Как сделать фильтр против помех в радиосети

Обновлено: 30.06.2024

Импульсные блоки питания в большинстве случаев создают основную электромагнитную "пелену" помех в полосе частот 1. 100 МГц, т. е. во всех КВ-диапазонах и в начале УКВ. Дело осложняется и тем, что число таких блоков исчисляется сегодня десятками в одном жилище (компьютеры, мониторы, освещение, различные зарядные устройства и т. п.) и сотнями в одном доме - в ближней зоне КВ-антенны любительской радиостанции.

Даже если предположить идеальный случай - соответствие нормам на паразитное излучение всех близлежащих блоков питания, то сумма нескольких десятков паразитных полей явно будет выше нормы. И в своём КВ-приёмнике вы услышите массу паразитных сигналов, которые, по нерушимому закону "падающего бутерброда", окажутся на частоте DX. В реальности же среди десятков окружающих вас импульсных блоков питания найдутся и те, в которых фильтрация помех сделана плохо, а то и вовсе отсутствует. Один такой блок может закрыть возможность приёма во всей полосе КВ в радиусе десятков метров. Поэтому важно знать, как подавлять паразитное излучение кабелей импульсного блока питания, чтобы правильно дорабатывать существующие устройства и выбирать новые.

На рис. 1 приведена упрощённая схема импульсного блока питания. Точнее, узел преобразования напряжения показан предельно упрощённо, а вот цепи подавления помех, наоборот, полностью. И общий случай питания - от трёхпроводной (с отдельным проводом электротехнического заземления) розетки.

Рис. 1. Схема импульсного блока питания

Дроссели L1 и L2 подавляют синфазные помехи, идущие от блока питания и подключённого к нему устройства (например, трансивера с антенной) в сетевой провод и далее в линии электропитания. Обмотки дросселя L1 обычно имеют индуктивность около 30 мГн. Это основные элементы подавления помех в питающей сети. Поэтому они должны быть качественными и обладать высоким импедансом во всей подавляемой полосе, начиная от частоты переключения транзистора блока питания (десятки-сотни килогерц) до нескольких мегагерц.

А в ответственных случаях (чувствительные приёмники и их антенны рядом) - до десятков-сотен мегагерц. Один дроссель это сделать не может. Поэтому в таких случаях последовательно с L1 и L2 включают такие же дроссели, но с индуктивностью в 50. 500 раз меньшей, чем указано на рис. 1. Эти дополнительные дроссели должны иметь высокую собственную резонансную частоту, чтобы эффективно подавлять верхние частоты требуемой полосы.

Конденсатор С1 подавляет низкочастотные дифференциальные помехи, идущие от блока питания в сеть. Высокочастотные синфазные помехи подавляют керамические конденсаторы малой ёмкости С2 и С3, включённые параллельно С1.

Но это не единственная функция С2 и С3. Они также замыкают синфазную составляющую импульсов переключения на корпус устройства.

Разберёмся с этим подробнее. На стоке силового транзистора присутствуют прямоугольные импульсы с размахом около 300 В (выпрямленное и отфильтрованное напряжение сети) с частотой несколько десятков-сотен килогерц. Фронты этих импульсов короткие (меньше микросекунды). Во время этих фронтов ключевой транзистор находится в активном режиме и греется, поэтому фронты стараются сделать короче. Но это расширяет полосу создаваемых помех. И всё равно в мощных блоках питания транзистор нагревается. Для охлаждения его закрепляют на теплоотводе, в качестве которого в некоторых случаях используют металлический корпус блока питания (про экранирование не забываем). Транзистор изолируют от корпуса прокладкой. Ёмкость стока на корпус может достигать нескольких десятков пикофарад.

А теперь посмотрим, что у нас получилось: транзисторный генератор прямоугольных импульсов с размахом 300 В через конденсатор в несколько десятков пикофарад (конструктивный между стоком охлаждаемого транзистора и корпусом устройства на рис. 1 показан штриховыми линиями) подключён к корпусам и блока питания, и питаемого им устройства. Мы считаем, что это корпус с нулевым потенциалом, а на самом деле там протекает большой ВЧ-ток через конструктивную ёмкость теплоотвода. Это приведёт к появлению большого синфазного тока (а значит, и помех) на корпусах всех устройств, подключённых к нашему источнику питания.

