Фильтрация помех в сети

 Сейчас практически не осталось бытовой техники, которая не оснащена импульсным блоком питания. Я смог вспомнить только мойку воздуха внутри которой стоит обычный железный трансформатор, но это скорее по причине близкого соседства с водой.

Импульсные блоки питания при работе генерируют много помех при переключении силовых транзисторов. В качественных блоках питания на входе и выходе должны стоять фильтры. Выходной фильтр не даёт помехам идти в нагрузку, а входной защищает саму сеть от помех которые генерирует импульсный блок питания. Нередко в бюджетной технике экономят на фильтрации и в сети "гуляет" множество помех от импульсных блоков питания.

Попробую улучшить ситуацию хотя бы для измерительной техники в домашней мастерской поставив на вход удлинителя фильтр ЭМИ. С этой целью был куплен фильтр ZS-0004 в алюминиевом корпусе. Его продают как фильтр для аудиотехники, но с тем же успехом он подойдёт и для любой другой техники.

Были сомнения относительно максимального тока, который выдержит этот фильтр. Измерил диаметр провода на входных дросселях - 1 мм или 0,78 мм² - в принципе если провод медный, то он должен выдержать ток 10 А который обещают на наклейке. Но не думаю что у меня он будет больше 2-3 А так что фильтр с солидным запасом.

Схему этого фильтра нашёл в интернете

Входные дроссели по 47 мкГн, синфазные дроссели по 9 мГн, остальные номиналы верно указаны на схеме.

Далее измерил АЧХ (Амплитудно-Частотная Характеристику) этого фильтра. Для этого генератор сигналов подключается на вход фильтра, а выход фильтра подключается к вольтметру, который измеряет переменное напряжение. В качестве вольтметра использовал Agilent U3402A, который может измерять переменное напряжение с частотой до 100 кГц.

Частота генератора задаётся управляющей программой, затем напряжение после фильтра считывается из показаний вольтметра и записывается в CSV файл и так до конца диапазона. Полный перебор частот от 100 Гц до 100 кГц с шагом 100 Гц занял около 2,5 часов.

Вначале снял амплитудно-частотную характеристику без участия фильтра чтобы убедиться что сигнал не затухает без фильтра и получить уровень сигнала который будет принят за 0 дБ.

Для перевода в децибеллы использовал формулу

20 * log10(V_F / V₀)

где V₀ - напряжение без фильтра, которое считается за 0 дБ, а V_F - напряжение с фильтром.

Итоговый график АЧХ фильтра

Сравнил полученный график АЧХ с аналогичными фильтрами ЭМИ (на этих графиках "Insertion loss" вместо "Attenuation")

 Выходит что такие фильтры наиболее эффективны примерно после 500 кГц, но для чтобы расширить диапазон измерений до 10 МГц нужно использовать осциллограф вместо мультиметра.

У моего генератора сигналов есть функция частотной развёртки (frequency sweep) и выход синхронизации на который он выдаёт импульс в начале частотной развёртки. Этот импульс можно использовать для синхронизации осциллографа с началом частотной развёртки.

В настройках системы генератора сигналов включаю импульс с первого канала генератора, а в настройках частотной развёртки ставлю минимальную частоту 1 Гц, максимальную 1 МГц и время развёртки 1 с.

Выход "Sync" генератора сигнала подключаю к первому каналу осциллографа, триггер по фронту импульса (жёлтый луч). Выход первого канала генератора сигнала через фильтр ЭМИ подключаю ко второму каналу осциллографа (голубой луч).

При таких настройках развёртки каждое деление по горизонтали это 100 кГц. Из графика видно что наиболее интересный участок это от 1 Гц до 200 кГц. Меняю настройки развёртки генератора сигналов

На этой осциллограмме пик в районе 43 кГц совпадает с пиком в прошлом измерении при помощи мультиметра.

Если нужно оценить ослабление сигнала после 200 кГц, то в настройках частотной развёртки генератора сигналов нужно выставить от 200 кГц и до 1 МГц и изменить вертикальную развёртку осциллографа на втором канале чтобы повысить чувствительность.