех и скачков напряжения.

Стабилизаторы постоянного напряжения делятся на два типа:

1. Линейные — поддерживают неизменный вольтаж, трансформируя внутреннее напряжение.  
2. Импульсные — в своей конструкции имеют накопители и выдают на подключенное электроустройство запасенную энергию нужных значений.

Стабилизирующие устройства переменного напряжения могут быть накопительными и корректирующими. Первый тип работает по аналогии с импульсным — он запасает электричество. Затем генерирует его потребителю с уже требуемыми значениями. Второй тип изменяет величину напряжения, используя добавочный потенциал и делая ее пригодной для электроприборов. Накопительные агрегаты, такие, как Inform Digital 15kVA, имеют большие размеры и чаще используются на производстве. Корректирующие же, в основном, предназначены для бытовых целей.

Подбирая стабилизатор, обращайте внимание на:

1. Производительность.
2. Размеры.
3. Показатель мощности.
4. Реакция на КЗ.
5. Значения входного и выходного напряжения.
6. Количество фаз сети.

Несколько вариантов популярных стабилизаторов:

Прочитайте: Классы энергосбережения бытовой техники: 7 видов

Что выбрать — сетевой фильтр или стабилизатор?

Выбор защитного агрегата для недешевых домашних электроустройств должен определяться целесообразностью. Принципиальное отличие между всеми предохраняющими агрегатами заключается в следующем. Сетевой фильтр, подобный APC Essential SurgeArrest, может только сгладить помехи и удалить импульсы высокого напряжения, не влияя на сам вольтаж на выходе. Если в проводке ток имеет 200 В, то фильтр никак не сможет поднять напряжение до необходимых 220. 

В это же время стабилизатор, к примеру, APC Line-R 1000VA, выравнивает значения, предотвращает скачки и выдает нужные параметры на выходе.

Таким образом, если в доме хорошая проводка, свет не мигает, не увеличивается яркость лампочек, нет частых отключений, то для компьютера или рядовой техники вполне подойдет сетевой фильтр. А вот дорогостоящую «плазму» или мощный котел лучше обезопасить применением стабилизатора. Особенно его использование актуально для сельской местности или в регионах со старыми линиями электропередач.

Обратите внимание: MOYO открыл первый круглосуточный склад-магазин техники и электроники

Выводы и рекомендации

Подобрав подходящий тип защитного механизма, перед покупкой стоит ознакомиться с его ключевыми параметрами:

• Для стабилизаторов: тип (одно- или трехфазный), мощность, активные и реактивные нагрузки, точность стабилизации, значения пусковых токов.
• Для сетевых фильтров: максимальная импульсная нагрузка, виды используемых предохранителей, наличие индикатора включения, качество и число гнезд.

Советы специалистов: к сетевым фильтрам не рекомендуется подключать электроустройства с повышенным пусковым током, наподобие теплового котла или высокомощной морозилки. Не стоит вестись на дешевизну и приобретать фильтр непонятного происхождения — капремонт домашней техники, пострадавшей от неполадок в проводке, выльется в крупные затраты.

 

что лучше хороший стабилизатор напряжения или сетевой фильтр?

Сложно представить современного человека, который не пользуется бытовыми электроприборами. Но зачастую такие изделия имеют высокую стоимость и поэтому будет очень неприятно, если с ними что-либо произойдёт. Поэтому бережливые люди стараются обезопасить работу техники от перебоев в электросети, которые, к сожалению, не являются редкостью.

Основной причиной большинства поломок электрических приборов считаются скачки напряжения, для борьбы с которыми были разработаны различные фильтрующие и стабилизирующие устройства

. Эти приборы помогут защитить имущество человека от непредвидимых поломок. Но чтобы выбрать подходящее устройство в конкретно взятом случае нужно разбираться, что лучше подойдёт для того или иного вида техники стабилизатор напряжения, а, может, сетевой фильтр.

Для чего нужна защита бытовой техники?

Большинство электроприборов не переносят изменений параметров электросети, особенно если происходит резкий скачок напряжения.

Если напряжение длительно будет выше нормы, то увеличится риск поломки блоков питания, микросхем и других запчастей, которые будут сильно греться.

Если же напряжение сильно понизится, то все узлы и схемы начнут работать на предельных нагрузках, что в итоге в лучшем случае значительно снизит их эксплуатационный ресурс, а в худшей ситуации приведёт к их поломке.

Пагубно влияют на срок службы электронных узлов незапланированные отключения электричества. К несчастью с такими

проблемами отечественного электроснабжения знакомы как люди, проживающие в мегаполисах, так и в отдалённых деревнях.

Обычно производители бытовых приборов предусматривают минимальную защиту выпускаемой электронной продукции, но диапазон стабильной работы большинства изделий не превышает 198–242 В. При этом в случае поломки техники, по причине перебоев в электроснабжении она не подлежит гарантийному обслуживанию.

Основные разновидности устройств защиты

В зависимости от того, какое электрическое устройство и с какой целью требуется защищать, происходит классификация защитного оборудования:

• выключатели автоматического типа;
• источники, обеспечивающие бесперебойное питание;
• приборы, фильтрующие сетевое напряжение;
• изделия, стабилизирующие параметры электрической сети.

Автомат – устройство, предназначенное для аварийного отключения электроприборов.

Такие устройства защищают электронное оборудование от утечки тока и перегрева, обусловленного нарушением изоляции или плохого контакта. Это позволяет предотвратить пожар или поражение человека током. Такие изделия используют в распределительных щитках в квартирах и частных домостроениях.

Выбор автоматических выключателей основывается на параметрах номинального тока и количестве потребителей используемых в квартире. Сегодня на рынке электротехники представлены переносные модели таких защитных устройств, которые просто включают в розетку, а уже через них подаётся питание к электроприборам. Однако такое изделие не защитит от перебоев в электросети, а просто отключит потребитель, в случае если показатели тока превысят максимально допустимые значения.

Для электроники, которая требует деликатного обращения, например, компьютер, который должен правильно завершить свою работу целесообразно использовать устройство обеспечения бесперебойного питания. Такой прибор продлевает подачу электричества на протяжении определённого времени в случае незапланированного отключения основной электросети.

Для чего нужен сетевой фильтр?

Основным предназначением сетевого фильтра является сглаживание помех в электросети. Такой эффект был достигнут благодаря использованию небольшой электронной схемы, которая поглощает незначительные скачки напряжения и изменения частотных показателей в сети. При возникновении более серьёзных проблем такое устройство просто отключает подачу питания за счёт предохранителя.

Сетевые фильтры выпускаются с разным числом розеток, что позволяет подключать несколько бытовых приборов одновременно. Однако нужно учитывать, что фильтр рассчитан на определённый уровень нагрузки, превышение которой недопустимо. Поэтому подключать несколько мощных устройств к одному фильтру нельзя.

Таким образом, можно резюмировать, что под сетевым фильтром подразумевается защитное устройство, которое эффективно сглаживает низкочастотные и высокочастотные помехи в сети и отключает оборудование в случае перегрузок по току или возникновении короткого замыкания.

Особенности работы сглаживающего фильтра

Для защиты электротехники от импульсных скачков в электросети фильтры оснащаются варисторами – приборами, которые могут увеличивать внутреннее сопротивление, преобразовывая импульсную энергию в тепловую. Очень часто это приводит к поломке варистора, но защищает дорогостоящую технику.

Чтобы подавить помехи высокой частоты от электросварки или электродвигателя схемой предусмотрена установка LC-фильтров. Качественные сглаживающие устройства включают в свою конструкцию конденсаторы и индукционные катушки, которые улучшают стабильность подачи электричества, тем самым продлевая срок службы бытовых устройств.

Увлекаться экономией при покупке сетевого фильтра не целесообразно, так как дешёвые модели скорее выполняют функции удлинителя, а не защитного прибора. Также, покупая защитное устройство, важно обращать внимание на количество розеток и длину кабеля, так как часто удобно проложить такую переноску для подключения множества приборов, например: компьютера, монитора и принтера в одном месте.

Конструктивные особенности и принцип работы стабилизатора

Под стабилизатором подразумевается устройство в автоматическом режиме, преобразующее разные показатели напряжения в стабильное значение, равное 220 В. Электронный прибор, подключённый к источнику питания со стабильными параметрами напряжения, работает значительно дольше, чем аналог, включённый напрямую в розетку. При этом к основным функциям стабилизатора можно отнести следующие параметры:

• стабилизация перепадов напряжения;
• защита потребителей от помех в электросети;
• защита от возможности возникновения коротких замыканий;
• сглаживание частотных помех.

Самыми распространёнными типами стабилизаторов являются приборы со ступенчатым и электромеханическим принципом работы. При этом популярными и недорогими являются ступенчатые стабилизаторы, которые работают по принципу переключения обмоток трансформатора путём прерывания на несколько миллисекунд. Благодаря этому происходит увеличение или уменьшение параметров напряжения.

Электромеханические приборы работают по принципу плавной регулировки напряжения без прерывания. Они обладают высокой нагрузочной способностью, но требуют проведения регулярных профилактических мероприятий из-за повышенного износа сервомотора и токосъемных щёток. Плюс ко всему они дороже ступенчатых аналогов.

Чему отдать предпочтение – сетевому фильтру или стабилизатору?

Проводя сравнительную характеристику сетевого фильтра и стабилизатора, становится понятно, что последний намного эффективней справляется с различными проблемами энергоснабжения. По сравнению со сглаживающим фильтром, который имеет простейшую конструкцию стабилизатор – сложное устройство, с многоуровневой защитой, благодаря которой любая бытовая техника будет надёжно защищена.

Сетевые фильтры абсолютно бесполезны, если в электросети понижается или повышается напряжение. В свою очередь, стабилизирующее устройство выравнивает параметры напряжения в достаточно широких диапазонах в зависимости от модели прибора. При этом в случае с резким увеличением напряжения стабилизатор плавно отключит электронный прибор, когда в фильтрующем устройстве сгорит предохранитель.

Естественно, цена стабилизаторов немного выше сетевых фильтров, но затраты того стоят. Единственно, что при выборе подходящего прибора нужно учитывать параметры его мощности и выбирать изделие исходя из суммарных показателей подключаемого в него электрического оборудования с запасом в 20%.

Когда лучше стабилизатор, а когда сетевой фильтр?

Покупки сетевого фильтра достаточно только в том случае, когда в доме не наблюдается скачков напряжения, особенно в меньшую сторону. Но если выбор пал на фильтрующий прибор, то не стоит экономить, так как дешёвые изделия чаще вредят электронному оборудованию, чем защищают его.

В свою очередь, установка качественного стабилизатора напряжения оправдана в следующих ситуациях:

• при частом понижении напряжения в электросети до таких значений, что бытовые приборы начинают работать на износ или, вообще, отключаться;
• в случае использования дорогостоящей техники, в разы превосходящей цену стабилизатора.

Ознакомившись с принципом работы разных защитных устройств, потребителю будет несложно понять, что лучше выбрать сетевой фильтр или стабилизатор напряжения. Чтобы защитить дорогостоящий двухконтурный котёл лучше потратиться на покупку стабилизатора. В свою очередь, для старого монитора вполне достаточно фильтра.

Сетевой фильтр или стабилизатор напряжения

В электрических сетях для нормального функционирования различных электрических устройств монтируются специальные устройства защиты. Однако в распредщитах жилых зданий они отсутствуют. Жилищные и коммунальные организации не заботятся о возможных неисправностях электроприборов из-за некачественной работы электросети.

Вследствие этого, если в квартире имеется сложная бытовая техника, то необходима установка защиты от перепадов напряжения. Для таких целей используют сетевой фильтр, либо стабилизатор напряжения. Какой именно прибор применять, это дело каждого, но для выбора необходимо иметь элементарные знания об этих устройствах.

Виды помех

Внешние факторы помех разделяют на импульсные и высокочастотные. Первый вид помех делится на два вида:

• Природные – удар молнии возле линии сети.
• Техногенные – авария на трансформаторе, процесс переключения при установке большого количества потребителей, износ сетей.

Импульсные помехи имеются в промышленности и в районах города. Они появляются в разных сетях и могут доходить до 6000 В в 10^-6 с. Устройства защищаются от перепадов напряжения путем установки стабилизаторов напряжения, либо сетевых фильтров.

Причины помех высокой частоты те же самые, только добавляются бытовые приборы и электроинструмент. Удалить их невозможно, они передаются по сети. Разберемся, что лучше выбрать, стабилизатор напряжения, либо сетевой фильтр. Покупатели перед выбором всегда обращают внимание на стоимость. Чаще всего они приобретают совсем не те устройства, которые им нужны.

Сетевой фильтр

Уже невозможно представить, как работать на компьютере без сетевого фильтра. Он сглаживает импульсы, также являясь стабилизирующим блоком, имеющим несколько розеточных гнезд. Сетевой фильтр состоит из 2-х элементов: фильтра и ограничитeля напряжения. Варисторы входят в ограничитель напряжения. Они изменяют его свойства от значения напряжения. Фильтр подключается в основном между фазой и нулем. Чувствительные приборы защищаются при помощи специального фильтра, в который могут входить обмотки индуктивности.

Сетевой фильтр действует по 1-фазной схеме. В ней обязательно должно быть заземление. При его отсутствии фильтр будет работать хуже. Импульсы должны поступать в землю. Варистор является переменным полупроводниковым резистором, которое нелинейно меняет свойства вместе с напряжением. Его монтируют на входе для погашения импульсов.

Сетевые фильтры также могут отключить нагрузку при коротком замыкании, либо излишней нагрузке. Необходимо разобраться, какое устройство защиты выбирать, и что лучше установить. Дешевые варианты приборов не дают должного эффекта, но их можно применять, если доработать самостоятельно.

В торговой сети имеется множество устройств плохого качества, не имеющих защитной функции и фильтра. В этом случае сетевые фильтры являются простыми удлинителями, либо предохраняют технику от повышенного напряжения, а стабилизации не происходит.

Стабилизатор напряжения

Это устройство служит для поддержки напряжения на уровне 220 вольт. При увеличении этого значения, происходит выравнивание, при уменьшении – его повышение. При некачественной работе сети люди больше берут во внимание стабилизатор напряжения. При аварии осуществляется выключение питания потребителя, импульсы тока не проходят к нагрузке.

Регулировка напряжения в стабилизаторах осуществляется по-разному. Одним из методов является коммутация вторичных обмоток.

Напряжение меняется с помощью электронных ключей, которые управляются процессором. Информация поступает с датчика, и напряжение регулируется электронным тиристорным переключателем.

Конденсаторы выступают в качестве фильтров высокой частоты. Стабилизатор является сложным прибором, состоящим из деталей, в которые также входит и сетевой фильтр. Сопротивление на входе дает возможность поддерживать транзистор в открытом виде, также удерживает стабилитрон в активном состоянии.

Стабилизатор выбирают исходя из мощности нагрузки. В настоящее время используется электроника, поэтому стабилизатор нужен не только для компьютерной техники, но и для приборов освещения. При использовании его в электромоторах, нужно знать, что ток запуска выше номинального в несколько раз. Стабилизаторы могут допускать короткие перегрузки, резерв мощности берут больше.

Источник питания

В специализированных торговых точках предлагают приобрести различные приборы защиты. Но сразу трудно решить при большом разнообразии моделей. Многие покупают ИБП для защиты от внезапного отключения электроэнергии, чтобы можно было на компьютере сохранить документы и выключить оборудование. Существуют такие источники питания с опциями стабилизатора для защиты от помех и электромагнитных искажений.

При отсутствии или уменьшении питания, подключаются аккумуляторы. Время их работы зависит от модели и стоимости устройства, и достигает многих часов. Модель выбирается в зависимости от мощности нагрузки. Важным свойством такого источника питания является форма выходного напряжения. У недорогих моделей она в виде прямоугольника, а по амплитуде и частоте подобна синусоидальному значению.

Какое отличие между фильтром и стабилизатором?

Разница очень большая. Стабилизатор выполняет свою функцию. В нем имеется трансформатор, схема повышения и понижения напряжения. В застойные времена через стабилизаторы подключали телевизоры.

В настоящее время они уже практически не используются, так как в новой технике установлены блоки питания импульсного типа, которые обеспечивают нормальную работу при 100-240 вольтах.

Сетевой фильтр только удаляет помехи, возникающие в электросети при подключении или функционировании разных устройств. Помехи обычно образуются от импульсных блоков, моторами разных устройств, электросваркой.

Фильтр может удалять помехи высокой частоты от 100 герц до 100 мегагерц и импульсы повышенного напряжения, однако не может никак изменить его значение. Например, если в электрической сети напряжение равно 190 В, то это значение не изменится, и останется малым и после фильтра, всего лишь очистится от наводок повышенной частоты и импульсов.

Стабилизатор напряжения приемлемого качества выполняет задачи фильтра и выравнивает величину напряжения на необходимом уровне, при значительных скачках напряжения. Наиболее важным свойством стабилизатора является тот фактор, что он не искажает напряжение на выходе.