Чтобы такого не было, установлены конденсаторы C2 и С3. Фронты импульсов со стока транзистора, просочившиеся через конструктивную ёмкость теплоотвода, через эти конденсаторы и диоды моста (точнее, через диод, открытый в данный момент) замыкаются на исток транзистора. Этот путь для них оказывается проще, чем синфазно растекаться по корпусам.

Но проблемы с высоковольтными короткими фронтами импульсов на стоке силового транзистора не заканчиваются с установкой конденсаторов С2 и С3. Есть ещё одна паразитная ёмкость - между обмотками трансформатора (тоже показана на рис. 1 штриховыми линиями). Через неё импульсы тока поступают в выходную цепь блока питания. Сразу в оба провода, т. е. как синфазная помеха. Конденсатор С4 замыкает эти токи на исток транзистора, создавая им более лёгкий путь для протекания.

Конденсаторы С2-С4 оказываются включёнными между безопасными для человека цепями (выходами и корпусом источника) и силовой сетью 230 В. Для обеспечения безопасности людей номинальное напряжение этих конденсаторов делают очень высоким (несколько киловольт), а их конструкцию такой, чтобы в случае аварии они обрывались, а не замыкались. Конденсаторы, устанавливаемые на месте С2-С4, выпускаются как отдельный тип и называются Y-конденсаторами. Конденсаторы с маркировкой Y1 рассчитаны на импульсы напряжения до 8 кВ, Y2 - до 5 кВ.

С точки зрения подавления помех, ёмкость конденсаторов С2-С4 желательно иметь побольше. Но надо иметь в виду, что при двухпроводной сети (или обрыве провода заземления в трёхпроводной) выходы и корпус источника через конденсаторы С2-С4 оказываются соединёнными с сетевым фазным проводом. Поэтому их суммарная ёмкость должна выбираться так, чтобы ток частотой 50 Гц на корпус не превышал 0,5 мА (неприятно, но не смертельно). С учётом возможного максимального напряжения в сети, разброса, температурных уходов и старения получается не более 5000 пФ.

Рассмотрим теперь ошибки, допускаемые в фильтрации помех импульсных источников.

Иногда, для экономии, ставят только один из двух конденсаторов С2 или С3. Идея, на первый взгляд, кажется разумной: всё равно ведь они соединены параллельно через большую ёмкость конденсатора С1. Но на высоких частотах конденсаторы большой ёмкости совсем не являются коротким замыканием, а имеют заметный индуктивный импеданс. Поэтому такая экономия может привести к тому, что на десятках мегагерц (выше резонансной частоты С1, которая окажется невелика, поскольку это конденсатор большой ёмкости) заметно снизится подавление синфазного тока, протекающего на корпус.

Встречается отсутствие конденсатора С4 - или производитель решает, что можно С4 не устанавливать, так как в его трансформаторе ёмкость мала, или пытливый потребитель выкусывает, чтобы от источника не пощипывало током утечки 50 Гц через этот конденсатор. Внешними цепями эта проблема не лечится (хотя хороший внешний развязывающий дроссель по выходным цепям снижает остроту проблемы), надо ставить С4 на его законное место.

Отсутствие С2, С3 может быть допустимо, но только если выполняются все три следующих условия сразу: сеть двухпроводная, корпус блока питания не имеет контакта с корпусами питаемых устройств (пластмассовый, например), силовой транзистор установлен не на теплоотводе-корпусе. Если хотя бы одно из условий нарушено, С2 и С3 должны быть.

Установка перемычек вместо основного развязывающего дросселя L1 редко, но всё же встречается в дешёвых источниках плохих производителей. Экономят, видимо. Лечится это установкой нормального дросселя. В крайнем случае такой дроссель можно сделать, намотав сетевой шнур на большом ферритовом магнитопроводе.

Перемычка вместо L2 встречается, увы, часто, даже у приличных производителей. Видимо, полагают, что раз в двухпроводной сети этот дроссель не нужен (а там он действительно не требуется, току некуда течь), то без него можно обойтись и в трёхпроводной. Увы, нет, поскольку это открывает прямую дорогу в сеть для синфазных помех (и помех из сети на корпус). Исправляется установкой L2 в разрыв провода между разъёмом сети и платой. На худой конец допустим внешний дроссель на сетевом шнуре.

