DE3048170A1

DE3048170A1 - Elektrisches filter

Info

Publication number: DE3048170A1
Application number: DE19803048170
Authority: DE
Inventors: Masaaki Kubota; Yukio Sakamoto; Masami Takefu Fukui Sugitani; Tetsuo Tanaka
Original assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Murata Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1979-12-20
Filing date: 1980-12-19
Publication date: 1981-08-27
Also published as: US4374369A; DE3048170C2

Description

304817Q

Patentanwälte

Dipl.-Ing. E. Eder ♦ 3"

Dipl.-Ing. K. Schieschke

8 München 40, Elisabsthstraße 34

Murata Manufacturing Co.Ltd. Kyoto, Japan

Elektrisches Filter

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Filter, welhes bei gedruckten Schaltungen oder dergleichen verwendet wird.

Bei elektronischen Geräten wird ein elektrisches Filter eingebaut, um Fehler aufgrund von Rausch- und Störsignalen zu vermeiden, die vom Strom- bzw. Signalnetz ausgehen bzw. im Gerät selbst entstehen.

Bei herkömmlichen elektrischen Filtern sind nach Fig. 1 zwei Elektroden 2a, 2b am Innenumfang eines röhrenförmigen Dielektrikums 1 angeordnet. Eine äußere Elektrode 3 ist am Außenumfang desDielektrikumsi angeordnet, so daß sie den beiden inneren Elektroden 2a, 2b gegenüberliegt, wobei ein Stab 6 mit Ferritperle 4 das röhrenförmige Dielektrikum 1 durchdringt, wobei sich die Ferritperle 4 innerhalb des Dielektrikums 1 befindet. An den inneren Elektroden 2a, 2b befestigte Durchführungstüllen 5, 5 stützen den Stab 6. Eine Metallhalterung 7 ist an die äußere Elektrode 3 angelötet. Hierdurch wird eine "JT-förmige LC-Filterschaltung gebildet, wobei die Ferritperle 4 die Induktivität bestimmt. Die innere Elektrode 2a bildet mit der äußeren Elektrode 3 eine Kapazität C1, und die innere Elektrode 2b bildet mit der äußeren Elektrode 3 eine Kapazität 02 . 2).

Zur Anbringung des herkömmlichen Filters auf einer gedruckten Schaltung ist folgendes nötig:

/4 130035/0665

-tf- 304817Q

Die gedruckte Schaltung weist eine Öffnung zur Aufnahme des Filters auf. Die Metallhalterung 7 wird an den Erd- bzw. Masseanschluß der gedruckten Schaltung gelötet, nachdem das Filter direkt in die Öffnung eingesetzt ist. Dann wird der am einen Ende gebogene Stab 6 bzw. ein Bleidraht o.a. daran befestigt, wobei der Bleidraht alternativ dazu an einem vorbestimmten Teil der gedruckten Schaltung angelötet werden kann (Ifig. 3)· Das Filter 9 wird dann in eine der Öffnungen in der metallenen Schutzplatte 8 eingesetzt und der Metallhalter 7 an die Schutzplatte 8 gelötet, wobei die Schutzplatte 8 an den Erd- bzw. Masseanschluß der gedruckten Schaltung gelötet wird. Der durchgehende Stab 6 wird ebenfalls an einen vorbestimmten Teil der gedruckten Schaltung gelötet. Die Montage ist somit sehr kompliziert und zeitraubend, und insbesondere wenn mehrere Filter notwendig sind, erweist sich diese komplizierte Montage als Produktionshindernis.

Das herkömmliche filter weist im Dielektrikum 1 eine Ferritperle 4 auf. Daher muß nicht nur das Dielektrikum einen großen Innendurchmesser aufweisen, sondern die inneren Elektroden 2a, 2b müssen durch Bürstenauftrag oder ähnliche Methoden im Dielektrikum 1 gebildet werden. Diese inneren Elektroden 2a, 2b müssen jeweils mittels der Durchführungstüllen 5) 5 gegenüber dem durchgehenden Stab 6 abgestützt werden. Eine derart komplizierte Konstruktion wirkt zusätzlich hinderlich bei der Massenproduktion.