Если в сети отклонение очень большое, выше стандартного, то стабилизатор является лучше, чем сетевой фильтр. И будет оптимальным выбором приобретение стабилизатора на все здание сразу, чем отдельно для каждых устройств.

выбираем сетевые фильтры и стабилизаторы / Блог компании М.Видео-Эльдорадо / Хабр

Причины, по которым старое доброе электричество в домашней розетке выходит за пределы допустимых отклонений, бывают разные. Порой это временные скачки напряжений и всплески помех, иногда это систематические отклонения за пределы ГОСТов. В конечном итоге за это расплачивается домашняя техника, мгновенно или медленно умирая от «электрической интоксикации».

В этом посте мы расскажем о простых и недорогих способах «электрической гигиены» в зависимости от типа проблем в вашей электросети.

Зачем все это нужно

Лишь в идеальном мире ток в электрической розетке имеет только два состояния: он есть или его нет. В реальности «поведение» электрического питания имеет «аналоговый» непредсказуемый характер, неприятно удивляющий каждый раз, когда этого ждешь меньше всего.

Существует множество причин, по которым «питание от сети» может отклониться от нормы и даже выйти за пределы стандартных отклонений. Так, вечернее напряжение в сети – когда в каждой розетке каждой квартиры по включенному чайнику, телевизору или компьютеру — значительно отличается от напряжения в ночные или дневные часы с минимальной нагрузкой.

Другой пример: гражданин подключил к домашней сети промышленный сварочный аппарат, и все соседи по подъезду или дому наслаждаются импульсными помехами в виде полосок на экранах и треска в акустике.

В большинстве случаев снижение качества электропитания непредсказуемо и неизбежно из-за внешнего характера источника – как, например, импульсные скачки напряжения во время грозы. Иногда проблема известна очень даже хорошо – например, мощный фен, чайник или старинный холодильник, периодически рассылающие «электроикоту» по хлипкой домашней или офисной электропроводке, избавиться от которой выше наших сил, хотя в некоторых случаях вопрос решается простой подтяжкой контактов на всем пути.

Список возможных источников проблем с электричеством можно продолжить и дальше. Но будь то искрящие контакты в подъезде или регулярные перепады на подстанции – для владельца «внезапно» сгоревшей не по гарантии техники итог один.

Фильтр фильтру рознь

В самом названии устройства – «сетевой фильтр» — заложен ключевой принцип защиты: путем пассивной фильтрации входного напряжения. Простейшие недорогие варианты могут фильтровать высокочастотные помехи с помощью встроенных индуктивно-емкостных элементов (LC-фильтров) или бороться с импульсными помехами с помощью варисторных фильтров. Более дорогие экземпляры включают в себя оба вида фильтров.

Входное сетевое напряжение с высокочастотными и импульсными помехами

Напряжение после фильтрации импульсных помех варисторами

Выходное напряжение после LC-фильтрации высокочастотных помех

В действительно хорошем сетевом фильтре есть дополнительные средства защиты. Например, автоматический предохранитель, отключающий питание при определенной токовой перегрузке. Или специальные метал-оксидные варисторы, срабатывающие при экстремальных пиках напряжения во время грозы или в случае короткого замыкания.  

ЭРА SF-6es-2m-B: типичный сетевой фильтр

Некоторые сетевые фильтры предлагают дополнительные «сопутствующие услуги», например, обеспечивают фильтрацию и защиту для телефонной линии / факса, Ethernet-сети и телевизионной антенны. Возникновение подобных помех — не такая уж большая редкость в старых зданиях, кабельная разводка в которых за многие годы эксплуатации превратилась в многослойное и порой даже хаотичное переплетение силовых и сигнальных проводов с ветхими и проржавевшими контактами. Функции подобной фильтрации с равным успехом могут быть востребованы как в офисе, так и в домашних условиях.

Стабилизатор: полет нормальный

В отличие от сетевого фильтра, сглаживающего импульсные и высокочастотные искажения (помехи) пассивными средствами, сетевой стабилизатор активно воздействует на ключевой параметр электропитания – напряжение, компенсируя его отклонения.

До недавнего времени в России нормой для однофазной сети считалось напряжение 220 В ±10% (ГОСТ 5651-89), то есть нормальным считалось любое напряжение переменного тока в пределах от 198 до 244 вольт. С недавнего времени в силу вступил приведенный к европейским нормам межгосударственный стандарт ГОСТ 29322-2014 (IEC 60038:2009), по которому стандартным считается сетевое напряжение 230 В ±10%, или от 207 до 253 В. Старые добрые 220 В, впрочем, пока никто не отменял – стандарты действуют параллельно, так что в целом можно учитывать примерный диапазон 200-250 В.

Почти вся современная компьютерная и бытовая электроника оснащается импульсными блоками питания, которые сами себе — прекрасные стабилизаторы и способны работать в широком диапазоне питающих напряжений. Так, например, подавляющее большинство компьютерных блоков питания – как встраиваемых в ПК, так и внешних, для ноутбуков и планшетов — рассчитаны на глобальное использование в большинстве стран мира с номинальным напряжением сети от 110 В до 240 В. В некоторых случаях такая техника «запускается» даже при напряжении всего 90-100 В. Соответственно, снижение напряжения в розетке по любым причинам для них не помеха, повышающая компенсация происходит автоматически.

Defender AVR Typhoon 1000: компактный стабилизатор на 320 Вт и 2 розетки

С повышенным напряжением немного сложнее: даже самая современная электроника рассчитана максимум на 250-260 В, но если такое напряжение в питающей сети почему-то стало нормой (в городских условиях в это трудно поверить), конечно же, лучше его стабилизировать внешними средствами.

Вне зависимости от повышенного или пониженного напряжения в особую группу риска попадают все любители теплого лампового звука – раритетных виниловых вертушек, плееров, усилителей и другой старинной техники. В этом случае применение стабилизаторов, как говорится, не обсуждается.

В настоящее время наиболее популярными и многочисленными представителями класса бытовых стабилизаторов напряжения являются электронные, где входящий ток с частотой 50 Гц преобразуется в высокочастотные импульсы с частотой в десятки килогерц и управляется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Из существенных минусов таких стабилизаторов можно отметить лишь то, что синусоида на выходе таких стабилизаторов далека от идеала. Список плюсов гораздо длиннее: компактность, небольшой вес, огромный рабочий диапазон, универсальность, устойчивость к перегрузкам, и, главное, невероятно доступная цена.

Помимо этого, в рознице изредка также можно встретить «классику»: внушительных размеров блоки, ступенчато снижающие или поднимающие выходное напряжение за счет электронного или релейного переключения обмоток размещенного внутри полноценного автотрансформатора. Такие стабилизаторы громоздки, имеют изрядный вес, но при этом практически не искажают синусоиду входного тока. Как правило, стабилизаторы этого класса ориентированы на питание целого дома или выполнение специфической задачи – вроде питания газового котла, однако при определенных условиях именно такое устройство может оказаться идеальным выбором аудиофила.

PowerCom TCA-2000: стабилизатор на 2000 ВА (1000 Вт) и 4 розетки

Хороший стабилизатор, как правило, оснащается всеми пассивными фильтрами, характерными для сетевых фильтров, а также имеет все мыслимые виды защиты, в том числе от перенапряжения, перегрузки, перегрева, короткого замыкания и т.д.

Что надо знать при выборе сетевого фильтра

При выборе любого промежуточного сетевого устройства – удлинителя, сетевого фильтра, стабилизатора или источника бесперебойного питания, прежде всего следует помнить главное правило: «электротехника – наука о контактах». Красивые надписи, громкие имена брендов, многочисленные индикаторы и USB-порты не должны отвлекать от главной проблемы: включая что-либо между сетью и устройством, мы добавляем лишние контакты в и без того длинную и неравномерную цепь.

• Даже самые совершенные схемотехнические решения для стабилизации, фильтрации и защиты попросту бессмысленны, если контакты в розетках вырезаны из консервной банки и болтаются по чем зря, а пайка разъемов сделана некачественно. В таких условиях любые перепады нагрузки в сети будут автоматически создавать многочисленные помехи.
  Сетевой фильтр Power Cube PRO

  При покупке надо обратить внимание на качество исполнения розеток, вилок, кабелей и контактов. Вилки должны максимально плотно входить в розетки, кабель устройства, если имеется, должен быть надежным, из многожильного провода, с качественной изоляцией, рассчитанным на достаточно большую пиковую силу тока в синфазном режиме. Очень хорошо, если розетки устройства оснащены защитными шторками, это внесет дополнительную безопасность в доме с дошкольниками.
  

• Просчитайте заранее количество необходимых розеток для подключения техники, чтобы впоследствии не пришлось городить огород ненужных дополнительных контактов из удлинителей и других переходников.

  Хороший сетевой фильтр или стабилизатор может обладать индикацией наличия заземления или режима перегрузки, это полезный бонус. Что касается встроенного в сетевой фильтр зарядного устройства с одним или несколькими портами USB – это, скорее, приятная мелочь, несколько влияющая на цену, но никак не связанная с основной функцией устройства.
  

• В процессе выбора сетевого фильтра важно обратить внимание на суммарную энергию пиковых выбросов паразитного напряжения (в джоулях), которую устройство теоретически в состоянии отфильтровать и погасить в каждый момент времени без саморазрушения. Впрочем, максимальное число джоулей в спецификации фильтра – тоже не истина в последней инстанции, поскольку правильно спроектированный фильтр способен «заземлять» часть энергии через варисторы. Тем не менее, в процессе выбора маркировку фильтра в джоулях не стоит сбрасывать со счетов.
  

• Следующий важный параметр – максимальный ток помехи, на который рассчитан фильтр, в амперах. В дополнение, сетевой фильтр также может быть промаркирован по максимальной нагрузке, при этом она может быть указана как в амперах, так и в ваттах.
  

• Некоторые производители также добавляют в список характеристик сетевых фильтров максимально допустимое напряжение (в вольтах) уровень ослабления высокочастотных помех для разных частот (в децибелах) и наличие защиты от перегрузки – например, от перегрева.
  Наконец, ряд параметров фильтра, определяющий его выбор в каждом отдельном случае: длина кабеля, количество розеток, возможность настенного монтажа, наличие дополнительных фильтров для телефонной линии и витой пары, наличие портов USB и так далее.
  

Вариант 1: новостройка

Рассмотрим для начала наиболее оптимистичный сценарий: только что сданная в эксплуатацию новостройка с новенькой подстанцией; проводка выполнена исключительно медью с идеальным монтажом, высококачественными, еще не окислившимися контактами и автоматическими предохранителями на соответствующий ток.

Казалось бы, напряжение в розетке должно быть максимально близким к идеальной синусоиде. Увы, даже такую идиллию легко может испортить на пару месяцев приглашенная соседом на ремонт гоп-группа с раздолбанным инструментом: каждый электродвигатель в каждой помирающей болгарке, дрели или отбойнике будет искрить из последних сил до финальной своей черты, рассылая по проводке дома «импульсы смерти».

Это еще цветочки: наиболее активные и неугомонные жильцы периодически будут подключать к домашней сети промышленные сварочные аппараты, чтобы все соседи по подъезду или дому смогли «насладиться» импульсными помехами в виде полосок на экранах ТВ и ПК и забористым треском в колонках и наушниках.

Итак, даже жители относительно новых микрорайонов в крупных городах и мегаполисах с относительно новой инфраструктурой не защищены от импульсных и высокочастотных помех силового питания – по крайней мере, локального происхождения.

Как минимум, несколько первых лет жизни нового дома неизбежно будут посвящены различным ремонтам и перестройкам. В такой ситуации, возможно, покупка самого «мощного» сетевого фильтра не нужна, но совсем без фильтрации силового напряжения никак не обойтись.
Из недорогих вариантов можно присмотреться к сетевым фильтрам отечественной компании «Эра». В ее ассортименте много моделей, отличающихся по уровню защиты и наличию дополнительных функций.

Наиболее доступным и простым решением для фильтрации сетевого напряжения можно назвать недорогой сетевой фильтр ЭРА SF-5es-2m-I. Устройство выполнено в пожаробезопасном корпусе, имеет кабель длиной 2 м и оснащено пятью розетками формата EURO с заземляющим контактом.

Максимальная нагрузка фильтра составляет 2200 Вт (10 А), максимальный ток помехи заявлен на уровне 7000 А, а максимальная рассеивающая энергия – на уровне 300 Дж при максимальном отклонении напряжения нагрузки 275 В.

Сетевой фильтр ЭРА SFU-5es-2m-W

Этот фильтр оснащен индикатором включения, фильтром импульсных помех, защитой от короткого замыкания и перегрева. В дополнение устройство ослабляет высокочастотные помехи (0,1 – 10 МГц) на 10-40 дБ.

Те, кому высокочастотная фильтрация некритична, могут обратить внимание на сетевой фильтр ЭРА USF-5es-1.5m-USB-W: при схожих характеристиках по нагрузке, максимальному току (за вычетом ВЧ-фильтра) это устройство оснащено выключателем и обеспечивает максимальное рассеивание энергии до 125 Дж, а также оснащено двумя встроенными портами USB для зарядки портативной техники и имеет настенный крепеж.

Несколько более дорогой вариант – сетевой фильтр ЭРА SFU-5es-2m-B, объединяет все преимущества двух названных выше фильтров, включая ВЧ-фильтр, порты USB, настенный монтаж, выключатель и максимальное рассеивание энергии до 300 Дж, но при этом выполнен в надежном корпусе из поликарбоната стильного черного цвета.

Тем, кому необходимы длинные кабеля, есть смысл присмотреться к сетевым фильтрам серии Sven Optima на шесть розеток, поставляемым в розницу с 1,8-метровым, 3-метровым или 5-метровым сетевым кабелем. Эти фильтры рассчитаны на максимальную нагрузку до 2200 Вт, максимальный ток помехи до 2500 А и максимальное рассеивание энергии до 150 Дж при отклонении напряжения нагрузки до 250 В.

Несмотря на небольшую цену они оснащены встроенным выключателем, индикатором включения, фильтром импульсных помех, защитой от короткого замыкания и автоматической защитой от перегрузки.

К этому же классу устройств можно отнести сетевой фильтр Pilot L 1,8 m от ZIS Company. Особенностью этого фильтра является наличие пяти розеток стандарта EURO плюс одной дополнительной розетки российского образца, а также поддержка максимального тока помехи до 2500 А и максимальной рассеиваемой энергии до 800 Дж.

Особняком в ряду сетевых фильтров стоят однорозеточные решения, которые сегодня присутствуют в ассортименте большинства производителей. На эти фильтры в обязательном порядке стоит обратить внимание владельцам Hi-Fi и Hi-End техники, особенно той, что выпущена 20 и более лет назад. «Индивидуальный» сетевой фильтр позволит оградить слушателя от щелчков и других фоновых звуков, а любимые усилители, вертушки, фонокорректоры и деки – от преждевременного старения без того уже «не молодых» компонентов.

Сетевой фильтр Pilot S-Max

Например, однорозеточный сетевой фильтр Pilot BIT S с максимальной нагрузкой до 3500 Вт, максимальным током помехи до 10000 А и рассеиваемой энергией до 150 Дж обеспечит полную защиту техники с помощью фильтра импульсных помех, защиты от короткого замыкания и перегрузки.

Еще одно интересное однорозеточное решение – сетевой фильтр APC Surge Arrest P1-RS от компании Schneider Electric, несмотря на свои компактные размеры, гарантирует максимальную нагрузку до 16 А, максимальный ток помехи до 26000 А и рассеивание энергии до 903 Дж. Такая мощная защита с успехом может использоваться в качестве фильтра-переходника на обычный многорозеточный удлинитель.

Сетевой фильтр APC P1-RS

Вариант 2: для дачи

От «почти идеальных» условий городских новостроек перейдем к менее удачливым примерам – домам с видавшей виды проводкой, офисам, пригородным домам и другим случаям с нестабильным электропитанием. В особой «группе риска» здесь оказываются именно офисы, поскольку ко всевозможным источникам помех, типичным для домашних пользователей, в офисах добавляются помехи от мощных промышленных кондиционеров, а в некоторых случаях — от промышленных холодильников и другого силового оборудования с огромными импульсными выбросами пусковых токов.

У того же APC для таких случаев имеются сетевые фильтры на четыре или пять розеток, такие как APC P43-RS или APC PM5-RS из серии Essential. При максимальной нагрузке до 10 А, они обеспечивают напряжение отключения нагрузки до 300 В при максимальном токе помехи до 36000 А и максимальной рассеиваемой энергии до 918 Дж.

Сетевой фильтр APC SurgeArrest PM5B-RS

В дополнение к пожаробезопасному корпусу, фильтрации импульсных помех и защите от короткого замыкания, эти фильтры оснащены выключателями и евро-розетками с механической защитой.