В завершение рассмотрим частую ошибку, которая относится не только к импульсным, но и ко всем блокам питания. Нередко слева (по рис. 1) от L1 устанавливают дополнительные конденсаторы, как показано на рис. 2. Они должны блокировать чужие помехи, идущие из сети в источник питания. Конденсатор С1 блокирует дифференциальные помехи и нам не мешает. А вот конденсаторы С2 и С3, замыкающие синфазные помехи в сетевых проводах на земляной провод, могут стать причиной соединения по ВЧ корпуса устройства и силовых (фазы и нуля) проводов сети. Это произойдёт, если среднюю точку С2 и С3 соединить с корпусом устройства, как показано штриховой линией красного цвета на рис. 2. Делать так нельзя (хотя печально, часто именно так и подключают). ВЧ синфазные помехи из сети пойдут через С2 и С3 на корпус устройства. И назад: синфазные токи устройства (например, трансивера с антенной) потекут в сеть. Правильное подключение средней точки С2 и С3 должно быть только к выводу заземления трёхпроводной розетки, но не к корпусу устройства, т. е. к левому выводу дросселя L2, как показано линией зелёного цвета на рис. 2.

Рис. 2. Схема блока питания

Если используется двухпроводная питающая сеть, то проверьте, нет ли в вашем блоке питания конденсаторов с проводов сети на корпус устройства. И если есть, удалите их, так как это прямая дорога для ВЧ синфазных токов из сети в ваше устройство и назад.

А если сеть трёхпроводная, то установите дроссель L2 между корпусом своего устройства и землёй сети (он разорвёт путь для синфазных токов между ними), а среднюю точку входных конденсаторов (С2, С3 по рис. 2) переместите на землю сети.

Сетевой фильтр, показанный на рис. 2 с конденсаторами С1-С3, является общим случаем для питания любых устройств, генерирующих радиочастотные помехи, например КВ-передатчиков.

Автор: Игорь Гончаренко (DL2KQ), г. Бонн, Германия

Мнения читателей

Исправьте в конце-концов фамилию автора на Гончаренко.

Нічого не запутано.На мал.1 С2 і С3 знаходяться після дросселя L1. А на мал.2 C2 і C3 знаходяться до дросселя L1. Тому і точка заземлення різна. P.S. Прізвище автора статті - Гончаренко, а не Гочарко.

Запутанно как-то, на рис.1 С2,С3 идут на корпус прибора, а на рис.2 они идут землю. Как правильно?

Вы можете оставить свой комментарий, мнение или вопрос по приведенному выше материалу:

Нашел на просторах интернета

Ну и решил протравить платку

сделал данный девайс

Схема работает шумы пропали, поставил на всякий еще и феритовое кольцо

стало гораздо лучше

Ну раз начал ковыряться решил и переделать экранчик!
сделал ее инверсной. Снял со старого Экрана планшета поляризационную пленку

Отрезал как нужно! и решил за одно и поменять подсветку дисплея на Белый

Метки: фильтр эмп, apollo 1, инверсия, поляризационную пленку, рация

Комментарии 73

"поставил на всякий еще и феритовое кольцо" где его поставил?

И что, действительно гасит наводки от уличных фонарей и ЛЭП? А как на связи отражается?

Если можно дайте совет. Сделал фильтр по вашей схеме, но без ферритового кольца. Стало получше. Но все равно фонит от ксенона. Спасет ли ферритовое кольцо?

попробуйте поставить на питание ксенона ферритовый колечки и побольше намотайте, на феррит и на оба блока, вернее перед блоком!

спасибо за совет!=)

SpellMasteR

еще вопрос, я не особо силен в радиоэлектронике, (больше по микропроцессорной и компьютерной теме), как включить в схему ферритовое кольцо?=)

Берете феритовое кольцо и обматываете провод питание вокруг феррита

Правда, ксенон разные китайские вообще не поддаются. Всю борт сеть гудят шумами

А кольцо поставил до фильтра или после?

что за дроссель в схеме?
где взят?
что за кольцо ферритовое? откуда взято?
и конденсатор который 0,01 пикофарад — это керамичский или какой?