Die Erfindung soll die Schwierigkeiten beim herkömmlichen Filter beseitigen.

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Filter, mit einem Filterteil mit zwei Kondensatoren, einem im wesentlichen U-förmigen durchgehenden Stab, dessen zwei Schenkel sich jeweils durch die Kondensatoren erstrecken, und mit einer an mindestens einem der Schenkel des Stabes angeordneten Ferritperle.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Filter zu schaffen, welches direkt in einer gedruckten Schaltung o.a. durch

130035/0665

3Q4817Q

zwei Schenkel eines im wesentlichen TJ-f örmigen Stabes sehr einfach montiert werden kann.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Filter zu schaffen, welches ein Filterteil ohne spezielle Kondensatoren umfaßt, wodurch die Massenproduktion erleichtert und die Produktionskostenverringert werden.

Die Erfindung hat ferner die Aufgabe, ein elektrisches Filter zu schaffen, welches durch Verringerung der Störungen zwischen nebeneinander verwendeten Filterteilen verbesserte Filtereigenschaften aufweist.

Die Erfindung löst diese Aufgaben mit den Merkmalen der Patentansprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1 eine Teilansicht eines bekannten elektrischen Filters;

Fig. 2 eine Darstellung einer entsprechenden Filterschaltung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Darstellung der Montage des Filters nach Fig. 1;

Fig. 4· einen Teilschnitt einer ersten erfindungsgemäßen Ausführungsform des eüctrischen Filters;

Fig. 5 eine Draufsicht auf mehrere an einer Metallplatte angeordnete Filtersätze;

Fig. 6 einen Längsteilschnitt einer geänderten Ausführungsform ;

Fig. 7 eine Draufsicht der zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Filters;

130035/0666

304817Q

Fig. 8 einen Teilschnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 7;

Fig. 9 einen Längsteilschnitt einer geänderten Ausführungsform;

Fig. 10 einen Längsteilschnitt einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungsform des Filters;

Fig. 11 einen Längsteilschnitt einer geänderten anderen Ausführungsform;

Fig. 12 eine perspektivische Ansicht einer Metallplatte zur Verwendung mit der dritten Ausführungsform;

Fig. 13 eine Draufsicht auf einen Filtersatz.

Nach Fig. 4 und 5 weist die erste Ausführungsform eine längliche Metallplatte 11 auf, röhrenförmige Kondensatoren 12 mit Durchgangsöffnungen 13, welche sich jeweils mittig durch die Kondensatoren erstrecken, einen im wesentlichen U-förmigen, durchdringenden Stab 14, Ferritperlen 15 mit Durchgangs öffnungen 15a, welche sich jeweils mittig durch die Perlen erstrecken.

An zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Metallplatte 11 sind nach unten ragende, geerdete Klemmen 16 für die Befestigung einer gedruckten Schaltung ausgebildet. Die Metallplatte 11 weist zwei kreisförmige Öffnungen zur Aufnahme der jeweiligen Kondensatoren 12 auf.

Die zwei Kondensatoren 12 sind identisch ausgebildet und weisen ein Dielektrikum 12a mit einer mittigen Durchgangsöffnung 13 auf, wobei eine Elektrode 12b am inneren Umfang der Durchgangsöffnung 13 und eine Elektrode 12c am äußeren Umfang des Dielektrikums 12a ausgebildet ist.

Die Elektroden 12c der Kondensatoren 12 sind an die Metallplatte bei 18 gelötet. Die beiden Schenkel 14a, 14b des Stabes

/7 130035/0665

304817Q

14 werden nach dem Einsetzen in die DurchgangsÖffnungen 15a der Ferritperlen 15 in die DurchgangsÖffnungen 13 der Kondensatoren 12 eingesetzt, wobei die beiden Schenkel 14a, 14b jeweils an die Elektroden 12b bei 19 gelötet werden.