Интересным решением вопроса фильтрации и защиты также может стать сетевой фильтр Sven Platinum 1,8 м Black. Уникальность этого фильтра в том, что, помимо общего механического выключателя, каждая из его пяти розеток оборудована индивидуальным выключателем с индикатором работы. Устройство рассчитано на нагрузку до 2200 Вт, максимальный ток помехи до 2500 А и максимальную рассеиваемую энергию до 350 Дж.

Сетевой фильтр Sven Platinum 1,8 м Black

Для перфекционистов сегодня в России доступны уникальные сетевые фильтры компании Monster. Цена на изделия этой марки в два-три раза выше схожих предложений от других брендов, однако применение керамических варисторов, технология Clean Power для снижения электромагнитного излучения, цепи дополнительной защиты и уникальный внешний вид вполне компенсируют эту разницу.

Самый универсальный сетевой фильтр Monster – Core Power 800 USB, оснащен восемью евро-розетками, двумя портами USB для зарядки портативной техники, а также входом и выходом LAN для дополнительной защиты Ethernet-кабеля от импульсных помех. Он держит нагрузку до 16 А и обеспечивает рассеивание помех с энергией до 1440 Дж. Фильтр имеет индикацию включения и заземления, защиту от короткого замыкания и перегрузки, а также механическую защиту розеток.

Сетевой фильтр Monster Core Power 800 USB

«Ближайший родственник» этой модели — сетевой фильтр Monster Core Power 600 USB, рассчитан на шесть розеток и не имеет LAN-фильтра, но при этом обеспечивает максимальное рассеивание энергии помех до 1836 Дж.

Список достойных сетевых фильтров можно продолжить несколькими заслуживающими доверия торговыми марками – такими как InterStep, Uniel, Ippon, IEK, Defender, Powercom, ExeGate и др.

При выборе фильтра самое главное – правильно оценить ситуацию с качеством электропитания в вашем доме или офисе, а также определиться с потребностями и количеством электроники и бытовой техники, которая будет подключена к фильтру. Например, тем, кто получает в дом интернет по оптике или витой паре, совершенно не нужен фильтр для телефонной линии, чего не скажешь о тех, кто подключен к Сети по ADSL.

В любом случае выбор сетевого фильтра заслуживает особого внимания, поскольку от этого, казалось бы, малозначительного устройства иногда зависит срок службы техники, цена которой в десятки и сотни раз превышает стоимость этого фильтра.

Выбираем стабилизатор напряжения

Сетевой стабилизатор — устройство специфическое и значительно более сложное, нежели сетевой фильтр, поэтому и список производителей значительно короче.

Тем не менее, имена наиболее популярных торговых марок здесь практически те же, а выбор несколько упрощается благодаря тому, что ключевых параметров для определения наиболее подходящего решения значительно меньше.

Да, большинство сетевых стабилизаторов содержат встроенные фильтры помех и также могут быть промаркированы по максимальной энергии рассеивания, но наиболее важными параметрами при выборе все же являются максимальная нагрузка и диапазон стабилизации входных напряжений.

Классифицировать сетевые стабилизаторы лучше всего по максимально допустимой нагрузке, и уже после этого смотреть диапазон стабилизации напряжений.

В России допустимая максимальная нагрузка обычно нормируется в ваттах (Вт) или киловаттах (кВт), в других странах – в частности, в Китае, принята маркировка в вольт-амперах (ВА) или киловольт-амперах (кВА).

Ватты активной мощности и вольт-амперы полезной мощности – величины отнюдь не тождественные, последние для достижения примерного равенства необходимо умножать на так называемый коэффициент мощности, который у бытовой техники и электроники колеблется в пределах 0,6-1,0.

На практике обычно просчитывают примерную суммарную мощность нагрузки, и затем, чтобы узнать искомую полезную мощность в вольт-амперах, умножают ее на 1,4. И наоборот: при необходимости выяснить примерную нагрузку стабилизатора в ваттах полезную мощность умножают на коэффициент 0,7.

И еще один полезный практический совет: высчитав суммарную максимальную мощность предполагаемой нагрузки стабилизатора, добавьте к результату еще 25%, небольшой запас позволит не только избежать перегрузки в будущем, при подключении новых устройств, но также избавит стабилизатор от работы в предельном режиме, где у него заметно падает КПД.

Выбирая стабилизатор, также стоит обратить внимание на наличие «умного» режима Bypass («обход»): при номинальном напряжении сети такое устройство не будет попусту расходовать энергию и включится в работу только тогда, когда в этом действительно появится необходимость.

Определяясь с максимально допустимой мощностью нагрузки сетевого стабилизатора напряжения, следует смотреть на его характеристики, а не на название: совсем не факт, что цифры в наименовании имеют хоть какое-либо практическое отношение к мощности устройства.

Для стабилизации сетевого напряжения при относительно небольшой нагрузке — в пределах до 300 Вт — есть очень интересные решения у Sven. Компактные стабилизаторы выполнены в необычном «кубическом» дизайне и имеют достаточно широкий диапазон стабилизации напряжения – как правило, в пределах от 150 до 280-295 В.

Здесь как раз тот случай, когда не следует доверять цифрам в названии и особо внимательно читать характеристики: у стабилизатора Sven VR-V 600 максимальная нагрузка составляет 200 Вт, у Sven Neo R 600 — не более 300 Вт.

Оба «кубика» имеют защиту от перегрузки и короткого замыкания, рассчитаны на максимальный ток помехи до 6500 А и рассеиваемую энергию до 220 Дж, и оба оснащены розетками с механической защитой.

Для более мощных нагрузок компания выпускает стабилизатор Sven VR-V1000, обеспечивающий подключение техники мощностью до 500 Вт. К такому «кубику» уже можно подключить не только домашнюю аудиосистему, но также дополнительные устройства, такие как телевизор, игровая приставка, персональный компьютер.

Стабилизатор напряжения Sven VR-V1000

В модельном ряду стабилизаторов напряжения производства Schneider Electric представлены две популярные модели APC LS1000-RS Line-R и APC LS1500-RS Line-R, рассчитанные на нагрузку до 500 Вт и 750 Вт, соответственно. Оба стабилизатора работают с входными напряжениями в диапазоне 184-248 В, оснащены индикаторами рабочего напряжения и перегрузки, фильтрами импульсных помех, защитой от короткого замыкания и перегрузки.

Стабилизатор напряжения APC LS1000-RS Line-R

Не поленитесь перед покупкой также проверить максимальное рабочее напряжение стабилизатора — если этот параметр действительно критичен для вашей сети. Так, например, стабилизатор APC LS1500-RS Line-R рассчитан на диапазон входных рабочих напряжений 184-248 В, в то время как модель APC Line-R 600VA Auto, хоть и рассчитана на меньшую мощность, до 600 Вт, в то же время обеспечивает значительно более широкий диапазон стабилизации входных напряжений, от 150 до 290 В, чем, в частности, и объясняется его более высокая цена.

Стабилизатор напряжения APC Line-R 600VA Auto

Стабилизаторы напряжения от 1000 Вт (1 кВт) и выше следует выделять в отдельную категорию, рассчитанную на обслуживание мощной офисной техники, бытового оборудования для домов (например, для отопительных котлов) или стабилизации напряжения во всем доме. Для таких целей часто применяют мощные системы с автотрансформаторами.

Sven — одна из немногих компаний, кто производит и продает в России стабилизаторы с автотрансформатором, рассчитанные на значительную нагрузку и при этом обладающие доступной ценой. Так, например, модель Sven AVR PRO LCD 10000 справляется с нагрузкой до 8 кВт в диапазоне стабилизации от 140 до 260 В — отличный выбор для подключения всего загородного жилого дома.

Стабилизатор напряжения Sven AVR PRO LCD 10000

Очень большой ассортимент мощных компактных стабилизаторов выпускает ранее упомянутая «Эра».

Стабилизатор напряжения ЭРА СНК-1000-М

Обратите внимание на маркировку ее изделий: в названии стабилизаторов, как правило, указывается полезная мощность в ватт-амперах. Например, стабилизатор ЭРА СНК-1000-М рассчитан на 1000 ВА, то есть, с ним можно смело закладывать максимальную активную нагрузку до 700 Вт.

Стабилизатор напряжения ЭРА STA-3000

Для питания мощной домашней нагрузки – от 3000 Вт и более, также отлично подходят стабилизаторы с релейной регулировкой нагрузки. Они доступны по цене, компактны, обладают широким диапазоном стабилизации – от 140 до 270 В и оснащены всеми мыслимыми видами защиты.

Стабилизатор напряжения ЭРА STA-3000

Наиболее доступная модель этой серии – ЭРА STA-3000 — выдержит нагрузку до 3 кВт, при этом автоматически отключится при длительном стабильном напряжении сети. Вдобавок, устройство оснащено многоцветным ЖК-дисплеем для наглядной индикацией текущего режима работы.

По сути мы прошлись по всем основным проблемным случаям, связанным с электропитанием, и подобрали модели для каждого из них. Надеемся, с ее помощью вы сможете выбрать наиболее подходящий именно вам вариант защиты.

Сетевой фильтр или стабилизатор напряжения: что лучше — VINUR

Часто только поломка электроники дает толчок задуматься о мерах безопасности и сохранности имущества. Причинами таких ситуаций могут быть некачественные модели приборов, долгий период эксплуатации или неверное использование. Часто и нестабильное напряжение в электрической сети является причиной выхода из строя техники.

Не только высокий, но и низкий показатель напряжения может привести к плачевному результату. Стабильность — вот, что является необходимым условием для постоянной и продуктивной работы устройств.

Невозможно предугадать изменения скачков в сети, связанных с неисправностью линий и обслуживающего оборудования. Производители разнообразной техники не дают гарантии, что она выдержит резкие перепады напряжения и продолжит в дальнейшем стабильное функционирование. В этом случае на помощь придут варианты, способные минимизировать и сгладить такие перепады — сетевой фильтр и стабилизатор напряжения.

Такие защитные элементы схожи по целевой задаче — сохранить техническую базу в рабочем состоянии, но различаются по условиям выполнения этой цели. Перед тем, как приобрести стабилизатор напряжения или сетевой фильтр, необходимо разобраться в особенностях, преимуществах, схожих и отличительных чертах.

Сетевой фильтр: сгладить и не навредить

Смыслом функционирования такой модели является нормализация скачков напряжения с помощью специальной схемы. Преимущество такого устройства в том, что в экстренной ситуации, при которой он не сможет уберечь технику, сетевой фильтр попросту отключает питание. Такое “умное” решение доступно благодаря предохранителям.

Существует ограничение на подключение к такому устройству: на фильтре есть определенное количество розеток для соединения с приборами. Если техники, нуждающейся в защите, больше 8 позиций, то подключить их в полном объеме не получится. Но даже, если задействовать все свободные розетки, то устройство может не выдержать такой нагрузки, поэтому лучше не подключать большое количество электроники одновременно.

Основными составляющими сетевого фильтра выступают:

• варисторы — элементы, которые берут на себя удар и преобразуют электрический скачок в “стабильную” энергию для электроприборов. Из-за того, что они выступают защитой, эти элементы могут не выдерживать и периодически ломаться;
• фильтры, которые в свою очередь состоят из катушки и конденсатора.

Многофункционально и долговечно

Наиболее востребованное и популярное устройство для сохранности техники — стабилизатор напряжения. Уже в названии читается суть — делать напряжение нормальным (в пределах 220 В).

Они выдерживают большие нагрузки и рассчитаны на значительное количество электроники, которые нужно уберечь от поломок. Модели современной техники уже оснащены встроенной защитой от перенапряжений, но это менее эффективно, чем использование полноценного устройства. Чтобы исключить возможные поломки и даже пожароопасные ситуации, нельзя экономить на этом устройстве.

Как и любые технические приспособления, эта модель также подвержена поломкам. Обычно слабым местом стабилизаторов выступают сервомотор и угольные щетки. Но эти элементы можно оперативно заменить и устройство и дальше будет выполнять свои задачи.

Непростой выбор

Когда возникает необходимость приобретения одной из моделей защиты от перепадов напряжения, то сможет помочь систематизация информации о каждом устройстве. Преимущества стабилизатора следующие:

• выдерживает значительные нагрузки;
• более удобен в эксплуатации;
• имеет многоуровневую функциональную основу, которая гарантирует работу с минимальными сбоями;
• может нормализовать низкое, а также высокое напряжение до показателя в 220 В;
• при предельно высоком уровне напряжения происходит плавное отключение от сети.

К относительным минусам такого прибора можно отнести его цену. Стоимость качественного стабилизатора несколько больше, чем у сетевого фильтра. Это объясняется большей многофункциональностью и параметрами нагрузки.

К положительным чертам сетевого фильтра можно отнести простоту использования и ценовой фактор. А вот минусов у него гораздо больше:

• возможность подключать не более 8 позиций техники;
• неспособность повлиять на низкие показатели напряжения;
• вероятность поломки предохранителя и схемы из-за высокого напряжения;
• не выдерживает большие нагрузки.

Сфера применения у стабилизатора значительно шире из-за того, что он может защищать от перепадов напряжения как группу приборов, так и единичные экземпляры.

Сетевые фильтры с защитой от скачков напряжения: типы и технические характеристики

На чтение 5 мин Просмотров 561 Опубликовано 22.07.2019 Обновлено 30.06.2019

Практически в каждой квартире стоит холодильник, стиральная машина и другая бытовая техника. Данные устройства упрощают жизнь, терять такую помощь хочется меньше всего. Из-за резких перепадов напряжения и посторонних шумов в сети техника может выйти из строя. В первом случае все происходит мгновенно, а во втором процесс длится долгий промежуток времени. Чтобы уберечься от ненужных трат, необходимо обзавестись надежной защитой в виде сетевого фильтра или стабилизатора.

Защита бытовой техники

Сетевые фильтры SVEN

Инженеры современной бытовой техники делают уклон в сторону компактности и эффективном энергопотреблении. Подход имеет минус — чувствительность к перепадам напряжения. В результате владелец получает неприятный счет за ремонт и испорченные нервы.

Стандартное напряжение в сети должно быть 220В, ГОСТ предусматривает погрешность 10%. В теории сеть не должна быть менее 198 и более 240 В, но на практике сеть скачет от 35 до 400 вольт. Даже защищенная от перепадов техника не сможет выдержать такой нагрузки.

При скачке напряжения первыми выходят из строя холодильник и компьютер. В блоке питания предусмотрена минимальная защита на подобные ситуации. Чаще всего все заканчивается сгоревшими катушками и вздутыми конденсаторами. То же касается плоских телевизоров и мониторов.

С мелкой бытовой техникой все просто, а с холодильниками и стиральными машинами дела обстоят хуже. Если в момент перенапряжения техника была в сети,зачастую выходит из строя мотор. Сгоревшие детали подлежат только замене. В итоге ремонт обходится намного дороже, чем обычный стабилизатор или фильтр напряжения.

Устройства защиты

Скачки в электросети могут нанести большой материальный ущерб, поэтому важно выбрать качественный товар. Инженеры предлагают несколько вариантов, отличающихся по принципу работы и стоимости. Существует три основных вида защиты от скачков напряжения:

• бесперебойный источник питания;
• стабилизатор напряжения;
• фильтр электрический сетевой.

ИБП (источник бесперебойного питания), отлично подходит для использования в паре с настольным компьютером. Емкий аккумулятор способен продлить работу монитора и системного блока от 3 до 30 минут. Длительность работы зависит от емкости и износа аккумулятора. Но аккумулятор дорогостоящий и быстро выходит из строя. Замена в среднем производится раз в год.

В стабилизаторе не предусмотрены дорогостоящие расходные материалы. После сильного скачка придется заменить лишь перегоревшие плавкие предохранители. Из минусов — ограниченное количество подключаемых устройств и высокая цена. Прибор не поможет сохранить данные во время потери напряжения. В тоже время он защищает дорогостоящие детали подключенной бытовой техники.

Сетевой фильтр — относительно бюджетный вариант с большими возможностями. Принцип стандартного устройства заключается в срабатывании кнопки, отсекающей подачу напряжения во время большого скачка. Данный вид защиты работает как предохранитель. Некоторые модели способны собирать шумы, что положительно сказывается на чувствительной технике Чем больше стоимость изделия, тем лучше характеристики.

Особенности работы

Принцип работы сетевого фильтра

Каждый фильтр комплектуется автоматом, который отсекает подачу электроэнергии при замыкании или критично высоком напряжении. Также удлинители способны фильтровать шумы в электросети. Такие помехи могут создаваться от генератора, болгарки или сварочного аппарата. Только хорошие устройства способны устранять шум. Дешевые удлинители комплектуются простыми автоматами.

Фильтр от помех в электросети будет корректно работать только с подключенным к нему кабелем с заземлением. Принцип работы заключается в сбрасывании всех помех на заземление. Таким образом продлится срок эксплуатации важных СМД элементов чувствительной техники.

Практически все сетевые фильтры с защитой от скачков напряжения имеют одну схему построения цепи. На входе расположены выключатель с подсветкой, варистор и LC фильтры. Принцип работы варистора заключается в том, что когда происходит скачок, он перегревается и выходит из строя, разрывая при этом цепь. LC фильтры представляют собой обмотанный кабелем ферритовый сердечник, который улавливает высокие частоты и выравнивает синусоиду переменного тока.