все взято со старого блока питания компьютера, кольцо тоже взято оттуда же, можно взять так же с кабедя Экрана разъема VGA, да керамический

спасибо, за ответы. и очень признателен что поделился решением своей проблемы на драйве.
у меня тоже самое. устал уже от помех ))) щас буду собирать

Вещь! Сделай мне пожалуйста.

Что именно и как это можно сделать то?

Фильтр и колечко. Вышлешь по почте.

пиши в личку договоримся

Инверсия — вырви глаз, на любителя.

ДА да на вкус и цвет )

В схеме перед электролитом (на входе) стоит керамика, а на готовом изделии его вроде нет?
Или с обратной стороны припаяли?
Делал похожее изделие, перед катушкой два кондера электролит и керамика и после катушки тоже два аналогичных.

Он стоит, просто керамический маленький и он под банкой)

Понятно, так и думал!

Я вот тоже думаю инверсию сделать, пока только просто на белую подсветку сменил. Такая просьба есть: попробуйте кусок тонера наклеить, чтобы затемнить сам экран. Просто чую зелёная область возле цефр у меня будет напрягать…

а на и без тонера темная! как сказать зеркальная тонировка,

А в выключенном состоянии?

в выключенном состоянии как зеркало у меня! не чего не видно! весь экран темный

А в выключенном состоянии?

Я только что так сделал, переклеил верхний поляризатор, в выключенном состоянии экран синий и при включении он светится сам синим, а символы белым, короче, как и у автора на фото. Я хочу сделать синюю и красную подсветку, у меня в машине всё так сделано, в таких цветах. Так вот думаю переклеить и нижнюю подложку полноценным поляризатором, чтобы дисплей стал чёрным и при работе светились только сами символы, а свободное поле не засвечивалось.

Хорошая работа. Вы бы выложили подробный пост по инвертированию дисплея и замене подсветки, рация такая же, и мысли посещают такие же)))

Выложил бы для вас тока вот не делал фото! могу объяснить как че по чем в личке

Если можно, мне тоже.

без проблем чего интересует пиши

SpellMasteR

Выложил бы для вас тока вот не делал фото! могу объяснить как че по чем в личке

Да можно и в запись добавить, на Ваш взгляд важные и интересные моменты, вроде типа светодиодов, как снимали рамку экрана, тем более уже не я один интересуюсь, проще тут один раз написать и все прочтут… Я тангенту разбирал, у меня стойки верхние, в районе дисплея, отломились на лицевой половинке и корпус вверху разошёлся, как оказалось, там при скручивании стойки половинок не сходятся и их перетянули, вот они и оторвались, я их приклеил и шайбочки подложил, чтобы снять напряжение со стоек, кстати, посмотрите у себя, есть такой косяк или нет… Кстати, скоро приедут поляризаторы из китая с самоклейкой.

Ну завтро тут отпишусь, сделаю в борт журнале запись! Уговорили, красноречивые =) у меня там все нормально было все на своих местах, все без проблем сделал! самое долгое было снимать пленку свою с экрана долго и нудно!

Каждому радиолюбителю в той или иной мере приходится решать задачи, связанные с устранением помех в телевизорах и радиоприемниках, а также в другой бытовой аппаратуре, например в телефонах, магнитофонах и т.д. Поиск и устранение причины помехи — дело весьма сложное, т.к. проблема, как правило, включает несколько факторов. Оптимально, по мнению автора, рассматривать все составные части радиостанции (антенно-фидерные устройства, заземление и т.д.) — они должны соответствовать высокому уровню исполнения.
Важную роль в предотвращении помех на бытовую аппаратуру играет качество работы трансивера (передатчика). Помехи от побочных излучений радиостанции, вызванные гармониками передатчика или паразитными излучениями, частота которых не связана с частотой полезного сигнала, часто являются главной проблемой. Хорошая экранировка передатчика является необходимым условием его эксплуатации.

Когда передатчик соответствует всем нормам, предъявляемым к подобному типу аппаратуры, а помехи все же есть, следует перейти к оборудованию радиостанции в целом.
В зонах неуверенного телевизионного приема в качестве антенного хозяйства радиостанции можно рекомендовать резонансные антенны. Как правило, это отдельная антенна на каждый диапазон с малым КСВ, запитанная коаксиальным кабелем. Хорошей практикой является установка передающих антенн как можно дальше и выше от телевизионных.