Durch die beschriebene Konstruktion kann einT^-förmiges LC-Filter geschaffen werden, das nach Fig. 2 die Kapazitäten durch die Kondensatoren 12 und die Induktivität durch die Ferritperlen 15 bildet.

Da, wie aus Fig. 4 ersichtlich, beide Schenkel 14a, 14b des Stabes 14 dieses elektrischen Filters jeweils an der Seite der Klemmen 16 der Metallplatte 11 hervorragen, ist das Filter an einer nicht näher dargestellten gedruckten Schaltung durch Einsetzen der Schenkel 14a, 14b zusammen mit den Klemmen 16 in die Öffnungen der gedruckten Schaltung und durch Anlöten an vorbestiinmte Teile davon montierbar. Montage und elektrischer Anschluß sind daher stark vereinfacht.

Mehrere elektrische Filter 20 können gleichzeitig bei einer gedruckten Schaltung verwendet werden, wie aus Fig. 5 ersichtlich. Hierbei wird die erste Ausführungsform verwendet, wodurch eine Verkleinerung des Eaumbedarfs möglich ist.

Grundsätzlich kann der Kondensator 12 durch ein Dielektrikum 12a¹ ersetzt werden, welches an einer Seite einen Bund aufweist. Das Dielektrikum 12a¹ ist in eine kreisförmige Öffnung in der Metallplatte 11 einsetzbar, wobei das Dielektrikum auf der gesamten Oberfläche, mit Ausnahme der Umfangsflache und des Bundes, eine Elektrode trägt (Fig. 6). Each Fig. 6 ist zur Bildung der Kapazität eine Elektrode 12b¹ und eine weitere Elektrode 12c¹ vorhanden. Die Elektrode 12b¹ ist an den Stab 14 gelötet, während die andere Elektrode 12c¹ an die Metallplatte 11 gelötet ist.

Die beiden Schenkel 14a, 14b des Stabes 14 können auch gewunden geformt sein bzw. die Induktivität kann von dem durchgehenden Stab gebildet werden.

Die geerdeten Klemmen 16 sind nicht unbedingt als Halterungen erforderlich; die Metallplatte kann auch direkt mit der Erdungs-

130035/0665 /8

304817Q

elektrode der gedruckten Schaltung verbunden werden.

Die zweite Ausführungsform wird nachstehend anhand der Fig. 7 "bis 9 näher beschrieben.

Durch die zweite Ausführungsform werden Beeinträchtigungen aufgrund elektromagnetischer induktiver Kopplung zwischen den Ferribperlen verringert, wenn mehrere Bausteine an der Metallplatte angeordnet sind.

Der Stab 14 durchdringt eine Filtereinheit 20, die aus den Kondensatoren 12 und der Ferriperle 15 besteht. Die beiden Schenkel 14a, 14b des Stabes 14 werden durch die Durchgangsöffnungen 13 der Kondensatoren 12 geführt und jeweils an die Elektroden 12b der Kondensatoren 12 bei 19 angelötet, wobei der eine Schenkel 14a, wie auch nach Fig. 4 ersichtlich, zunächst durch die Durchgangsöffnung 15a der Ferritperle 15 geführt worden ist.

Die Filtereinheit 20 weist mindestens zwei Sätze auf. Sie sind nebeneinander auf der Metallplatte 11 angeordnet, so daß die beiden Schenkel 14a, 14b im wesentlichen parallel zueinander verlaufen.