Фильтр или стабилизатор

Чтобы выбрать устройство, нужно определиться, какие перед ним будут стоять задачи

Чтобы определить, какой вариант подходит лучше всего, необходимо ознакомиться с положительными и отрицательными сторонами устройств.

Стабилизатор напряжения, в отличие от удлинителя с установленным предохранителем с защитой от скачков напряжения, имеет сложную многоступенчатую систему. Некоторые модели способны в реальном времени показывать входящее напряжение и преобразованное.

Если напряжение постоянно понижается (моргает или тускнеет свет), сетевой фильтр не поможет. Современный удлинитель со встроенным стабилизатором входного напряжения способен не только гасить высокие скачки, но и поднимать заметную просадку.

Устройство достаточной мощности можно поставить на весь дом и тем самым обезопасить все электроприборы. В случае с сетевыми фильтрами это невозможно.

При высоких скачках напряжения стабилизатор выполняет плавное отключение. Такой подход помогает сохранить все элементы защиты. В фильтре все наоборот. При резком скачке гарантированно сгорает предохранитель. В итоге приходиться разбирать корпус и производить замену, либо покупать новое устройство.

Удлинитель с фильтром и стабилизатор — устройства разной ценовой категории. Если необходима надежная защита любой ценой, дорогой преобразователь будет лучшим вариантом. Стабилизатор рекомендуется ставить на дорогую технику с длительным сроком эксплуатации.

Для небольших зарядных устройств или недорогой техники подойдут дешевые сетевые фильтры. Они надежно сработают в экстренной ситуации, а также уберут посторонние шумы. Такой фильтр отлично справляется с высокими скачками. Поэтому его лучше ставить там, где нет просадки электросети.

Для чего нужны сетевые фильтры?

Задача сетевого фильтра — защитить компьютерное оборудование от нежелательных перепадов напряжения в бытовой сети электропитания. Но, хотя техника в большинстве случаев подключается к стационарным розеткам, проблемы с питанием возникают.

Причины нестабильного напряжения в сети:

1. Согласно принятым в России стандартам, нормой считается 220 В с допуском +10 % и –15 %, т. е. диапазон возможных значений напряжения — 187–242 В.
2. Кондиционеры, «теплые полы» и другое мощное оборудование создают достаточно большие нагрузки на сеть. При их включении наблюдается некоторое падение напряжения, а при отключении — резкий скачок в сторону повышения.
3. Оказывают влияние на параметры сети электропитания также источники электромагнитных и радиочастотных помех. К ним относятся многочисленные бытовые приборы: пылесосы, СВЧ-печи, а также насосы и электродвигатели.

С использованием сетевого фильтра для компьютера удается свести к минимуму перепады напряжения сети и сгладить отдельные импульсные помехи по току. Как результат — существенное продление срока службы системного блока и монитора. Однако следует помнить, что это действительно так, если сетевой фильтр правильно подобран: он имеет схему фильтрации и характеристики, соответствующие необходимой схеме питания. В противном случае он будет только мешать работе техники, отключая электропитание в самый неподходящий момент.

При выборе фильтра обратите внимание:

• на диапазон выходных напряжений;
• допустимую суммарную мощность подключаемых приборов;
• максимально допустимый ток;
• ток импульсной помехи.

Дополнительные возможности сетевого фильтра:

• световая индикация о режиме работы;
• наличие нескольких розеток;
• защита от короткого замыкания, перегрузок, перегрева.

Достойной альтернативой сетевому фильтру является применение для схем электропитания компьютерного оборудования источника бесперебойного питания (ИБП). Он позволяет нейтрализовать перепады напряжения в сети, сгладить помехи различной природы и обеспечить временное электропитание техники при отключении централизованного.

В интернет-магазине Cyberlife вы можете купить сетевые фильтры для дома и офиса. Представлено большое количество устройств начального уровня со встроенной защитой от короткого замыкания, перегрева и перегрузок.

Фильтр, управляемый напряжением (VCF) | Академия синтезаторов

Фильтр, управляемый напряжением, является основной частью субтрактивного синтеза. Есть много разных способов создать фильтр, и хотя они в основном делают одно и то же, все они звучат немного по-разному. Фильтр – это часть синтезатора, которая в наибольшей степени отвечает за формирование тонов, которые вы получаете от него, и придает каждому синтезатору свой характер и уникальный звук.

Как правило, фильтры блокируют одни объекты, а другие пропускают.Фильтр в синтезаторе ничем не отличается; он блокирует одни частоты, пропуская другие. Существует несколько различных типов фильтров, из которых вы можете выбирать, в зависимости от того, какие частоты вам нужно заблокировать / пропустить для достижения желаемого звука.

Типы фильтров (режимы)

Фильтр нижних частот пропускает (разрешает) частоты ниже определенной точки, известной как частота среза. Частоты выше частоты среза блокируются. Этот фильтр позволяет вырезать высокие частоты из вашего сигнала или избавиться от гармоник.

развертка фильтра нижних частот

Полосовой фильтр пропускает частоты вокруг частоты среза, но блокирует частоты выше и ниже нее. Он пропускает только узкую полосу частот. Это полезно, если вы пытаетесь выделить определенную частоту.

Полосовой фильтр развертки

Фильтр верхних частот пропускает частоты выше частот среза и блокирует частоты ниже них.Он позволяет вырезать низкие частоты из вашего сигнала или пропускать только гармоники.

Развертка фильтра верхних частот

Режекторный фильтр блокирует частоты около частоты среза и пропускает все остальные. Это может пригодиться, если у вас есть одна конкретная частота, которую вы хотите заблокировать (возможно, это вызывает обратную связь или просто плохо звучит).

Различные синтезаторы или модули фильтров могут иметь один или несколько типов фильтров.Иногда они все доступны одновременно с разных разъемов, а иногда вы можете переключаться между ними с помощью переключателя или ручки.

Частота среза

Приведенные выше описания являются просто обобщениями; сигналы обычно не проходят полностью или не блокируются по обе стороны от частоты среза. Фактически, коэффициент усиления начинает постепенно уменьшаться, а затем постепенно снижается. Давайте посмотрим на фильтр нижних частот в качестве примера:

Обратите внимание, что частота среза – это не точка, в которой фильтр начинает влиять на усиление.Это точка, в которой усиление составляет -3 дБ (половина).

Частоту среза можно регулировать почти на всех VCF с помощью ручки или управляющего напряжения. Здесь вы можете начать использовать свой фильтр для создания более динамичных звуков. Возможно, вы вставите фильтр низких частот так, чтобы срез был довольно высоким, когда вы впервые играете ноту, а затем он снижается, когда нота удерживается. Это дает вам ноту, которая становится яркой при первом ударе и со временем становится более тусклой, как и многие акустические инструменты, когда на них играют.

Наклон

Скорость, с которой падает усиление после перегиба на частоте среза, известна как крутизна фильтра. Когда вы покупаете фильтр, вы увидите характеристики наклона, например, 12 дБ / октаву или 24 дБ / октаву. Это означает, что каждый раз, когда частота удваивается (увеличивается на октаву), усиление падает на 12 дБ или 24 дБ соответственно. Иногда наклон описывают в «полюсах», каждый полюс которых равен 6 дБ. 2-полюсный фильтр будет иметь наклон 12 дБ / октаву, 4-полюсный фильтр – 24 дБ / октаву и т. Д.

6 дБ – не очень крутая крутизна для фильтра. Вы можете использовать его, чтобы сделать звук ярче или мутнее, но на самом деле он не обрезает частоты до такой степени, что вы их не слышите. Регуляторы тембра на вашей старой стереосистеме, вероятно, имеют наклон 6 дБ.

12 дБ отфильтрует большую часть звука, но вы все равно сможете его услышать.

24 дБ довольно круто. Вы можете использовать 4-полюсный фильтр, чтобы вырезать нежелательные частоты до такой степени, чтобы вы их не заметили.

Резонанс

Поворачивая регулятор резонанса (или увеличивая управляющее напряжение) на вашем фильтре, вы увеличиваете частоты прямо около частоты среза.Он также имеет тенденцию ослаблять низкие частоты (некоторые фильтры компенсируют это, поэтому вы не теряете низкие частоты при увеличении резонанса). Ширина пика, на котором повышаются частоты, называется «Q».

По мере того, как вы продолжаете увеличивать резонанс, звук начинает немного звучать около резонансной частоты. Если вы увеличите резонанс еще больше (если ваш фильтр позволит вам; некоторые нет), тогда фильтр начнет автоколебаться, и вы обнаружите синусоидальную волну на выходе.Пик такой высокий и узкий, что через него будет проходить очень мало входного сигнала. Если ваш фильтр откалиброван так, что он отслеживает с вашей клавиатурой, вы можете использовать его как синусоидальный ГУН.

Примечание. Хотя их можно использовать таким образом, VCF не могут быть хорошей заменой для VCO. Генераторы очень чувствительны к изменениям температуры, и настоящий ГУН имеет дополнительную схему, чтобы компенсировать это и сделать его более стабильным. VCF этого не делают, поэтому они не очень хорошо умеют оставаться в гармонии.На некоторых из них вы можете кардинально изменить высоту звука, просто дуя на их печатные платы.

Давайте посмотрим на реальный VCF. Это Filtare SEIII Дивизиона 6. Это фильтр Eurorack, который разработан так, чтобы звучать как микросхема фильтра SSM2040, которая больше не производится. Это 4-полюсный фильтр, поэтому его крутизна составляет 24 дБ / октаву.

Он имеет 4 различных типа фильтров, каждый из которых имеет собственное отдельное выходное гнездо.

Режекторный выход немного уникален тем, что имеет регулятор «баланса», который позволяет переключаться между всеми нижними и верхними частотами.Когда он установлен посередине, он передает как низкие, так и высокие частоты с провалом (выемкой) посередине.

Все элементы управления этого фильтра могут управляться либо ручкой, либо внешним управляющим напряжением.

Есть два входа CV для частоты среза. У одного есть ручка уровня, чтобы вы могли регулировать, насколько входящее напряжение влияет на частоту. Другой – фиксированный 1 вольт на октаву, что позволяет легко использовать этот фильтр в качестве генератора синусоидальной волны, если вы хотите (на задней панели также есть регулятор подстройки, чтобы вы могли его настраивать).

Фильтр / усилители напряжения | Precision Filters Inc.

28000 Обзор фильтра / усилителя напряжения

Решения Precision 28000 для усиления входных сигналов низкого уровня

Измерения

• Фильтры сглаживания сглаживания с программируемыми усилителями
• Усилитель напряжения общего назначения
для динамических измерений
• Усилитель постоянного тока с низким дрейфом для низкоуровневых сигналов постоянного тока
• Подводная акустика
• Измерения пирошока
• Аэродинамические трубы

8-канальные фильтры / усилители 200 кГц

Карты 28608B и 28618 идеально подходят для восьмиканальных программируемых фильтров / фильтров кондиционирование входов низкого напряжения перед системами сбора цифровых данных высокого разрешения.Карты имеют сбалансированные дифференциальные входы и распределенное программируемое усиление с прекрасным разрешением для масштабирования инженерных единиц. Отсечка фильтра и характеристики программируются в соответствии с требованиями конкретного измерения. Выберите режим FLAT для оптимальной работы в частотной области или режим PULSE для критических измерений во временной области. Фильтры могут быть отключены программным управлением для широкополосных измерений.

2-канальный фильтр / усилитель 3 МГц

Двухканальный программируемый фильтр / усилитель 3 МГц 28612 обеспечивает два канала малошумящего усиления и 6-полюсные фильтры нижних частот с программируемыми частотами среза от 5 кГц до 3.15 МГц. Входной каскад 28612 может быть запрограммирован на прием несимметричных или дифференциальных сигналов, а вход может быть запрограммирован на согласование Hi-Z или 50 Ом. Двухрежимный фильтр «FLAT / PULSE» имеет программируемые характеристики, которые можно оптимизировать для измерений во временной или частотной области.

Innovative Performance Technologies

Входной каскад 28608B и 28618 представляет собой сбалансированную дифференциальную входную топологию с высоким импедансом, которая может использоваться для приема дифференциальных сигналов от преобразователя мостового типа или для кондиционирования заземленных (несимметричных) источников напряжения без включения контуры заземления. ..

ПодробнееЧитать меньше

Входные каскады 28608B и 28618 представляют собой сбалансированную дифференциальную входную топологию с высоким импедансом, которая может использоваться для приема дифференциальных сигналов от преобразователя мостового типа или для кондиционирования заземленных (несимметричных) источников напряжения без введения контуры заземления. Этот вход универсален в том, что он имеет низкий дрейф постоянного тока для приложений измерения постоянного тока, низкий уровень шума для широкополосных измерений переменного тока и оснащен программируемой связью переменного / постоянного тока. Связь по переменному току полезна для устранения большого смещения постоянного тока в сигнале, чтобы можно было применить большее усиление канала, чтобы подчеркнуть небольшие колебания переменного тока в сигнале.

Некоторые преобразователи, такие как пьезорезистивные преобразователи давления, могут иметь очень высокие резонансные частоты, которые могут быть возбуждены переходными процессами, и этот внеполосный сигнал может быть больше, чем интересующий сигнал. Могут существовать источники нежелательного низкочастотного шума, такие как субгармоники двигателя, трибоэлектрический шум от кабеля или пироэлектрический шум от датчика, вызванный большими температурными градиентами …

Подробнее Читать меньше

Некоторые преобразователи, такие как пьезоэлектрические преобразователи. резистивные датчики давления могут иметь очень высокие резонансные частоты, которые могут возбуждаться переходными процессами, и этот внеполосный сигнал может быть больше, чем интересующий сигнал.Могут существовать источники нежелательного низкочастотного шума, такие как субгармоники двигателя, трибоэлектрический шум от кабеля или пироэлектрический шум от датчика, вызванный большими градиентами температуры.

Усиление усилителя 28000 распределяется как усиление «предварительного фильтра» и «постфильтра», что позволяет фильтру удалять внеполосные сигналы, такие как резонанс преобразователя, при этом обеспечивая требуемый полномасштабный уровень внутриполосного сигнала. Используя функцию «резерва» 28000, пользователь может указать необходимую защиту от внеполосного шума, а усиление до и после фильтра автоматически распределяется для обеспечения этой защиты.Коэффициент усиления предварительного фильтра устанавливается для достижения необходимого запаса мощности усилителя для внеполосных сигналов перед фильтром при максимальном динамическом диапазоне. После того, как фильтр удаляет внеполосные сигналы, устанавливается усиление постфильтра для достижения желаемого полномасштабного выходного сигнала.

Технология фильтров FLAT / PULSE в Precision Filters позволяет пользователю задавать частотные характеристики формирователя сигнала под управлением программы. Для переходных испытаний или испытаний, где важно сохранение формы волны во временной области, запрограммируйте характеристику фильтра в режим ИМПУЛЬС.Режим PULSE обеспечивает линейную фазовую характеристику …

Подробнее Читать меньше

Технология фильтров FLAT / PULSE Precision Filters позволяет пользователю устанавливать частотные характеристики формирователя сигнала под управлением программы. Для переходных испытаний или испытаний, где важно сохранение формы волны во временной области, запрограммируйте характеристику фильтра в режим ИМПУЛЬС. Режим PULSE обеспечивает линейную фазовую характеристику, которая требуется для воспроизведения формы волны во временной области и выдающейся переходной характеристики с низким уровнем выбросов и звона.Для анализа в частотной области выбор характеристики фильтра FLAT приведет к выдающейся равномерности передаточной функции и резкому избирательному отклику фильтра. Технология фильтров FLAT / PULSE доступна во всех продуктах с фильтрами / усилителями напряжения Precision Filters.