На радиостанции обязательно нужно иметь откалиброванный КСВ-метр, с помощью которого можно в любую минуту определить значения КСВ в линии передачи. Большинство радиолюбителей в мире считают, что не следует упрощать радиостанцию, отказываясь от вспомогательных устройств.

Следующий шаг — это правильное изготовление заземления. Учитывая, что радиолюбитель имеет дело с передающим устройством, здесь необходимо иметь ВЧ заземление.
Неотъемлемой частью радиостанции является сетевой фильтр, предотвращающий проникновение помехи в элекрическую сеть, а также защищающий приемную часть станции от местных помех, которые могут проникнуть через электрическую сеть. В большинстве случаев такие помехи создаются искрами от расположенных поблизости электроприборов и электрических установок.
Следующий этап в оборудовании радиостанции — это изготовление фильтра нижних частот (ФНЧ), позволяющего дополнительно подавить гармоники передатчика.

Иногда при неудачном заземлении и КСВ=1 возникают токи асимметрии, протекающие по внешней стороне оплетки кабеля, что приводит к излучению линии передачи. Для устранения этого используется ВЧ дроссель. Кабелем после КСВ-метра и ФНЧ делают несколько витков на ферритовом кольце диаметром 5…8 см с проницаемостью >100. Иногда такой дроссель полезно включать и на крыше в точке подключения кабеля к антенне.

Итак, снабдив радиостанцию антенной с минимальным КСВ, изготовив сетевой фильтр, фильтр нижних частот, выполнив ВЧ заземление и установив ВЧ дроссель, мы сделали с передатчиком все что могли, и теперь можно взглянуть на проблему помех со стороны самой бытовой аппаратуры.

В телевизионных приемниках желательна (особенно в TV 2-го поколения) установка простого и эффективного сетевого фильтра.

Сетевые фильтры и фильтры верхних частот

Обмотка сетевого фильтра выполняется сетевым проводом на круглом длинном ферритовом стержне проницаемостью >400. Количество витков — максимальное, по всей длине стержня. Намотка — виток к витку.

Также рекомендуется применение фильтра верхних частот (ФВЧ) (рис. выше), повышающего избирательность телевизора и уменьшающего влияние основного сигнала передатчика и его гармоник. Включение фильтра производят по антенному входу телевизора, экранируют и заземляют.
L1…L10—8 витков голым медным проводом диаметром 1 мм. Намотка — бескаркасная, диаметр — 7 мм. Индуктивность — 0,18 мкГн. Подавление помех в диапазоне 3,5…21 МГц — более 70 дБ, 28 МГц — около 50 дБ.

Очень часто проблема снимается за счет применения ВЧ дросселя по антенному входу телевизора. Удобно, что при этом не требуется никакого вмешательства в TV и пайки.

ВЧ дроссель делается из антенного кабеля TV, делают несколько (3…10) витков через кольцо (проницаемостью >100) с внешним диаметром порядка 5…8 см. Вместо кольца можно использовать ферритовый сердечник от вышедшего из строя строчного трансформатора.

В ЧМ УКВ вещательных приемниках метод устранения аналогичен телевизионному. В телефонах шунтируют микрофон керамическим конденсатором 0,01 мк, а также устанавливают эффективный телефонный фильтр.

В стереоаппаратуре устранение помехи сводится к установке фильтра между выходом УНЧ и акустической системой, а также к установке сетевого фильтра.

Фильтр между УНЧ и сетевой фильтр (нижний)

В магнитофонах проблема обостряется в режиме записи. Для этого экранируют записывающую (универсальную) головку, а также применяют любую из схем сетевого фильтра.
Работа компьютера может быть нарушена, если он расположен рядом с мощным передатчиком. Одновременно компьютер является источником помехи вещательным приемникам, особенно УКВ диапазона. Не исключая прямое воздействие ВЧ излучения через пластмассовый корпус компьютера, тем не менее, основная проблема заключается в проникновении ВЧ через сетевой шнур. Рекомендуется последний намотать на длинный ферритовый стержень с проницаемостью >100, образуя обмотку по всей длине. Устанавливают такой ВЧ дроссель ближе к компьютеру.
К сожалению, часто причина помехи связана с .несовершенством конструкции бытовой техники. Тем не менее, эти проблемы решаемы. Однако начинать необходимо с собственной радиостанции, а уж затем, исчерпав все возможности на этом пути, приступать к устранению помехи непосредственно в бытовой аппаратуре.