An zwei sich gegenüberliegenden Seiten der Metallplatte 11 sind zwei geerdete Klem_men 16 ausgebildet, die zur Befestigung einer gedruckten Schaltung durch Drücken oder dergleichen gleichzeitig mit dem Drücken der Metallplatte 11 dienen, wobei die geerde_ten Klemmen 16 nach unten gebogen sind und wobei mindestens zwei Paar kreisförmige Öffnungen 17 zur Aufnahme der Kondensatoren 12 der Filtereinheit 20 auf der Metallplatte 11 vorgesehen sind.

Die Kondensatoren 12 der Filtereinheit 20 sind in die kreisförmigen Öffnungen 17 der Metallplatte 11 eingesetzt, wobei die Elektroden 12a der Kondensatoren 12 bei 18 an die Metallplatte 11 gelötet sind.

Gleichermaßen werden mehrere Filtereinheiten 20 nebeneinander auf der Metallplatte 11 montiert, wobei die Ferritperlen 15 der Filtereinheiten 20 an sich abwechselnden Schenkeln des Stabes 14

/9 130035/0 665

der nebeneinanderliegenden Filtereinheiten 20 angeordnet sind.

Das "beschriebene elektrische Filter weist mehrere Gütereinheiten 20 mit der gleichenTT^-f örmigen LC-Schaltung wie in Fig. 2 auf.

¥ie aus Fig. 7 ersichtlich, sind die Ferritperlen 15 zweier nebeneinanderliegender Filtereinheiten 20 in genügend großem Abstand voneinander angeordnet, wodurch die elektromagnetische induktive Kopplung zwischen den nebeneinanderliegenden Filtereinheiten 20 unddie daraus resultierende Beeinflussung verhindert wird.

Die Induktivität der Filtereinheiten 20 kann dadurch verbessert werden, daß eine Ferritperle auf beiden Schenkeln 14a, 14b des Stab_es 14 angeordnet wird. Dadurch wird auch der notwendige Abstand zwischen den nebeneinanderliegenden Ferritperlen verringert, wodurch die elektromagnetische induktive Kopplung zwischen ihnen verbessert wird.

Zur Vermeidung der unerwünschten gegenseitigen Beeinflussung ist es notwendig, den Abstand zwischen den nebeneinanderliegenden Filtereinheiten 20 unter Verzicht auf die Integrationsdichte zu vergrößern. Dies bewirkt notwendigerweise den gegebenen großen Unterschied gegenüber der Integration der Teile für eine Verkleinerung des Satzes.

Erfindungsgemäß wird daher eine Ferritperle jeder der nebeneinander angeordneten Filtereinheiten 20 beigeordnet, wobei die Ferritperlen abwechselnd angeordnet sind, damit der Abstand zwischen ihnen vergrößert wird, wodurch nicht nur die Integrationsdichte verbessert, sondern auch die elektromagnetische induktive Kopplung vermieden wird.

Da beide Schenkel 14a, 14b des Stabesi4 an der Seite der geerdeten Klemmen 16 der Metallplatte 11 gemäß Fig. 8 hervorstehen, können die Filtereinheiten 20 auf eine nicht näher dargestellte gedruckte Schaltung durch Einführen der Schenkel 14a, 14b zusammen mit den Klemmen 16 durch entsprechende öffnungen in der gedruckten Schaltung und durch Anlöten an bestimmte Teile der

130035/0665 ^/1°

-AO

gedruckten Schaltung montiert werden. Dies bewirkt eine erhebliche Vereinfachung der Montage.

Der elektrische Filter nach den Fig. 7 und 8 wird wie folgt angeordnet.

Die Ferritperlen 15 werden abwechselnd auf einem der Schenkel, z.B. 14a, des Stabes 14 aufgesetzt, wobei beide Schenkel 14a, 14b des Stabes 14 in die Kondensatoren 12 eingreifen, welche in die kreisförmigen Öffnungen 17 der Metallplatte 11 eingesetzt sind, wobei die gesamte Anlage zum Verlöten der Verbindungen über ein Lötwellen-Bad geführt wird. Dies Verfahren ist ausgesprochen einfach.