Характеристики фильтра / усилителя напряжения Precision 28000

Двухрежимные зарядные устройства и стабилизаторы IEPE Общие характеристики:

• Сбалансированные дифференциальные входы с программируемой связью переменного / постоянного тока
• Входной режим MUTE для отключения неиспользуемых каналов в безопасном, тихом состоянии
• Обнаружение перегрузки предварительного фильтра
• Точная цифровая калибровка
• Несимметричные выходы с датчиком заземления
• Программируемые тестовые режимы для подачи калибровочного сигнала и короткого замыкания входа, что позволяет проводить автоматическую проверку системы измерения
• Шина монитора выхода
• Вспомогательная передняя- выходное соединение панели поддерживает использование модулей выходных буферов Precision Filters для добавления до двух буферизованных выходов на канал

28608B 8-канальный программируемый фильтр / усилитель Характеристики: Подавление нуля Распределенное усиление от x1 / 16 до x8192 с 0 . Разрешение 05% 4- или 8-полюсные фильтры нижних частот или 8-полюсные полосовые фильтры с программируемыми плоскими / импульсными характеристиками Частоты среза: Импульсный режим: от 1 Гц до 102,3 кГц Плоский режим: от 2 Гц до 204,6 кГц Программируемый широкополосный (500 кГц) или фильтрованный режим См. Спецификацию 28608B

28618 8-канальный программируемый фильтр / усилитель Характеристики: Распределенное усиление от x1 / 16 до x1024 с разрешением 0,05% 4 -полюсные фильтры нижних частот с программируемыми плоскими / импульсными характеристиками для оптимизации производительности во временной или частотной областях Частоты среза: 300, 1k, 3k, 10k, 30 кГц и широкополосный (190 кГц) См. спецификацию 28618

• Два канала на карту, 32 канала на шасси
• Программируемый несимметричный / дифференциальный вход
• Программируемое входное соединение переменного / постоянного тока
• Программируемый входной термин напряжение (50 Ом или Hi-Z)
• Программируемое усиление: x1, 2, 5, 10, 20, 50, 100, 200, 500, 1000
• Шестиполюсные фильтры нижних частот с программируемыми плоскими / импульсными характеристиками
• Частоты среза программируются от 5 кГц до 3. 15 МГц
• Точная цифровая калибровка

См. Лист спецификаций 28612>

Таблица выбора фильтра / усилителя напряжения

9018

Карта	28608B	28618	28612		Напряжение постоянного тока	Напряжение переменного / постоянного тока	Напряжение переменного / постоянного тока
Каналы на карту	8	8	2
Применимый преобразователь	Низкоуровневые усилители переменного или постоянного тока и фильтрация LP, HP или BP	Низкоуровневые усилители переменного или постоянного тока и фильтрация LP, HP или BP	Низкоуровневые усилители переменного или постоянного тока и фильтрация LP, HP или BP
Интерфейс	2-проводный с экраном	2-проводный с экран	2-проводной с экраном
Полоса пропускания	500 кГц	190 кГц	3. 15 МГц
Усиление	x1 / 16 до x8192 с разрешением 0,05%	x1 / 16 до x1024 с разрешением 0,05%	x1, x2, x5, x10, x20, x50, x100, x200, x500, x1000
Фильтр	4- или 8-полюсный; плоский / импульсный ФНЧ или полосовой	4-полюсный плоский / импульсный ФНЧ	6-полюсный плоский / импульсный ФНЧ
Частоты отсечки	Плоский: от 2 Гц до 204,6 кГц Импульс: от 1 Гц до 102.3 кГц	FX02: 300 Гц, 1 кГц, 3 кГц, 10 кГц, 30 кГц	от 5 Гц до 3,15 МГц
Выходы	Несимметричный с датчиком заземления	Несимметричный с датчиком заземления	Несимметричный

Проверка во время тестирования

Для непрерывной настройки, разборки и перенастройки чувствительного испытательного оборудования требуется строгий протокол, подтверждающий, что каждый канал работает правильно во время тестирования. Система 28000 обеспечивает уровень встроенных возможностей проверки и валидации для подтверждения правильной работы измерительной системы, включая датчик и кабель.По завершении проверочного тестирования предоставляется отчет о состоянии в качестве надежного средства для документирования достоверности системы во время фактического тестирования.

Ежегодная калибровка

Все испытательные системы требуют периодической калибровки. Встроенные в Precision 28000 возможности автоматизированного тестирования позволяют пользователю выполнять удобные и доступные ежегодные калибровочные тесты NIST на месте, не снимая систему со стойки для оборудования. Это устраняет необходимость в дорогостоящих калибровках за пределами объекта и простоя системы.

Узнайте больше о 28000 NIST Traceable Testing>

11.11: Фильтры, управляемые напряжением (расширенная тема)

Фильтр, управляемый напряжением, или VCF, представляет собой не что иное, как стандартный фильтр, частота настройки которого регулируется внешним напряжением. Вы можете рассматривать эту концепцию как расширение аспектов управления синхронизацией фильтра с переключаемыми конденсаторами. VCF используются в широком спектре приложений, включая измерительные устройства, такие как анализаторы частоты и музыкальные синтезаторы.Любое приложение, которое требует точного или быстрого управления частотой настройки, требует VCF. Практически любой из фильтров, представленных в этой главе, можно превратить в VCF. Все, что вам нужно сделать, это заменить элементы настройки фильтра версией с регулируемым напряжением. Обычно это означает замену настроечных резисторов на резисторы, регулируемые напряжением.

Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Фоторезистор / лампа, используемые в качестве переменного сопротивления.

Два возможных способа создания сопротивления, управляемого напряжением, включают комбинацию фоторезистора и лампы (рисунок \ (\ PageIndex {1} \)) и использование полевого транзистора в его омической области (рисунок \ (\ PageIndex {2} \) )).Чтобы использовать эти элементы, просто снимите подстроечный резистор (-ы) и замените его резистором, управляемым напряжением. В качестве примера на рисунке \ (\ PageIndex {3} \) показан простой однополюсный высокочастотный VCF. По мере увеличения управляющего напряжения (\ (V_c \)) яркость лампы увеличивается, вызывая падение номинала фоторезистора. Поскольку фоторезистор устанавливает частоту настройки, конечный результат – увеличение \ (f_c \). Версия с полевым транзистором обеспечивает сопротивление, пропорциональное величине напряжения затвора (\ (V_c \)).

Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Использование JFET в омической области.

Эти два решения не лишены проблем. В случае лампы / фоторезистора время отклика не очень велико, и для ламповой части требуется довольно большой ток возбуждения. Схема на полевом транзисторе устраняет эти проблемы, но требует, чтобы напряжение на ней оставалось достаточно низким (обычно менее 100 мВ). Большие колебания сигнала вытеснят полевой транзистор из омической области, и искажения резко возрастут.Кроме того, популярная разновидность N каналов требует отрицательного потенциала затвора, что обычно не является предпочтительным. В обоих случаях остается еще одна проблема: сложно создать широкий линейный диапазон регулирования.

Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Подключение с переменным сопротивлением для VCF.

Еще один способ создать эффект настраиваемого элемента с переменным напряжением – это использование операционного усилителя крутизны или OTA (см. Главу 6). Помните, что это устройство по сути является преобразователем напряжения в ток.Его выходной ток зависит от управляющего тока. (Управляющий ток легко получить из управляющего напряжения и резистора.) Это устройство идеально подходит для входов «инвертирующего» типа, когда входной резистор используется в качестве преобразователя напряжения в ток. Один из возможных примеров показан на рисунке \ (\ PageIndex {4} \), VCF переменной состояния. Разделы в рамке показывают, где OTA заменил стандартный одиночный резистор. В этой схеме большое управляющее напряжение создает большой управляющий ток, тем самым увеличивая крутизну.Это имитирует меньшее значение резистора настройки и, таким образом, создает более высокую частоту настройки. Подход OTA оказался надежным, повторяемым и в целом недорогим. Он также предлагает довольно широкий линейный диапазон настройки.

Рисунок \ (\ PageIndex {4} \): Использование OTA в качестве управляемого элемента в VCF.

Почему имеет значение шум опорного напряжения?

Введение

Растет спрос на сверхточные измерения, позволяющие достичь разрешения более 24 бит, в отраслях, от аэрокосмической, оборонной и газовой разведки до производителей фармацевтических и медицинских устройств.Например, в фармацевтической промышленности используются высокоточные лабораторные весы, которые обеспечивают разрешение 0,0001 мг в полном диапазоне 2,1 г, что потребует аналого-цифрового преобразователя (АЦП) с разрешением более 24 бит. Калибровка и тестирование этой высокоточной системы ставит перед приборостроительной промышленностью задачу предложить испытательное оборудование, которое может достигать разрешения более 25 бит с точностью измерения не менее 7,5 разряда.

Для достижения такого высокого разрешения требуется сигнальная цепь с исключительно низким уровнем шума.На рисунке 1 показана зависимость шума от эффективного числа битов (ENOB) и отношения сигнал / шум (SNR). Обратите внимание, что шум рассчитывается на основе опорного напряжения (V _REF ), равного 5 В, и входа АЦП, установленного на полный диапазон. Чтобы обеспечить перспективу, для достижения 25-битного разрешения или динамического диапазона 152 дБ максимально допустимый системный шум составляет 0,2437 мкВ среднеквадратичного значения.

Рисунок 1. Зависимость шума от ENOB и SNR.

Опорное напряжение устанавливает предел входного аналогового сигнала, который может разрешить АЦП.Уравнение 1 представляет собой идеальную передаточную функцию АЦП, где выходной код – в десятичной форме – вычисляется с помощью аналогового входного сигнала V _IN , опорного напряжения V _REF и количества битов АЦП N.

Обычно разрешение, указанное в листе данных АЦП, основано на методе закороченного входа, когда вход АЦП подключается к заземлению или дифференциальные входы АЦП подключаются к общему источнику. Метод закороченного входа АЦП помогает охарактеризовать абсолютный предел разрешения АЦП путем исключения шума источника входного сигнала АЦП и устранения влияния шума V _REF .Это верно, потому что V _IN установлен на 0 В, в результате чего отношение V _IN / V _REF равно 0 В.

Чтобы исследовать влияние шума опорного напряжения на общий шум системы, на рисунке 2 показана взаимосвязь между общим шумом системы (среднеквадратичное значение) и входным напряжением источника постоянного тока АЦП. Для этого теста мы использовали 32-разрядный АЦП AD7177-2 с входом V _REF , подключенным к LTC6655-5 (5 В), и входом АЦП, подключенным к источнику постоянного тока с низким уровнем шума. Скорость передачи данных на выходе АЦП была установлена ​​на 10 kSPS.Обратите внимание, что во всем диапазоне входного напряжения АЦП шум АЦП остается постоянным (35 нВ / √Гц), в то время как шум входного источника постоянного тока АЦП возрастает (≤6 нВ / √Гц), но остается низким по сравнению с шумом опорного напряжения (96 нВ). / √Гц). Как показано на рисунке 2, общий шум пропорционален входному напряжению постоянного тока АЦП. Это связано с тем, что по мере увеличения V _IN отношение V _IN / V _REF увеличивается, и поэтому шум V _REF доминирует над общим системным шумом, когда АЦП находится на полномасштабном входе.Индивидуальный шум каждого компонента в сигнальной цепи складывается в виде корня из суммы квадратов (RSS) и дает форму кривой на рисунке 2.

Рисунок 2. Связь ADC V _IN со среднеквадратичным значением системного шума. V _REF установлен на LTC6655-5.

Для достижения высокого разрешения измерения 25 бит или выше даже лучший автономный источник опорного напряжения, доступный на рынке, с характеристиками низкого уровня шума, нуждается в некоторой помощи для ослабления его шума. Добавление внешних схем, таких как фильтр, может помочь уменьшить шум для достижения желаемого динамического диапазона АЦП.

В оставшейся части статьи объясняются различные типы фильтров нижних частот и способы их применения для ослабления шума опорного напряжения. Будут обсуждены методы проектирования фильтров и их компромиссы. Два типа фильтров нижних частот, которые будут обсуждаться в контексте ослабленного опорного шума напряжения, – это простые пассивные RC-фильтры нижних частот (LPF) и фильтры нижних частот с активной диаграммой прохождения сигналов (SFG). Результаты оценки системы с использованием сигма-дельта (Σ-Δ) АЦП будут представлены в разделе характеристик схемы.

Снижение шума с помощью пассивного фильтра нижних частот

На рисунке 3 показано опорное напряжение, управляющее АЦП через фильтр нижних частот, реализованный с помощью внешнего накопительного конденсатора C1, эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) накопительного конденсатора и выходное сопротивление операционного усилителя опорного напряжения (ОУ). Частота среза пассивного RC LPF определяется параметром

.

, в котором указано, что полоса пропускания обратно пропорциональна сопротивлению R и емкости C.

Рисунок 3. Фильтр нижних частот между последовательным источником опорного напряжения и АЦП.

Резервуарный конденсатор C1 также работает как локальный накопитель энергии для компенсации скачков напряжения, возникающих, когда схема опорного напряжения АЦП требует внезапного изменения тока нагрузки. На рисунке 4 показан отклик динамического опорного тока сигма-дельта AD7177-2 и SAR AD7980 АЦП.

Рисунок 4. Моделирование динамического отклика опорного тока AD7177-2 и AD7980.

Пользователь может выбрать номинал конденсатора C1 для удовлетворения требований к частоте среза LPF, но для правильной работы некоторых АЦП SAR требуется минимальный конденсатор 10 мкФ на опорном входе.Этот конденсатор C1 минимум 10 мкФ уменьшает запас по фазе опорного буфера. По мере уменьшения запаса по фазе обратная связь буфера перестает быть отрицательной. ¹ Сигналы, близкие к частоте кроссовера с единичным усилением, возвращаются синфазно с входящими сигналами. ¹ Это заставляет отклик с обратной связью вносить пик шума около частоты кроссовера. ¹ Поскольку полоса пропускания от частоты среза (точка –3 дБ) достигает 16 МГц, общий интегрированный шум (среднеквадратичное значение) преобладает над шумовым пиком.Несмотря на то, что накопительный конденсатор C1 опорного напряжения работает как шумовой фильтр и компенсирует скачки напряжения, предостережение – это шумовой пик. На рисунке 5 показан шумовой пик опорного напряжения LTC6655, вносимый накопительным конденсатором C1. Величина пика шума определяется емкостью резервуарного конденсатора и его значением ESR.

Рисунок 5. Пиковая плотность шума опорного напряжения LTC6655.

Большинство источников опорного напряжения разработаны со сложным выходным каскадом для управления большой нагрузочной емкостью, подходящей для схем опорного напряжения АЦП.Например, выходной каскад LTC6655 предназначен для критического демпфирования с емкостью резервуара, установленной на 10 мкФ. Когда емкость резервуара LTC6655 установлена ​​на минимум 2,7 мкФ и максимум 100 мкФ, появляется пик шума.

Эквивалентное последовательное сопротивление выходной емкости резервуара V _REF действительно снижает пик первичного шума, но вносит пик вторичного шума на частоте 100 кГц и выше. Это можно объяснить тем, что ESR конденсатора вводит ноль, что приводит к увеличению запаса по фазе и снижению пика первичного шума.Однако этот ноль сочетается с внутренним нулем LTC6655 и создает пик вторичного шума. Обратите внимание, что шумовая характеристика на рисунке 5 действительна только для источника опорного напряжения LTC6655.

Одним из других решений для фильтрации шума опорного напряжения, удаления пика шума и правильного управления АЦП является добавление пассивного RC LPF, за которым следует буфер. Добавляя буфер, мы разделяем конструктивные ограничения ФНЧ и входного опорного конденсатора АЦП. См. Рисунок 6.

Рисунок 6.Пассивный RC LPF с последующим буфером.

Установка частоты среза пассивного RC LPF значительно ниже частоты кроссовера с единичным усилением не только уменьшит широкополосный и низкочастотный шум, но и предотвратит пик шума. Например, на рисунке 7 показан шумовой отклик LTC6655 с C1 = 100 мкФ (ESR = 0 Ом), за которым следует пассивный LPF, где R = 10 кОм и C2 = 10 мкФ (ESR = 0 Ом), создавая полюс на частоте 1,59 Гц. .

Увеличение резистора R фильтра нижних частот может помочь достичь низкой частоты среза, но также может привести к ухудшению точности по постоянному току прецизионного источника опорного напряжения.При добавлении пассивного RC LPF пользователь также должен учитывать влияние на регулировку нагрузки и влияние на отклик буфера V _REF (= RC), что влияет на его переходные характеристики при управлении АЦП.

Для достижения требуемых переходных характеристик рекомендуется использовать буфер, как показано на рисунке 6. Критические характеристики, которые следует учитывать при выборе буфера, включают сверхнизкий уровень шума, способность поддерживать высокую нагрузочную емкость, низкие искажения, отличную скорость нарастания и широкий диапазон значений. получить пропускную способность.Рекомендации для эталонных буферов – ADA4805-1 и ADA4807-1.

Рис. 7. LTC6655-5, за которым следует шумовая характеристика пассивного RC LPF.

Снижение шума с помощью активного ФНЧ

Таблица 1 указывает требуемый динамический диапазон и максимально допустимый системный шум, который должен соблюдаться для достижения желаемого разрешения АЦП ENOB. В зависимости от полосы пропускания АЦП однополюсный фильтр нижних частот с ослаблением на 20 дБ / декаду может не обеспечить желаемого снижения широкополосного шума. Каскадные пассивные фильтры нижних частот создают лестничную структуру, которая может генерировать фильтр более высокого порядка, но входной импеданс каждой секции будет загружать предыдущую секцию.Это может снизить точность прецизионного опорного напряжения по постоянному току. Однако разработка ФНЧ более высокого порядка на основе активных компонентов обеспечит отличную изоляцию между входом и выходом, минимизируя ухудшение точности опорного напряжения постоянного тока и обеспечит низкий выходной импеданс для управления схемой опорного напряжения АЦП.

