모든 전자 엔지니어가 알아야 할 사항: 필터

전자제품에는 다양한 유형의 필터가 사용됩니다. 이러한 필터 유형에는 저역 통과, 고역 통과, 대역 통과, 대역 차단(대역 거부, 노치) 또는 전체 통과가 포함됩니다. 그들은 활동적이거나 수동적입니다. 전자기 호환성 영역에서 필터의 목적은 RF 전류가 로컬 에너지 소스로 돌아가도록 낮은 임피던스 경로를 설정하거나 RF 전류가 케이블을 통해 흐르는 것을 방지하기 위해 높은 임피던스를 제공하는 것입니다. 이러한 소위 EMI 필터는 전기/전자 제품의 전자기 호환성(EMC) 준수를 달성하기 위해 적절한 차폐와 함께 사용되는 경우가 많습니다. 의심할 바 없이 EMC 작업에 사용되는 가장 유용한 필터 유형은 수동 저역 통과 필터입니다.

고역 통과, 대역 통과, 대역 거부와 같은 다른 유형의 수동 필터는 EMC 작업을 위한 저역 통과 필터만큼 일반적이지 않으므로 이 기사에서는 다루지 않습니다. 이러한 다른 필터 유형에 대한 자세한 내용은 이 문서 끝에 나열된 참조를 통해 찾을 수 있습니다.

RC 로우패스 필터

저역 통과 필터는 특정 차단 주파수보다 낮은 주파수의 신호는 통과시키고 차단 주파수를 초과하는 주파수의 모든 신호를 억제하는 필터입니다. 저역 통과 필터 방식의 가장 기본적인 형태는 RC 필터 또는 그 모양 때문에 L형 필터라고 불리며, 신호 라인의 저항 요소와 라인에서 섀시까지 커패시터가 배치되어 이 두 회로 요소가 모양을 이룹니다. 거꾸로 된 L.

RC 저역 통과 필터에서 차단 주파수는 공진에서 발생합니다. 여기서 용량성 리액턴스(Xc)는 저항(Xc =1/2πfC 또는 1/wC, w = 2πf)과 같습니다. 때로는 저항기가 필요하지 않으며, 저항기를 설치하지 않고 기준 접지에 대한 라인을 가로질러 배치된 단일 커패시터만으로 원치 않는 잡음을 억제하는 데 필요한 전부일 수 있습니다. 회로에 높은 AC 임피던스를 제공하는 동시에 신호 품질에 영향을 주지 않는 장치는 직렬 저항기의 전압 강하를 허용할 수 없는 상황에서 사용할 수 있습니다. 이 장치를 페라이트 비드라고 합니다. 주파수 제한 외에도 페라이트는 회로에 DC 전류가 너무 많으면 쉽게 포화될 수 있습니다. 페라이트는 포화 상태이고 DC 전류가 너무 높으면 저역 통과 요소로 페라이트를 사용하는 것은 선택 사항이 아닐 수 있습니다. 또한 필터링이 필요한 소스 또는 부하의 임피던스가 얼마나 높은지에 따라 페라이트는 낮은 임피던스로 간주되어 작동하지 않을 수 있으며 회로 임피던스가 임피던스보다 높으면 작동하지 않습니다.

기본 필터 토폴로지

L형 수동 필터 외에도 몇 가지 다른 기본 필터 구성이 있습니다. 이러한 다중 요소 필터는 관련된 주파수 범위가 너무 커서 단일 구성 요소 필터가 완전히 감쇠할 수 없거나 신호의 진폭이 너무 높고 하나의 필터 요소가 충분한 감쇠를 제공하지 못하는 상황에서 유용합니다. 두 번째 반응성 구성요소를 추가하면 롤오프가 12dB/옥타브 또는 40dB/10년으로 증가합니다. 이러한 유형의 필터는 쌍극(Double Pole), 2단(Two-Stage), 2요소(Two-Element), 2차 필터 등 다양한 이름으로 불립니다. 3개의 반응성 구성 요소가 있는 필터는 18dB/옥타브 또는 60dB/10년 감쇠를 제공합니다. 4개의 반응성 구성 요소 필터는 24dB/옥타브 또는 80dB/10년 감쇠 등을 제공합니다.

또한 필터링이 필요한 회로의 소스 및 부하 임피던스에 따라 다양한 필터 모양이 사용됩니다. 이러한 다양한 유형은 회로 소스와 부하 입력 및 출력 임피던스, 필터 입력 및 출력 임피던스 간의 임피던스 불일치에 사용됩니다. L형 필터와 마찬가지로 이 두 가지 유형 모두 회로도의 시각적 모양에 따라 이름이 지정됩니다. 첫 번째는 π-필터이고 두 번째는 T-필터 저역 통과 필터입니다.

P 필터

π 저역 통과 필터는 그리스 문자 π처럼 보입니다. 여기에는 반환할 필터링할 라인의 커패시터, 회로 내 직렬 요소(저항기, 인덕터 또는 페라이트), 반환할 필터링할 라인의 또 다른 커패시터가 있습니다.