^^Kondensator 12 kann durch ein scheibenförmiges Dielektrikum/mit einem Vorsprung 21 ersetzt werden, welcher in die kreisförmige Öffnung 17 der Metallplatte 11 einsetzbar ist (Fig. 9), wobei in der gleichen Art wie beim Beispiel nach Fig. 6 eine Elektrode auf der gesamten Außenfläche des Dielektrikums 12 aufgebracht wird, außer auf seiner freien Umfangsflache und der Stirnfläche des Vorsprungs 21.

Nachstehend vrird anhand der Fig. 10 bis 13 die dritte Ausführungsform näher beschrieben.

Die dritte Ausführungsform weist einen Schirm an der einen Seite der Metallplatte 11 auf, wodurch die Störungen zwischen den Schenkeln 14a, 14b des Stabes 14 verringert werden und somit die Filtereigenschaften verbessert werden. Die gleichen Teile wie nach der zweiten Ausführungsform nach den Fig. 4 bis 9 weisen, ohne spezielle Beschreibung, die gleichen Bezugsziffern auf.

Die Metallplatte 11, auf die die Filtereinheit 20 montiert vrird, ist länglich., wobei sich eine verlängerte Schirmklemme 22von der Mitte der Metallplatte 11 aus nach unten erstreckt, und wobei kreisförmige Öffnungen 17 zur Aufnahme des Filters an beiden Seiten dieses Schirmes angeordnet sind. Beim elektrischen Filter nach Fig. 10 sind die beiden Schenkel 14a, 14b voneinander durch die längliche Schirmklemme zwischen ihnen abgeschirmt. Daraus ergibt sich eine verbesserte Dämpfung

130035/0665

304817Q

um ca. 10 Dezibel, verglichen mit der Anordnung ohne die Schirmklemme 22. Die Anordnung der Schirmklemme 22 ist nicht auf die Darstellung in der Zeichnung begrenzt.

Nach Fig. 11 wird der Kondensator der Ausführungsform nach E¹Xg. 10 durch den nach den Fig. 6 bis 9 ersetzt, wobei dessen Elektroden I2^fb, 12^rc an beide Schenkel 14a, 14b des durchdringenden Stabes 14 und an die Metallplatte 11 angelötet werden. Dadurch kann ebenfalls einTT -förmiges LC-Filter erhalten werden, welches die gleiche Funktion ausübt wie nach Fig. 10.

Bei der dritten Ausführungsform nach den Fig. 10 und 11 können, sobald die Metallplatte 11 die Erdungsplatte 24 mit hervorstehenden Klemmen 23 aufweist zum Anlöten der länglichen Schirmklemme wie'nach Fig. 12, die Schenkel im wesentlichen vollständig geschützt werden, was eine weitere Verbesserung der Eigenschaften des elektrischen Filters bewirkt.

Wird die Erdungsplatte 24 direkt an den Erdungsanschlüssen der gedruckten Schaltung befestigt, kann auf die Klemmen 23 zum Anlöten verzichtet werden.

Räch der dritten Ausführungsform nach Fig. 13 können mehrere Filtereinheiten 20 nebeneinander auf der Metallplatte 11 montiert werden. Obwohl die längliche Schirmklemme 22 an jeder der Filtereinheiten 20 befestigt ist, muß diese Anordnung nicht unbedingt vorausgesetzt werden.

Erfindungsgemäß kann die Filtereinheit, wie bereits beschrieben, einfach an der gedruckten Schaltung montiert werden, indem die beiden Schenkel des U-förmigen Stabes an der gleichen Seite der Metallplatte hervorsiäien, an der die Kondensatoren befestigt sind. Zusätzlich kann eine gewünschte Anzahl von elektrischen Filtern gleichzeitig auf der gedruckten Schaltung montiert werdet indem mehrere derartige Filter an der Metallplatte vorgesehen sind.

Werden darüberhinaus mehrere Filtereinheiten an der Metallplatte montiert, weist die Ferritperle am Schenkel jedes durchgehenden Stabes einen genügenden Abstand von der benachbarten Ferritperle

130035/0665 ^/Λ1

304317Q

auf, wodurch die elektromagnetische induktive Kopplung zwischen den benachbarten Ferritperlen und der daraus resultierenden Beeinflussung vermieden werden kann.

Ferner wird beim erfindungsgemäßen Filter der Kondensator mit zwei inneren Elektroden am inneren umfang des röhrenförmigen _t Dielektrikums, wie im Falle des herkömmlichen Filters, nicht verwendet. Aus diesem Grund sind Durchführungstüllen oder dergleichen für die Verbindung der inneren Elektroden mit dem Stab nicht notwendig. Daher weist die Erfindung den großen Vorteil auf, daß sie nicht nur eine Vereinfachung der Konstruktion und der Montage ermöglicht, sondern auch die Massenproduktion im großen Maße vereinfacht.

Die Erfindung weist den weiteren Vorteil auf, daß aufgrund des Schirmes zwischen den beiden Schenkeln des im wesentlichen U-förmigen Stabes die Störungen zwischen den beiden Schenkeln verringert werden, wodurch die Filtereigenschaften verbessert werden unddie Streukapazität zwischen den Kondensatoren verringert wird.

Patentanwälte^

Dipl.-Ing. E.iäer Dipl.-Ing. K. S«jÄfe>sohke

8 München 40, EI«2W$itraße

130035/0665

Claims

Patentanwälte

Dipl.-Ing.E.Eder IfHR 17G

Dlpl.-Ing. K. Schieschke υ U ^ Q I / W

Mönchen 40, Elisabethstraße 34

Murata Manufacturing Co. Ltd. Kyoto, Japan

Elektrisches Filter

Patentansprüche :

Elektrisches Filter, gekennzeichnet durch eine Gütereinheit (20) mit zwei Kondensatoren (1?) und einem im wesentlichen U-förmigen Stab (14) mit einem Induktivitätsteil in der Mitte auf einem seiner "beiden Schenkel (I4a, 14b), mindestens zx^ei Öffnungen (15a) auf einer Metallplatte (11) zur Aufnahme der beiden Schenkel des Stabes, wobei eine Elektrode der Filtereinheit mit dem einen Schenkel des Stabes verbunden ist und wobei die andere Elektrode mit der Metallplatte verbunden ist.
2. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktivitätsteil am Stab (14) aus Ferritperlen (15) besteht, welche auf die Schenkel (14a, 14b) des Stabes aufgesetzt sind,
3- Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Induktivitätsteil des Stabes (14) aus Windungen zwischen den beiden Schenkeln (14a, 14b) des Stabes besteht.
4. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritperle (15) auf einen der Schenkel des Stabes (14) gelagert ist.

13 0 0 3 5/0665 ^/q

3046170
5. Filter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritperlen (15) jeweils auf beiden Schenkeln (14a, 14b) des Stabes (14) gelagert sind.
6. Filter nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mehrere Gütereinheiten (20), wobei ebensoviele Öffnungen (17) in der Hetallplatte (11) vorhanden sind wie Filtereinheiten und wobei die Gütereinheiten nebeneinander auf der Metallplatte angeordnet sind, so daß die Ferritperlen (15) einen genügenden Abstand voneinander aufweisen.
7· Filter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ferritperlen (15) auf den Schenkeln (14a, 14b) des Stabes (14) so angeordnet sind, daß jeweils zwei Ferritperlen nicht direkt nebeneinander liegen, sondern sich abwechseln.
8. Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schirm. (22) zwischen den zwei Öffnungen (17, 17) der Metallplatte (11) befestigt ist, welcher an einer Seite der Platte hervorragt.

Patentanwälte Dipl.-Ing. μ DIpl.-Ing. K. §i*fieschke

8 München 40, Elisahtaafetraße 34

130035/0665