Таблица 1. Условие: V _REF = 5 В и вход АЦП установлен на полный диапазон

ENOB	SNR (дБ)	Шум (мкВ, среднеквадр.)
20	122.16	7.798301
21	128,18	3,89942
22	134,2	1,949845
23	140,22	0,97499
24	146,24	0,487528
25	152.26	0,243781
26	158,28	0,121899
27	164,3	0,060954
28	170,32	0,030479
29	176,34	0,015241
30	182.36	0,007621
31	188,38	0,003811
32	194,4	0,001905

Существует несколько различных типов активных фильтров нижних частот – например, фильтры Бесселя, Баттерворта, Чебышева и эллиптические, – как показано на рисунке 8. Плоская полоса пропускания или отсутствие пульсаций сохранит полосу пропускания. снижение точности прецизионного опорного напряжения постоянного тока до минимума.Из всех типов фильтров, разработка LPF на основе топологии Баттерворта может обеспечить плоскую полосу пропускания и крутое затухание.

Рисунок 8. Примеры амплитудной характеристики фильтра.

Методика проектирования активного фильтра нижних частот

График потока сигналов – это графическое представление системы, полученной из набора линейных уравнений. ² SFG обеспечивает мост от передаточной функции к соответствующей топологии схемы системы. ² Эта теория может быть применена для разработки аналоговых фильтров на основе активных схем.Ключевым преимуществом подхода к проектированию фильтров SFG является возможность индивидуального управления коэффициентом демпфирования, Q и частотой среза. SFG LPF может помочь ослабить шум и улучшить соотношение сигнал / шум, но это достигается за счет дополнительных расходов на спецификацию материалов (BOM), площадь печатной платы и мощность. Кроме того, SFG LPF может влиять на опорное выходное напряжение с температурой, что приводит к небольшой ошибке PPM и, следовательно, к ухудшению точности по постоянному току. На рисунке 9 показан пример перехода фильтра нижних частот второго порядка от передаточной функции к схемным блокам с помощью метода SFG.Масштабирующий резистор (R) и конденсатор (C) настраиваются для частоты среза (см. Уравнение 5).

Рис. 9. Реализация активного RC-фильтра нижних частот на основе метода SFG.

Для получения более подробной информации о теории графов потоков сигналов, пожалуйста, обратитесь к Feedback Control of Dynamic Systems , опубликованному Addison-Wesley. ²

где

Rs – коэффициент масштабирования

Cn – коэффициент масштабирования

Вт – частота среза (рад / с)

Ниже приведен пример расчета для проектирования второго порядка, 0.Частота среза 5 Гц SFG фильтр нижних частот Баттерворта:

• Для простоты этого примера выберите Rs = 1 Ом, Cn = 1 F.
• Выберите Fs = 0,5 Гц для максимального подавления широкополосного шума. Ws = 2 × π × 0,5 = 3,141 рад.
• Установите коэффициент демпфирования Q = 0,71. Выберите это значение, чтобы добиться плоской полосы пропускания и крутого затухания для отражения топологии Баттерворта.
Значения
• R, C и Rq были выбраны на основе итерационного процесса для достижения низкого теплового шума и доступности значений компонентов для поверхностного монтажа.

Представляем LTC6655LN

Принимая во внимание компромиссы RC LPF и SFG LPF, лучшим решением является размещение фильтра нижних частот перед встроенным малошумящим буфером опорного напряжения, как показано на рисунке 10. Эта реализация не только уменьшит площадь печатной платы, но и также не мешает срабатывание буфера опорного напряжения. Использование буфера опорного напряжения с быстрой установкой, высоким входным сопротивлением и способностью принимать и истощать ток поможет преодолеть плохое регулирование нагрузки, сохранить точность постоянного тока и улучшить характеристики переходных процессов.LTC6655LN использует преимущества этой архитектуры. Он поставляется с выводом шумоподавления, который позволяет уменьшить широкополосный шум, и встроенным буфером выходного каскада. LTC6655LN внутренне оснащен резистором R3 (см. Рисунок 10) и позволяет пользователям подключать внешний конденсатор к выводу шумоподавления (NR) для создания фильтра нижних частот. Благодаря архитектуре LTC6655LN пользователи могут настраивать частоту среза нижних частот в соответствии со своими системными требованиями.

Таблица 2. Частоты отсечки 3 дБ для различных значений конденсатора, подключенного к контакту NR

CNR	2.500	4,096	5.000	В
0,1 мкФ	5305	4233	3969	Гц
1 мкФ	531	423	397	Гц
10 мкФ	53	42.3	39,7	Гц
100 мкФ	5,3	4,2	4,0	Гц

LTC6655LN RC LPF подключен к неинвертирующему узлу буфера, который является наиболее чувствительным выводом на этом устройстве. При выборе типа внешнего конденсатора с низким уровнем утечки необходимо соблюдать осторожность, чтобы предотвратить протекание тока утечки через резистор R3, который может снизить точность измерения постоянного тока.Кроме того, изменения R и C не отслеживают друг друга, и поэтому постоянная времени RC и частота среза LPF могут изменяться из-за изменения процесса, напряжения и температуры (PVT).

Таблица 3. Значение сопротивления R3 для трех вариантов напряжения

Вариант напряжения	2,500 В	4.096 В	5.000 В
R3 ± 15%	300 Ом	376 Ом	401 Ом

Опорное напряжение, такое как LTC6655LN со встроенным ФНЧ, обеспечивает лучшее решение для упрощения конструкции шумового фильтра и устранения необходимости во внешнем буфере для управления схемой опорного напряжения АЦП.

Рисунок 10. Блок-схема LTC6655LN.

Описание испытательной схемы

Прецизионный АЦП AD7177-2 использовался для тестирования производительности LTC6655 / LTC6655LN с конденсатором NR 10 мкФ и LTC6655 с последующим активным фильтром SFG. AD7177-2 – это двухканальный / 4-канальный сигма-дельта аналого-цифровой преобразователь с высоким разрешением, 32 бита, низким уровнем шума, быстрым установлением для входов с малой полосой пропускания. AD7177-2 интегрирован с программируемым цифровым фильтром нижних частот, который позволяет пользователям управлять скоростью выходных данных (ODR) от 5 SPS до 10 kSPS.

Компонентами, использованными при разработке SFG LPF (рис. 11), были два операционных усилителя ADA4522-1, операционный усилитель AD797, резисторы для поверхностного монтажа 25 ppm, многослойные керамические конденсаторы для поверхностного монтажа и пленочный конденсатор WIMA 10 мкФ. ADA4522 – это операционный усилитель с прямым подключением к сети с плотностью широкополосного шума 5,8 нВ / √Гц и фликкер-шумом 177 нВ (размах). AD797 – это малошумящий операционный усилитель с широкополосным шумом 0,9 нВ / √Гц, фликкер-шумом 50 нВ размах, отличной скоростью нарастания 20 В / мкс и полосой усиления 100 МГц, что делает его пригодным для управления АЦП.

Рисунок 11. SFG LPF.

Чтобы правильно оценить производительность при использовании LTC6655 и LTC6655LN с AD7177-2, требуется источник постоянного тока с общим шумом ниже опорного напряжения АЦП и шумом АЦП. Поэтому был использован идеальный источник, а именно аккумуляторная батарея на 9 В, как показано на Рисунке 12.

Рис. 12. Малошумящий источник постоянного тока.

Характеристики цепи

На рисунке 13 показана спектральная плотность шума, а на рисунке 14 показана зависимость скорости выходных данных (ODR).ENOB, отображающий производительность AD7177-2 с его входом V _REF , подключенным к LTC6655 / LTC6655LN с конденсатором NR 10 мкФ или отфильтрованным LTC6655 (SFG). Чтобы обеспечить перспективу сравнения спектральной плотности шума на частоте 1 кГц, см. Таблицу 4. И Рисунок 13, и Рисунок 14 имеют две важные области.

Таблица 4. Сравнение спектральной плотности шума при 1 кГц

	LTC6655	LTC6655LN с емкостью 10 мкФ NR	LTC6655 Фильтр SFG	Источник постоянного тока на входе АЦП
Спектральная плотность шума при 1 кГц (нВ / √Гц)	96	32	2.4	6,7

Регион A:

График спектральной плотности шума На рисунке 13 показано, что при ODR 500 SPS и выше как фильтрованный LTC6655 (SFG), так и шум входного источника постоянного тока АЦП значительно ниже, чем шум АЦП. Это приводит к наименьшему отклонению от максимальной производительности, достижимой АЦП, как показано в области A на рисунке 14. Ключевой вывод, основанный на графике ODR по сравнению с ENOB и спектральной плотности шума, заключается в том, что в области A рост общий интегрированный шум (среднеквадратичное значение) не позволяет цепи сигнала достичь 25-битного разрешения измерения.

Регион B:

В этой области график спектральной плотности шума (рисунок 13) показывает, что фликкер-шум трех вариантов опорного напряжения и увеличения источника постоянного тока, а также общий шум системы преобладают над шумом источника постоянного тока. Это увеличение фликкер-шума в области B объясняет рост отклонения ENOB между измеренными характеристиками и максимально достижимым АЦП (рисунок 14).

Согласно графику ODR и ENOB, отфильтрованный LTC6655 (SFG) достигает 25-битного разрешения при 20 SPS и ниже, в то время как LTC6655LN-5 с ограничением NR 10 мкФ и LTC6655 не может достичь лучше, чем 24.6-битное разрешение.

Рисунок 13. Спектральная плотность шума. Рисунок 14. Сравнение ODR и ENOB.

В таблице 5 ниже приведены сводные характеристики АЦП AD7177-2 с входом V _REF , подключенным к LTC6655 / LTC6655LN с емкостью 10 мкФ NR или отфильтрованным LTC6655 (SFG). Когда входы АЦП связаны вместе, а вход V _REF подключен к LTC6655, столбец нулевой шкалы устанавливает наилучший динамический диапазон, которого может достичь AD7177-2. Когда входы АЦП почти настроены на полный диапазон, LTC6655LN-5 с ограничением шумоподавления 10 мкФ увеличивает динамический диапазон в среднем на 4 дБ до 59.96 SPS по сравнению с LTC6655. С другой стороны, LTC6655 (SFG) с фильтром достигает в среднем 7 дБ прироста динамического диапазона по сравнению с LTC6655 до 59,96 SPS. Дельта динамического диапазона не сильно меняется ниже 59,96 SPS, а дисперсия в основном связана с преобладающим низкочастотным фликкер-шумом, индуцированным источником постоянного тока на входе АЦП.

По сравнению с LTC6655 / LTC6655LN с подключением к выводу NR 10 мкФ снижает широкополосный шум на частоте 1 кГц на 62%, а фильтрованный LTC6655 (SFG) снижает широкополосный шум на 97%.

Таблица 5. Сравнение динамического диапазона

ODR	Нулевой масштаб динамического диапазона АЦП (дБ)	LTC6655 Динамический диапазон (дБ)	LTC6655LN 10 мкФ Динамический диапазон (дБ)	LTC6655 (SFG) Динамический диапазон (дБ)	Дельта динамического диапазона (LTC6655LN 10 мкФ — LTC6655) (дБ)	Дельта динамического диапазона (LTC6655 (SFG) —LTC6655) (дБ)
10000	135.40	126,88	132,22	134,65	5,33	7,77
5000	138,41	129,14	135,08	137,37	5,94	8,23
2500	140,82	132.91	137,23	139,86	4,32	6,95
1000	144,43	136,50	140,11	142,42	3,61	5,92
500	148,65	137,55	141.95	144,37	4,40	6,83
200	152,86	139,83	144,15	147,40	4,32	7,57
100	156,47	143,32	145,82	150.49	2,49	7,17
59,96	157,08	143,66	147,31	151,71	3,65	8,05
49,96	159,48	146,58	148,43	151,72	1.85	5,14
20	162,49	149,51	149,56	152,26	0,06	2,76
10	163,70	149,58	149,72	152,26	0,14	2,68
5	165.50	150,07	150,25	152,26	0,18	2,19

Заключение

Прецизионная система, которая пытается достичь разрешения 25 бит или выше, должна учитывать значимость шума опорного напряжения. Как показано на рисунке 2, вклад шума V _REF в системный шум пропорционален использованию полного диапазона АЦП.В этой статье показано, что добавление фильтра к прецизионному источнику опорного напряжения ослабляет шум V _REF , что приводит к снижению общего шума системы. Опорное напряжение LTC6655, за которым следует фильтр SFG, может снизить широкополосный шум на 97% по сравнению с LTC6655 без фильтра. Это достигается за счет дополнительной спецификации, большей площади печатной платы, большего энергопотребления, снижения точности на несколько частей в минуту по постоянному току и может варьировать точность эталонного выходного сигнала в зависимости от температуры. Учитывая компромиссы SFG LPF, LTC6655LN имеет преимущества с точки зрения простой конструкции, низкого энергопотребления, требует только одного конденсатора для снижения широкополосного шума и устраняет необходимость во внешнем буфере для управления АЦП.LTC6655LN с конденсатором NR 10 мкФ действительно снижает широкополосный шум на 62% по сравнению с LTC6655 без фильтра. Следовательно, теперь пользователи могут воспользоваться преимуществами встроенного фильтра нижних частот LTC6655LN, чтобы прецизионные системы достигли желаемого разрешения.

Дополнение

Чтобы загрузить LTspice ^® , посетите analog.com/ltspice.

Щелкните здесь, чтобы загрузить симуляцию LTspice для схемы на рис. 7, схемы SFG LPF на рис. 11 и схемы источника постоянного тока с низким уровнем шума, показанной на рис. 12.

использованная литература

¹ Марк Райзигер. «Уменьшите пиковый шум усилителя, чтобы улучшить SNR». ElectronicDesign , октябрь 2012 г.

² Джин Ф. Франклин, Дж. Дэвид Пауэлл и Аббас Эмами-Наейни. Управление динамическими системами с обратной связью . Addison-Wesley Longman Publishing Co., Inc., ноябрь 1993 г.

Благодарности

Я хотел бы поблагодарить автора Роберта Кили за его предыдущую работу по сигма-дельта АЦП, прецизионным усилителям и источникам опорного напряжения.

Источники питания, схемы фильтров

• Изучив этот раздел, вы сможете:
• Опишите принцип действия емкостного конденсатора в базовых источниках питания.
• • Резервуар-конденсатор действия.
• • Влияние накопительного конденсатора на постоянную составляющую.
• • Влияние накопительного конденсатора на ток диода.
• Опишите принципы работы фильтра нижних частот, используемого в базовых источниках питания.
• • Фильтры LC.
• • RC-фильтры.

Компоненты фильтра

Типичную схему фильтра источника питания можно лучше всего понять, разделив схему на две части: накопительный конденсатор и фильтр нижних частот. Каждая из этих частей способствует удалению оставшихся импульсов переменного тока, но по-разному.

Резервуарный конденсатор

Рис.1.2.1 Резервуарный конденсатор

На рис. 1.2.1 показан электролитический конденсатор, используемый как накопительный конденсатор, названный так потому, что он действует как временный накопитель выходного тока источника питания. Выпрямительный диод подает ток для зарядки накопительного конденсатора в каждом цикле входной волны. Накопительный конденсатор представляет собой большой электролитический конденсатор, обычно на несколько сотен или даже тысячу или более микрофарад, особенно в БП с сетевой частотой. Это очень большое значение емкости требуется, потому что накопительный конденсатор при зарядке должен обеспечивать достаточный постоянный ток, чтобы поддерживать стабильный выходной сигнал блока питания при отсутствии входного тока; я.е. во время промежутков между положительными полупериодами, когда выпрямитель не проводит ток.

Действие емкостного конденсатора на полуволновую выпрямленную синусоидальную волну показано на рис. 1.2.2. В течение каждого цикла анодное переменное напряжение выпрямителя увеличивается до Vpk. В некоторой точке, близкой к Vpk, анодное напряжение превышает катодное напряжение, выпрямитель проводит ток, и протекает импульс тока, заряжающий накопительный конденсатор до значения Vpk.

Рис. 1.2.2 Действие резервуарного конденсатора

Когда входная волна проходит через Vpk, напряжение на аноде выпрямителя падает ниже напряжения конденсатора, выпрямитель становится смещенным в обратном направлении и проводимость прекращается.Цепь нагрузки теперь питается только от емкостного конденсатора (отсюда и необходимость в конденсаторе большой емкости).

Конечно, даже несмотря на то, что накопительный конденсатор имеет большое значение, он разряжается по мере подачи питания на нагрузку, и его напряжение падает, но не очень сильно. В какой-то момент во время следующего цикла подключения к сети входное напряжение выпрямителя поднимается выше напряжения на частично разряженном конденсаторе, и резервуар снова заряжается до пикового значения Vpk.

Пульсация переменного тока

Величина разряда накопительного конденсатора в каждом полупериоде определяется током, потребляемым нагрузкой.Чем выше ток нагрузки, тем сильнее разряд, но при условии, что потребляемый ток не является чрезмерным, количество переменного тока, присутствующего на выходе, значительно уменьшается. Обычно размах амплитуды оставшегося переменного тока (называемого пульсацией, поскольку волны переменного тока теперь значительно уменьшены) не превышает 10% от выходного напряжения постоянного тока.

Выход постоянного тока выпрямителя без накопительного конденсатора составляет 0,637 Впик для двухполупериодных выпрямителей или 0,317 Впик для полуволнового. Добавление конденсатора увеличивает уровень постоянного тока выходной волны почти до пикового значения входной волны, как видно из рис.1.1.9.

Чтобы получить наименьшие пульсации переменного тока и наивысший уровень постоянного тока, было бы разумно использовать максимально возможный резервуарный конденсатор. Однако есть загвоздка. Конденсатор обеспечивает ток нагрузки большую часть времени (когда диод не проводит). Этот ток частично разряжает конденсатор, поэтому вся энергия, используемая нагрузкой в ​​течение большей части цикла, должна быть восполнена за очень короткое оставшееся время, в течение которого диод проводит в каждом цикле.

Формула, связывающая заряд, время и ток, гласит:

Q = Оно

Заряд (Q) конденсатора зависит от величины тока (I), протекающего в течение времени (t).

Следовательно, чем короче время зарядки, тем больший ток должен подавать диод для его зарядки. Если конденсатор очень большой, его напряжение практически не будет падать между импульсами зарядки; это вызовет очень небольшую пульсацию, но потребует очень коротких импульсов гораздо более высокого тока для зарядки накопительного конденсатора. И входной трансформатор, и выпрямительные диоды должны обеспечивать этот ток. Это означает использование более высокого номинального тока для диодов и трансформатора, чем было бы необходимо для емкостного конденсатора меньшего размера.

Таким образом, есть преимущество в уменьшении емкости резервуарного конденсатора, тем самым позволяя увеличить имеющуюся пульсацию, но это может быть эффективно устранено путем использования ступеней фильтра нижних частот и регулятора между резервуарным конденсатором и нагрузкой.

Это влияние увеличения размера резервуара на ток диода и трансформатора следует учитывать при любых операциях по обслуживанию; Замена накопительного конденсатора на конденсатор большей емкости, чем в исходной конструкции, «для уменьшения гула сети» может показаться хорошей идеей, но может привести к повреждению выпрямительного диода и / или трансформатора.

При двухполупериодном выпрямлении характеристики резервуарного конденсатора по устранению пульсаций переменного тока значительно лучше, чем с полуволновым, для резервуарного конденсатора того же размера пульсация составляет примерно половину амплитуды, чем в полуволновых источниках, потому что в двухполупериодных схемах периоды разряда короче, так как накопительный конденсатор заряжается с частотой, вдвое превышающей частоту полуволновой конструкции.

Фильтры нижних частот

Хотя пригодный для использования источник питания может быть изготовлен с использованием только резервуарного конденсатора для устранения пульсаций переменного тока, обычно необходимо также включать фильтр нижних частот и / или ступень регулятора после резервуарного конденсатора, чтобы удалить любые оставшиеся пульсации переменного тока и улучшить стабилизацию. выходного напряжения постоянного тока в условиях переменной нагрузки.

Рис. 1.2.3 LC-фильтр

Рис. 1.2.4 RC-фильтр

Фильтры нижних частот LC или RC могут использоваться для удаления пульсации, остающейся после накопительного конденсатора. LC-фильтр, показанный на рис. 1.2.3, более эффективен и дает лучшие результаты, чем RC-фильтр, показанный на рис. 1.2.4, но для базовых источников питания конструкции LC менее популярны, чем RC, поскольку катушки индуктивности, необходимые для фильтрации Для эффективной работы на частотах от 50 до 120 Гц необходимы большие и дорогие ламинированные или тороидальные сердечники.Однако в современных конструкциях, использующих импульсные источники питания, где любые пульсации переменного тока имеют гораздо более высокие частоты, можно использовать индукторы с ферритовым сердечником гораздо меньшего размера.

Фильтр нижних частот пропускает низкую частоту, в данном случае постоянный ток (0 Гц), и блокирует более высокие частоты, будь то 50 Гц или 120 Гц в базовых схемах или десятки кГц в схемах с переключением.

Реактивное сопротивление (X _C ) конденсатора в любом из фильтров очень низкое по сравнению с сопротивлением резистора R или реактивным сопротивлением дросселя X _L на частоте пульсаций.В конструкциях RC сопротивление R должно быть довольно низким, так как весь ток нагрузки, может быть, несколько ампер, должен проходить через него, выделяя значительное количество тепла. Поэтому типичное значение составляет 50 Ом или меньше, и даже при этом значении обычно необходимо использовать большой проволочный резистор. Это ограничивает эффективность фильтра, поскольку соотношение между сопротивлением R и реактивным сопротивлением конденсатора не будет больше примерно 25: 1. Тогда это будет типичный коэффициент уменьшения амплитуды пульсаций.При включении фильтра нижних частот на резисторе теряется некоторое напряжение, но этот недостаток компенсируется лучшими характеристиками пульсаций, чем при использовании только емкостного конденсатора.

LC-фильтр работает намного лучше, чем RC-фильтр, потому что можно сделать соотношение между X _C и X _L намного больше, чем соотношение между X _C и R. быть 1: 4000, что дает гораздо лучшее подавление пульсаций, чем RC-фильтр.Кроме того, поскольку сопротивление постоянному току катушки индуктивности в LC-фильтре намного меньше, чем сопротивление R в RC-фильтре, проблема выделения тепла большим постоянным током значительно снижается в LC-фильтрах.

С помощью комбинированного накопительного конденсатора и фильтра нижних частот можно удалить 95% или более пульсаций переменного тока и получить выходное напряжение, примерно равное пиковому напряжению входной волны. Однако простой источник питания, состоящий только из трансформатора, выпрямителя, резервуара и фильтра нижних частот, имеет некоторые недостатки.

Рис. 1.2.5 Адаптер постоянного тока

Выходное напряжение блока питания имеет тенденцию падать по мере увеличения тока на выходе. Это связано с:

а. Резервуарный конденсатор разряжается больше в каждом цикле.

г. Большее падение напряжения на резисторе или дроссель в фильтре нижних частот при увеличении тока.

Эти проблемы можно в значительной степени преодолеть, включив на выходе источника питания каскад регулятора, как описано в модуле 2 источника питания.

Однако основные схемы питания, описанные здесь в Модуле 1, обычно используются в обычных адаптерах постоянного тока типа «настенная бородавка», поставляемых со многими электронными продуктами. Наиболее распространенные версии включают трансформатор, мостовой выпрямитель и иногда накопительный конденсатор. Дополнительная фильтрация и регулировка / стабилизация обычно выполняются в цепи, питаемой от адаптера.

Как можно улучшить выходную мощность базового источника питания с помощью схем регулирования, объясняется в Модуле 2 источников питания

Многофункциональный биквадратный фильтр в режиме напряжения с одним входом и шестью выходами с использованием двух ICCII

Представлен новый многофункциональный биквадратный фильтр в режиме напряжения с одним входом и шестью выходами.В предлагаемой схеме можно реализовать инвертирующий и неинвертирующий фильтры нижних, полосовых и верхних частот одновременно, используя два инвертирующих конвейера тока второго поколения (ICCII), два заземленных конденсатора и четыре резистора. Кроме того, предложенная схема предлагает следующие привлекательные преимущества: отсутствие требований к условиям согласования компонентов, использование только заземленных конденсаторов, а также низкая активная и пассивная чувствительность. Результаты моделирования HSPICE и MATLAB представлены для демонстрации теоретического анализа.

1. Введение

Возрастает интерес к конструкции многофункциональных биквадратных фильтров. Этот тип фильтров может использоваться в некоторых системах, в которых используется более одной функции фильтрации. Фильтры широко используются во многих системах связи, обработки сигналов, автоматического управления и контрольно-измерительных приборов. Например, в [1, 2] представлены две системные структурные схемы части приемника / передатчика глобальной системы для мобильного сотового телефона и перекрестной сети, используемой в трехполосном громкоговорителе с высоким качеством воспроизведения.Схемы, одновременно реализующие фильтры нижних, полосовых и верхних частот, находят применение в кроссоверных сетях, используемых в трехполосных громкоговорителях с высокой точностью воспроизведения и телефонных системах с тональным набором [2]. При проектировании аналоговых схем активные устройства с токовым режимом все чаще используются для реализации активных фильтров и синусоидальных генераторов [1–21]. Эти активные устройства с токовым режимом демонстрируют более высокую точность, более широкую частотную характеристику, больший динамический диапазон, большую линейность и более низкое энергопотребление по сравнению со схемами на основе операционных усилителей.В результате многочисленные многофункциональные биквадратные фильтры с режимом напряжения, использующие различные типы активных устройств с токовым режимом, получили значительное внимание в технической литературе [2–10]. Однако ни один из этих фильтров одновременно не реализует как инвертирующий, так и неинвертирующий типы низкочастотных, полосовых и верхних частот. Инвертирующий конвейер тока второго поколения (ICCII) был предложен Авадом и Солиманом [11] и оказался полезным во многих приложениях [12–15]. Предлагается интересный многофункциональный биквадратичный фильтр на основе ICCII с одним входом и шестью выходами, использующий два заземленных конденсатора и четыре резистора [16].Этот фильтр одновременно реализует инвертирующие и неинвертирующие характеристики низкочастотной, полосовой и высокочастотной фильтрации в одной и той же конфигурации. Он также не требует условий согласования пассивных элементов и имеет низкие характеристики активной и пассивной чувствительности. Однако порты ICCII в этой схеме подключены к конденсаторам и не могут поглощать паразитные емкости на выводах и / или ICCII. Поскольку ICCII имеет незначительное выходное паразитное сопротивление на порту (), когда порт ICCII загружен конденсатором, это приводит к неправильным функциям передачи.Из-за эффекта этого паразитного сопротивления на порте ICCII схемы с портом, загруженным конденсатором, не демонстрируют хороших характеристик на высоких частотах [15–17].

В этой статье представлен новый многофункциональный биквадратичный фильтр в режиме напряжения с одним входом и шестью выходами. В предлагаемой схеме используются два ICCII, два заземленных конденсатора и четыре резистора. Инвертирующие и неинвертирующие характеристики фильтрации нижних, полосовых и верхних частот могут быть получены одновременно.Предлагаемая схема не требует условий согласования пассивных элементов и имеет низкие показатели активной и пассивной чувствительности. По сравнению с предыдущим основанным на ICCII инвертирующим и неинвертирующим многофункциональным биквадратичным фильтром нижних, полосовых и верхних частот из [16], порты ICCII в предлагаемой схеме подключены к резисторам. Эта конструкция предлагает возможность прямого включения паразитного сопротивления на портах ICCII в качестве части основного сопротивления.Кроме того, два внешних конденсатора заземлены и могут поглощать паразитные емкости на выводах и / или клеммах ICCII. Однако, насколько известно автору, ни один из предыдущих многофункциональных биквадратичных фильтров с режимом напряжения, использующих только два активных компонента, не может одновременно реализовать инвертирующие и неинвертирующие фильтры нижних, полосовых и верхних частот без необходимости выбора компонентов, кроме схема, описанная в [16]; эта схема, с другой стороны, и два конденсатора подключены к клеммам ICCII, что ограничивает рабочую частоту схемы [17].

2. Предлагаемая схема

По сути, отношения портов идеального двойного выхода ICCII (DOICCII), показанного на рисунке 1, могут быть заданы матричным уравнением: Это считается частным случаем DVCC только с одним входом [13]. Для реализации CMOS DOICCII можно использовать различные методы. Одна из возможных реализаций DOICCII показана на рисунке 2. Множественные токовые выходы могут быть легко реализованы путем простого добавления выходных ветвей. Предлагаемая конфигурация представлена ​​на рисунке 3.В нем используются два многоступенчатых ICCII, два заземленных конденсатора и четыре резистора. Использование заземленных конденсаторов привлекательно с точки зрения монолитной интеграции, поскольку цепи заземленных конденсаторов могут компенсировать паразитные емкости в своих узлах [6]. Поскольку каждый вывод ICCII в предлагаемой схеме на рисунке 3 напрямую подключен к внешнему резистору, эффект паразитного сопротивления может быть легко поглощен как часть основного сопротивления. Непосредственно анализируя фильтр на рисунке 3, следующие шесть передаточных функций напряжения фильтра могут быть одновременно получены как Ясно, что фильтр одновременно реализует инвертирующий и неинвертирующий отклики второго порядка низкочастотной, полосовой и высокочастотной фильтрации, не требуя каких-либо условий согласования пассивных компонентов.Поскольку входное сопротивление предлагаемой схемы невелико, повторитель напряжения необходим при каскадном подключении предлагаемой схемы к следующим ступеням. Также следует отметить, что выходные клеммы предлагаемой схемы не имеют низкое выходное сопротивление. Повторители напряжения необходимы для предлагаемой схемы для управления нагрузками с низким сопротивлением или для прямого подключения к следующим ступеням.

Резонансная угловая частота (), добротность () и полоса пропускания (BW) определяются как Это показывает, что предлагаемый фильтр имеет ортогональное управление полосой пропускания путем настройки сначала заземленного резистора, а затем резистора для полосы пропускания без искажающего параметра, но не наоборот.Однако способ получения управления параметрами неинтерактивного фильтра можно предложить следующим образом. Для конденсаторов с фиксированным номиналом можно произвольно регулировать без помех, одновременно изменяя и сохраняя коэффициент постоянного. С другой стороны, параметр можно настраивать произвольно, не вызывая помех, увеличивая и уменьшая (или уменьшая и увеличивая) одновременно, сохраняя при этом постоянство продукции.

Принимая во внимание неидеальность DOICCII, соотношение напряжений и токов на клеммах можно переписать как, и, где и () обозначают ошибку отслеживания напряжения от клеммы к клемме DOICCII, а () – ток ошибка отслеживания от терминала к терминалу DOICCII, а () – текущая ошибка отслеживания от терминала к терминалу DOICCII.Повторный анализ предложенной схемы на рисунке 3 дает знаменатель неидеальных передаточных функций напряжения следующим образом:

Параметры фильтра для неидеального и получаются как

Активная и пассивная чувствительность предлагаемого фильтра равны

Активная и пассивная чувствительности остаются меньше или равны единице по величине.

3. Влияние паразитных элементов

Неидеальная модель DOICCII показана на рисунке 4.Показано, что реальный DOICCII имеет низкое паразитное последовательное сопротивление на портах () и высокое выходное сопротивление на портах () и () соответственно. Поскольку каждый вывод ICCII в предлагаемой схеме на рисунке 3 напрямую подключен к внешнему резистору, эффект паразитного сопротивления может быть легко поглощен как часть основного сопротивления. Далее следует отметить, что в предлагаемой схеме на фиг. 3 используются внешние заземленные конденсаторы и параллельное соединение на портах и ​​ICCII соответственно.Эффекты паразитных емкостей также могут быть поглощены. Следовательно, в практических ICCII внешние резисторы могут быть выбраны так, чтобы они были намного меньше, чем паразитные резисторы на выводах и ICCII, и намного больше, чем паразитные резисторы на выводах ICCII, то есть. Внешние заземленные конденсаторы и могут быть выбраны так, чтобы они были намного больше, чем паразитные емкости на выводах и ICCII, то есть. При повторном анализе предложенного фильтра режима напряжения, принимая во внимание вышеупомянутые паразитные эффекты, характеристическое уравнение на рисунке 3 становится где,,,,, и.

Предполагая, что и, влияние эффектов паразитного импеданса в (7) может быть уменьшено. В этих условиях параметры и меняются на

Следует отметить, что резистор предлагаемого фильтра подключен к клеммам многовыводных ICCII, а конденсатор предлагаемого фильтра подключен к клеммам и. Таким образом, все эффекты нагрузки паразитами могут быть компенсированы.

4. Результаты моделирования

Для проверки теоретического анализа было проведено моделирование HSPICE, чтобы продемонстрировать выполнимость предложенной схемы.На основе процесса КМОП TSMC 0,18 мкм мкм рисунок 3 смоделирован с использованием рисунка 2 для DOICCII. Множественные текущие выходы ICCII легко получить, применяя текущие реплики. Напряжения питания и напряжения смещения представлены как V и V соответственно. Размеры МОП-транзисторов, используемых в реализации DOICCII, приведены в таблице 1. Характеристика постоянного тока между напряжениями на клеммах и показана на рисунке 5. Выходное напряжение на клемме – это инверсия источника входного напряжения на клемме.Диапазон линейности простирается от -0,65 В до 0,65 В. Характеристика постоянного тока между токами клемм и показана на рисунке 6 путем подключения источника входного тока с нулевым потенциалом к ​​клемме, когда напряжение на клемме установлено на ноль. Диапазон линейности простирается от -67,3 мк A до 80 мк A. Значения пассивных компонентов на Рисунке 3 были выбраны как пФ и кОм, что приводит к центральной частоте МГц и добротности. На рисунках 7, 8, 9, 10, 11 и 12 показаны результаты моделирования неинвертирующей полосы пропускания (), инвертирования низких частот (), инвертирования высоких частот (), неинвертирующих высоких частот (), инвертирования полосы пропускания () и неинвертирующие низкочастотные () частотные характеристики соответственно.Терминал ICCII подключен к терминалу ICCII; следовательно, паразитная емкость () и сопротивление () влияют на высокочастотные характеристики. Это может объяснить, почему на рисунке 12 показаны неидеальные характеристики усиления и фазы. Также исследуется поведение схемы на Рисунке 3 при большом сигнале. На рисунке 13 показаны входные и выходные сигналы неинвертирующей полосовой характеристики на выходном зажиме. Замечено, что 1 МГц с размахом входного сигнала 0,7 В возможны без значительных искажений.На рисунке 14 показаны входные и выходные сигналы инвертирующей полосовой характеристики на выходном зажиме. Также наблюдается, что 1 МГц с размахом сигнала входного напряжения 0,7 В возможен без значительных искажений. Шумовое поведение фильтра моделировалось с помощью операторов INOISE и ONOISE. На рисунке 15 показаны смоделированные амплитудные характеристики входного и выходного шума для неинвертирующего полосового фильтра с INOISE и ONOISE. Эквивалентные входные и выходные шумы в зависимости от частоты приведены для неинвертирующей полосы пропускания в таблице 2.Суммарные эквивалентные входные и выходные напряжения шума составляли 827,09 мк В / и 103,36 мк В / соответственно. Выходной шум был чрезвычайно мал и не влиял на выходной сигнал. Общая рассеиваемая мощность составляет 0,834 мВт. Обратите внимание, что результаты моделирования, показанные на рисунках 7–14, достаточно хорошо согласуются с теоретическими, как и ожидалось. Тем не менее, разница между теоретическими и смоделированными откликами в основном проистекает из эффектов паразитного импеданса и неидеальных преимуществ ICCII.

9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018 9018

10 ³ 9 10 ⁶ 3 1,7

Транзисторы ( μ м) ( μ м) 9188 9186 9126 9188 M5 – M11 0,18 17,5 M12 – M18 0,18 8,75
Шум
Входной шум	Выходной шум
10 × 10 3	4.368 × 10 −6	43,643 × 10 −9
25,118 × 10 3	1,74 × 10 −6	43,684 × 10 −9		695,784 × 10 −9	43,946 × 10 −9
100 × 10 3	442,379 × 10 −9	4	4
158.489 × 10 3	284,392 × 10 −9	45,591 × 10 −9
251,188 × 10 3	187,531 × 10 14 −9 101348 – 9 9048 9
398.107 × 10 3	130.269 × 10 −9	55,649 × 10 −9
630.957 × 10 3	71,283 × 10 −9
1.584 × 10 6	75,453 × 10 −9	54,658 × 10 −9
2,511 × 10 6	72,36 × 10 −9 30,948 – 912 9
3,981 × 10 6	71,092 × 10 −9	18,43 × 10 −9
6,309 × 10 6 90−206	9	11,337 × 10 −9
10 × 10 6	70.376 × 10 −9	7,080 × 10 −9
15,848 × 10 6	70,294 × 10 −9	4,448 × 10 −9	9018 9	70,262 × 10 −9	2,802 × 10 −9
39,81 × 10 6	70,249 × 10 −9
63,095 × 10 6	70.244 × 10 −9	1,114 × 10 −9
100 × 10 6	70,242 × 10 −9	703,183 × 10 −12

5. Выводы

в этом документе.Предлагаемая схема предлагает несколько преимуществ, таких как отсутствие требований к условиям согласования компонентов, одновременная реализация инвертирующих и неинвертирующих низкочастотных, полосовых и верхних частот из одной и той же конфигурации, использование только заземленных конденсаторов и низкоактивные и низкоактивные конденсаторы. характеристики пассивной чувствительности. Предложенная схема имеет те же преимущества, о которых сообщалось в [16], с использованием двух ICCII, двух заземленных конденсаторов и четырех резисторов. Кроме того, предлагаемая схема имеет еще одно важное преимущество – непосредственное включение паразитного сопротивления на выводе ICCII как части основного сопротивления.Два внешних конденсатора заземлены и могут поглощать паразитные емкости на выводах и / или клеммах ICCII. Моделирование HSPICE с использованием технологии TSMC 0,18 мкм м CMOS и напряжения питания ± 0,9 В подтверждает теоретические прогнозы.

Конфликт интересов

Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов относительно публикации данной статьи.

Благодарности

Автор благодарит анонимных рецензентов за их предложения по улучшению статьи.Автор также признателен профессору Солиману А. Махмуду, редактору, за рекомендацию этой статьи.

Конструкция фильтра блока питания для печатной платы

Неправильная конструкция фильтра блока питания приводит к ненадежному оборудованию. Это удручающе распространенное явление. Правильная конструкция фильтра блока питания помогает устранить целый класс загадочных проблем цепи и улучшает шунтирование блока питания. Чтобы создать лучший дизайн, выполните следующие действия:

1. Ознакомьтесь с требованиями к фильтрам блока питания.
2. Используйте простые эмпирические правила, чтобы найти значения компонентов.
3. Итерируйте проект с помощью симулятора схем.

Высокочастотные пульсации проходят через линейный регулятор. Пульсации возникают из-за импульсных источников питания, цифровых схем и радиопомех. На частотах выше 10 кГц большинство линейных регуляторов начинают терять эффективность. Небольшие байпасные конденсаторы, распределенные между микросхемами, становятся эффективными на частоте около 1 МГц. Простой развязывающий фильтр источника питания, состоящий из катушки индуктивности и конденсатора, покрывает промежуток между 10 кГц и 1 МГц.Правильная конструкция развязывающего фильтра гарантирует, что он не вызовет больше проблем, чем решит.

На приведенной выше диаграмме показаны типичные диапазоны частот фильтрации источника питания. Тщательная конструкция с использованием высокопроизводительных компонентов может расширить эти частотные диапазоны, и не все конструкции предъявляют одинаковые требования к подавлению пульсаций.

Хороший фильтр источника питания может быть построен из одной катушки индуктивности и демпфированного конденсатора. Это называется LC-фильтром. Возможны другие конструкции с большим или меньшим количеством компонентов.Процесс проектирования состоит в том, чтобы сначала сформировать требования для катушки индуктивности L _B , выбрать кандидата на роль катушки индуктивности, а затем спроектировать вокруг нее фильтр. Если приемлемый фильтр не может быть сконструирован, выясните, что не так с катушкой индуктивности, выберите лучшую катушку индуктивности и попробуйте еще раз.

В примере конструкции предполагается, что регулятор источника питания находится вне платы, и регулируемое напряжение поступает через разъем. При наличии местного регулятора конструкция проще и иногда фильтр источника питания может быть уменьшен.

Фильтр блока питания идет после регулятора, поэтому он должен иметь низкое падение напряжения постоянного тока. В таблице данных индуктора указано значение сопротивления постоянному току. Падение напряжения примерно на 20% больше, чем это сопротивление, умноженное на силу тока. Дополнительные 20% объясняют увеличение сопротивления медного провода индуктора при более высоких температурах.

Выбор индуктора

Значение индуктивности, необходимое для фильтра, вычислить несложно. Он должен быть примерно в десять раз больше, чем все остальные индуктивности, включенные последовательно с источником питания.Если в источнике питания нет других катушек индуктивности или ферритовых бусинок, эта индуктивность возникает из-за кабелей и следов на печатной плате. Не очень точное приближение для расчета этой индуктивности состоит в том, чтобы взять максимальную длину, на которую может перемещаться мощность, и умножить ее на 1 нГн на миллиметр. Индуктивность силовых плоскостей намного ниже, и для этого расчета длину путей силовых плоскостей можно не учитывать.

В этом примере я хочу, чтобы плата работала с удлинительным кабелем длиной около 300 мм, а плата размером около 100 мм на 100 мм.Общая длина составляет 500 мм, а это значит, что индуктивность распределения питания у меня примерно 500 нГн. Чтобы сделать катушку индуктивности фильтра источника питания примерно в 10 раз больше этой, я выбрал катушку индуктивности 10 мкГн +/- 30%. Дополнительная индуктивность обеспечивает допуск -30%. Помимо начального допуска, значение индуктивности падает с увеличением тока. Для этой части при 2,4 А индуктивность падает еще на 35%.

Я выбрал дроссель серии Bourns SRU1028. Он имеет небольшую высоту, самозащищен и легко доступен.Я нашел его, выполнив поиск в Digi-Key недорогой катушки индуктивности 10 мкГн с номинальным током не менее 2 А. Мне также нравится таблица Bourns, потому что в ней есть спецификации, необходимые для создания хорошей имитационной модели индуктора.

В этой модели индуктора используются четыре компонента. Индуктивность L такая же, как в даташите L . Последовательное сопротивление R _ESR такое же, как R _DC из таблицы. Значения R _Q и C _SRF рассчитываются на основе значений из таблицы данных для f _SRF , частоты испытаний Q и Q.

Эти дополнительные компоненты заставляют катушку индуктивности иметь поведение, показанное на графике импеданса выше. Сплошная кривая – величина импеданса в дБ, а пунктирная кривая – фазовый угол импеданса. Ниже 1 кГц катушка индуктивности действует как небольшой резистор R _DC . Выше 1 кГц он действует как индуктор, вплоть до частоты, близкой к саморезонансной частоте (SRF). Для узкого диапазона частот около SRF индуктор действует как резистор большого номинала со значением R _Q .Над SRF индуктор действует как конденсатор C _SRF .

С этого момента имитатор схем экономит время. Бесплатный симулятор LTspice создал приведенный выше график импеданса катушки индуктивности, используя приведенную ниже схему симуляции.

Источник напряжения V1 – это источник переменного тока 1 Вольт. Импеданс можно изобразить с помощью выражения -1 / (i (V1)). Чтобы узнать о LTspice, см. Мои учебные пособия по Simulation Series на YouTube. Анализ LTspice AC входит в первую и вторую части, а анализ переходных процессов – в третью.Общее время видео составляет около 12 минут.

Выбор конденсатора

Можно легко преобразовать схему модели индуктора в фильтр нижних частот, добавив к схеме конденсатор. Я выбрал конденсатор Kemet T491A106010A, который представляет собой поляризованный танталовый конденсатор емкостью 10 мкФ с максимальным ESR 3,8 Ом и номинальным напряжением 10 В.

Частотная характеристика этого фильтра равна V (VOUT) / V (VIN), но поскольку V (VIN) = 1 в моем моделировании, я получаю тот же ответ из графика V (VOUT).

Керамические конденсаторы с высокой добротностью и низким ESR заменили танталовые конденсаторы во многих областях применения. Затем я попробовал симуляцию с керамическим конденсатором с низким ESR вместо тантала:

Пик на частоте 15,9 кГц – это резонанс L _B и C _B

Колебания напряжения питания на этой частоте увеличиваются, а не уменьшаются. Из-за узкого частотного диапазона этого резонанса эффекты резонанса легко не заметить при тестировании.Значения L _B и C _B имеют свободный допуск, а также меняются со временем и температурой.

Добавьте резистор, чтобы решить эту проблему резонанса. Хорошее начальное предположение о стоимости демпфирующего резистора:

Используйте симулятор цепи, чтобы найти первый резонанс, и отрегулируйте номинал резистора, чтобы найти лучшее значение для хорошего демпфирования. Керамический конденсатор и резистор имеют более повторяемую конструкцию, чем танталовый конденсатор. Это связано с большим диапазоном возможных значений ESR танталового конденсатора.

Моделирование сети нагрузки

Пока что в этом примере нет импеданса нагрузки или тока нагрузки. Чтобы увидеть, что этот фильтр будет делать на печатной плате, моделирование должно включать в себя индуктивность следа печатной платы и байпасные конденсаторы. На частотах выше 100 МГц эффекты линии передачи еще больше усложняют модель. В следующем примере схемы представлена ​​упрощенная модель, которая представляет типичные нагрузки в источниках питания печатных плат. Вы можете посмотреть на свои собственные схемы, чтобы оценить индуктивность следа, используя грубое приближение индуктивности, равное 1 нГн на миллиметр.Более точные модели можно создать с помощью инструмента САПР Power Integrity (PI).

Эти типичные следовые индуктивности демонстрируют дополнительные резонансы в распределительной сети.

Дополнительные смоделированные резонансы вызваны выходной нагрузкой катушек индуктивности и конденсаторов. Характеристики этого фильтра по-прежнему хорошие, даже с этими резонансами. Общая форма фильтра сохраняется, потому что катушка индуктивности намного больше, чем сумма катушек индуктивности малой нагрузки, а затухающий конденсатор намного больше, чем сумма байпасных конденсаторов.

Между этой платой и реальной схемой все еще есть различия. Реальная схема будет иметь другой отклик выше 100 МГц из-за эффектов линии передачи. Также важны другие конденсаторы и катушки индуктивности небольшого размера, особенно на частотах выше 500 МГц.

Отсутствие фильтра источника питания или использование большого незатухающего конденсатора без катушки индуктивности приводит к таким резонансам, как эти:

Ток нагрузки

Локальные байпасные конденсаторы обеспечивают локальное накопление заряда, которое обеспечивает переходный ток к высокочастотным пульсирующим нагрузкам.Для поддержания постоянного напряжения питания более высокие импульсные токи нагрузки требуют больших байпасных конденсаторов. Примером импульсной нагрузки является переход процессора в спящий режим с низким энергопотреблением и выход из него. Проанализируйте каждую сильноточную импульсную нагрузку на наличие пульсаций напряжения в источнике питания.

Байпасные конденсаторы также могут резонировать с индуктивностью в распределительной сети. Подавление резонансов на входном фильтре источника питания не гарантирует, что все резонансы, вызванные током нагрузки, также будут подавлены, но это часто помогает.Чтобы продемонстрировать потенциальную проблему, вот незатухающий (R3 = 0,01 Ом) вариант фильтра с источником переменного тока в одной из точек нагрузки:

Импеданс при VLOAD равен v (VLOAD) / i (I1). Поскольку переменный ток в I1 установлен на 1, полное сопротивление равно v (VLOAD):

.

Незатухающий резонанс, обведенный выше, находится на частоте 1,87 МГц. Это та частота, на которой импульсная нагрузка вызовет проблему.

Я смоделировал импульсную нагрузку с помощью источника импульсного тока, показанного на схеме выше.В этом примере показаны импульсы с амплитудой 20 мА и периодом 535 нс. Наибольшие колебания напряжения происходят, когда период импульсного источника тока обратно пропорционален частоте резонанса.

Форма синусоиды пульсаций напряжения в этом примере типична для незатухающих резонансов с высокой добротностью в распределении мощности. Незатухающий резонанс действует как фильтр, преобразующий импульсы тока в синусоидальную форму волны напряжения:

Если напряжение все еще растет в конце моделирования, увеличьте время моделирования, чтобы найти максимальный уровень.Для установления более резких (с более высоким фактором добротности) резонансов требуется больше времени.

В примере импульсов тока режима ожидания изменение программного обеспечения может вызвать изменение частоты импульсов. Сильные колебания напряжения из-за резонанса возникают только тогда, когда период цикла сна совпадает с резонансной частотой. В процессе разработки это может вызвать загадочные ошибки, которые кажутся связанными с программным обеспечением, но на самом деле вызваны аппаратным обеспечением. При производстве изменение компонентов приведет к смещению резонансных частот и вызовет проблемы с урожайностью.При использовании изменения температуры и дрейф компонентов будут сдвигать резонансные частоты, что приведет к выходу продукта из строя.

Следующая симуляция показывает версию с демпфированием, с резистором R3, установленным на 3,8 Ом. Анализ переменного тока показывает, что два самых больших резонанса с высокой добротностью затухают:

Это изменяет форму и уменьшает форму волны напряжения, вызванной импульсным током нагрузки.

Треугольная форма сигнала типична для импульсной нагрузки. Это результат цикла заряда и разряда конденсаторов местного байпаса.Амплитуду этой треугольной волны можно уменьшить, установив байпасные конденсаторы большего размера. Если форма волны пульсаций больше похожа на прямоугольную, это связано с сопротивлением байпасной сети и может быть уменьшено с помощью байпасных конденсаторов с меньшим ESR или более широкими дорожками. Длинный медленный импульс при включении вызван затухающим низкочастотным резонансом на частоте 100 кГц. Короткие выбросы проходят через края источника тока 10 нс и могут быть уменьшены за счет более низкой индуктивности через путь обходного конденсатора. Оставшийся резонанс около 4 МГц требует дальнейшего моделирования.

Заключение

Избегайте резонансов распределения мощности, используя правильно спроектированный демпфированный фильтр нижних частот с:

• Значение индуктивности, намного превышающее паразитную индуктивность
• Емкость конденсатора намного больше суммы байпасных конденсаторов
• Демпфирующее сопротивление для устранения высокодобротных резонансов
• Байпасные конденсаторы, достаточные для питания импульсных нагрузок

.