В настоящее время, благодаря развитию радиотехники, основным фактором, ограничивающим дальность приема, является уровень различных помех, определяющих минимальную напряженность поля от полезного сигнала, необходимую для получения удовлетворительного приема. Практика показывает, что для удовлетворительного приема соотношение напряжений полезного сигнала и помехи в большой степени зависит от вида радиосвязи.

Виды помех радиоприему

Различают три вида помех: атмосферные, промышленные (индустриальные) и внутренние шумы приемника. Последние возникают в самом устройстве. В больших городах минимальная напряженность поля, необходимая для удовлетворительного приема, определяется в основном промышленными помехами. В сельских местностях на волнах длиннее 20 м главную роль играют атмосферные помехи, а на волнах короче 20 м — внутренние шумы приемника.

Методы подавления помех

Индустриальные помехи могут попадать в приемник по проводам питания. Для ослабления их влияния, а также ослабления помех от мощных местных радиостанций, наводящих значительные напряжения на провода бытовых сетей, можно применять одно- или двухзвенные П-образные фильтры (однослойные катушки из провода ПЭ 0,6-0,8 на ферритовых стержнях длиной 50-70 мм и диаметром 8 мм и два — четыре конденсатора емкостью 0,05—0,07 мкф, каждый из которых подключен к одному из проводов силового входа приемника).

Кроме установки фильтров желательно экранировать первичную обмотку силового трансформатора, а в некоторых случаях сам трансформатор и весь выпрямитель. В качестве экрана в трансформаторе применяют дополнительную обмотку из тонкого провода между сетевой и остальными обмотками; ее вывод присоединяют к шасси приемника. Необходимо также уделять внимание экранировке как шасси приемника с его схемой (применять металлический поддон), так и всего приемника в целом, используя, например, металлический корпус.

Современные радиоприемные устройства, питающиеся от сети, уже имеют в своих блоках питания защиту по ВЧ.

Помехи могут попасть в приемник через цепь заземления. В городских квартирах для этих целей часто используют трубы центрального отопления или водопровода. Как и в любом другом проводнике там наводят ЭДС даже очень слабые электромагнитные поля (от зарядных устройств, например). Поэтому в таких условиях вместо заземления лучше использовать противовес.

Схема включения противовеса в виде металлической сетки

Борьба с гладкими помехами внешнего происхождения может вестись путем сужения полосы пропускания приемника. Особенно это эффективно при телеграфном обмене и цифровых видах связи. Сузив полосу приемника до сотен герц можно получить выигрыш в отношении сигнал/шум до 7-8 раз.

Борьба с импульсными помехами осуществляется посредством специальных помехоподавляющих устройств. По принципу действия подавители помех можно разделить на следующие группы: ограничители помех, ограничивающие амплитуду помехи до уровня максимальной амплитуды полезного сигнала, и схемы, вырезающие помеху (уменьшающие до нуля общее напряжение от помехи и сигнала на выходе приемника в момент действия помехи).

Для борьбы с узкополосными помехами применяют режекторные фильтры, а также различные способы, изменяющие полосу пропускания приемника (сдвиг полосы пропускания).

DSP в подавление помех

Современные технологии цифровой обработки сигнала (DSP) позволяют снижать шумы от помех путем быстрого математического анализа выявлять и подавлять нежелательные сигналы. В основном существует три алгоритма:

подавление тонального сигнала;
автоматический режекторный фильтр;
подавитель шумов.

Тональный сигнал на спектре сигнала выглядит как узкий постоянный всплеск, поэтому его проще всего выявить и подавить. Потери в качестве принимаемого сигнала при этом незначительные.

Режекторный фильтр работает по схожему алгоритму, но обрабатывает нестабильный сигнал. Потери качества сигнала при этом выше.

Шум на спектре выглядит как трава под ветром. Много мелких нестабильных импульсов, но с небольшой амплитудой. Подавитель шумов работает так, чтобы выровнять спектр сигнала. Но при этом сильно страдает разборчивость слабого полезного сигнала.

Читайте также: