Ферритовый фильтр на кабель: защелка на провод, резиновое кольцо, назначение

Как еще используют ферритовые кольца

Кроме общеизвестного применения в качестве высокочастотной защиты, ферромагнитные материалы используются для изготовления трансформаторов. Их часто можно увидеть в блоках питания компьютерной техники. Общеизвестно, что трансформатор на ферритовом кольце весьма эффективен в балансных смесителях. Однако не всем известно, что существует возможность «растягивания» балансировки. Данная модификация трансформатора способна выполнять операцию балансирования более точно. Кроме того, широко применяются трансформаторы на ферритовых кольцах для согласования выходных и входных сопротивлений каскадов транзисторных устройств. При этом трансформируются активное и реактивное сопротивления. Благодаря последнему это устройство можно применить для изменения диапазонов перестройки емкости. «Растягивающие» трансформаторы хорошо работают при частотах ниже 10 МГц.

См. также

Wikimedia Foundation
.
2010
.

Смотреть что такое «Ферритовый фильтр» в других словарях:

Фильтр — получить на Академике действующий промокод BeTechno или выгодно фильтр купить со скидкой на распродаже в BeTechno

ферритовый фильтр
— Тематики электротехника, основные понятия EN ferrite … Справочник технического переводчика

Без оплётки. Ферритовый бочонок (ферритовое кольцо) пассивный электрический компонент, использующийся для подавления высокочастотных помех в электрических цепях. Ферритовые бочонки используются как дополнительные внешние фильтры, как… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Феррит. Стиль этой статьи неэнциклопедичен или нарушает нормы русского языка. Статью следует исправить согласно стилистическим правилам Википедии. Ферриты (оксиферы) химич … Википедия

— (от англ. balun balanced unbalanced) жаргонное название симметрирующего трансформатора, преобразующего элек … Википедия

Феррит: Ферриты (оксиферы) химические соединения оксида железа Fe2O3 с оксидами других металлов. Феррит (фаза) железо или сплав железа с объёмноцентрированной кубической кристаллической решёткой. См. также Ферритовый фильтр … … Википедия

ГОСТ 20935-91: Криоэлектроника. Термины и определения
— Терминология ГОСТ 20935 91: Криоэлектроника. Термины и определения оригинал документа: 4 бескорпусная монолитная интегральная микросхема СВЧ: Бескорпусный полупроводниковый прибор, содержащий сформированные на поверхности или в объеме… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Большая советская энциклопедия

Внутренние и внешние компьютерные кабели могут работать как миниатюрные антенны, поскольку они преобразуют шумы напряжения и тока в электромагнитное излучение.

Ферритовые кольца для плоских и круглых кабелей обеспечивают эффективное подавление шумовых токов до их излучения в виде электромагнитных помех.

Неэкранированные кабели излучают помехи вследствие протекания по их медным проводникам синфазного шума, то есть высокочастотного тока, текущего в одном направлении по всем проводникам кабеля.Эти токи создают магнитное поле определенной величины и направления.

Кабельные ферриты ослабляют шумовые токи, «захватывая» магнитное поле и рассеивая часть его энергии в виде тепла т.е ферритовый элемент, надетый на проводники кабеля, создает большой активный импеданс для синфазных токов.Ферриты можно использовать на внутренних силовых кабелях с постоянным или переменным током, и на проводниках, по которым передаются аналоговые и цифровые сигналы.

Производители электронного оборудования используют ферриты для подавления электромагнитных излучений от внешних силовых и сигнальных кабелей системных блоков компьютеров, мониторов, клавиатур, принтеров и других периферийных устройств.

Длинные внешние силовые и сигнальные кабели работают как антенны, эффективно излучая помехи, создаваемые внутри корпуса прибора, во внешнюю среду.Использование ферритовых изделий позволяет снизить требования к экранированию внешних кабелей и во многих случаях дает возможность снизить их стоимость.

Кабельные ферриты для подавления электромагнитных помех следует выбирать, исходя из конкретной задачи, кабельный феррит должен создавать максимальный последовательный импеданс для частот шумового сигнала.

После выбора материала и приблизительных размеров сердечника создаваемый им последовательный импеданс и эффективность шумоподавления можно оптимизировать путем:

1. Увеличения длины охватываемой ферритом части проводника;2. Увеличения поперечного сечения ферритового сердечника (особенно для силовых цепей);

3. Выбора сердечника с внутренним диаметром, наиболее близким к внешнему диаметру проводника или кабеля;

faqhard.ru

Что в бусине?

Простейшей формой ферритовой бусины является проводящий провод, вставленный через полый кусок керамического материала, известного как феррит.

Ферритовая бусина

Электромагнитные свойства феррита позволяют материалу влиять на ток, протекающий через проводник. Точная природа этого влияния частично зависит от типа феррита (например, марганец-цинк или никель-цинк), а свойства конкретного ферритового материала могут быть дополнительно уточнены в процессе производства. Во многих ферритовых бусинах поверхностного монтажа проводник оформляется в виде катушке, причем отдельные витки накладываются между ферритовыми листами. Таким образом, электрические характеристики также зависят от деталей конструкции намотки.

Ферритовые бусины можно разделить на две общие категории: бусины с высокой добротностью (Q) (или резонансные) и бусины с низкой добротностью (Q) (или нерезонансные). Бусины с высокой добротностью предназначены для приложений, требующих высокого уровня резонанса, таких как генераторы и специализированные фильтры. Однако в контексте фильтрации питания нам необходимо свести резонанс к минимуму (как обсуждается в данной статье далее), поэтому бусины с высокой добротностью отбрасываем. В оставшейся части статьи любое упоминание ферритовых бусин относится к бусинам с низкой добротностью.

Ферритовые кабельные фильтры с защелкой — принцип работы

Работа ферритового фильтра напрямую зависит от характеристик материала, из которого он изготовлен. За счет специальных добавок оксидов различных металлов меняются свойства феррита.

Принципиально различают несколько способов применения ферритовых колец:

На одножильных (однофазных) проводах он может, наоборот, поглощать излучение в определенном диапазоне, преобразуя наводки в тепловую энергию. Таким образом негативные частоты могут поглощаться (отсекаться) ферритовым кольцом.
На одножильных проводах, где он работает как своеобразный усилитель, так как возвращает часть высокочастотного магнитного поля обратно в кабель, что приводит к усилению сигнала в заданном диапазоне.
На многожильных проводах феррит работает как синфазный трансформатор, который пропускает несимметричные сигналы в кабеле (импульсы тока, например, в кабелях передачи данных или в цепях питания постоянным током) и гасит симметричные сигналы (которые потенциально могут вызываться в таких кабелях только электромагнитными наводками).

Где использовать и как выбрать ферритовый фильтр

Если говорить о практике применения, то на кабелях питания ферритовые кольца применяются для уменьшения помех, которые могут создать сами кабели, а на сигнальных (передающих данные) ферриты гасят возможные внешние помехи и наводки.

Ферритовые кабельные фильтры могут быть встроенными (кабель продается уже с ферритовым кольцом) или отдельными (чаще всего это защелкивающиеся вокруг провода модели), которые не требуют каких-либо доработок самого кабеля.

Провод может вставляться в центр ферритового фильтра (получается одновитковая катушка), а может образовывать вокруг кольца несколько витков (тороидальная обмотка). Последний способ значительно увеличивает эффективность работы фильтра.

Чтобы подобрать ферритовое кольцо под заданные требования, нужно знать характеристики материала, из которого оно изготовлено и габариты изделия.

Для примера ниже в таблице обозначены основные характеристики ферритовых фильтров, предлагаемых на рынке.

Маркировка	RF-35М	RF-50М	RF-70М	RF-90М	RF-110S	RF-110A	RF-130S	RF-130A
Импеданс, Ом (для частоты в 50 Мгц)	165	125	95	145	180	180	190	190
График зависимости импеданса от частоты, на рисунке №	4	5	6	7	3	8	3	3
Диаметротверстия, мм	3.5	5	7	9	11	11	13	13
Размер, мм	25х12	25х13	30х16	35х20	35х20	33х23	39х30	39х30
Вес, г	6	6.5	12	22	44	40	50	50

График зависимости частоты и импеданса

Импеданс – это полное внутреннее сопротивление элемента электрической цепи к переменному (гармоническому) току (сигналу). Измеряется, как и обычное сопротивление, в омах.

Еще одним немаловажным параметром ферритовых фильтров является их магнитная проницаемость.

Магнитная проницаемость – это коэффициент, который характеризует связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе.

Исходя из вышесказанного, для того, чтобы обозначить основные свойства ферритовых фильтров, производители прибегают к следующей маркировке:

3000HH D * d * h, где:

3000 – это показатель начальной магнитной проницаемости феррита,
HH – это марка феррита (чаще всего это HH – ферриты общего назначения, или HM – для слабых магнитных полей),
D – наибольший (внешний) диаметр,
d – меньший (внутренний) диаметр,
h – высота тороида.

Приведем типовые примеры применения ферритов:

Марка 100НН может использоваться для кабелей с частотами до 30 МГц,
400НН — с частотами не выше 3,5 МГц,
600НН — с частотами до 1,5 МГц
1000НН — до 400 кГц.

То есть, к примеру, антенный ферритовый фильтр должен быть марки HH.

А вот ферритовый фильтр для USB кабеля лучше всего выбрать с маркой HM (для кабелей со слабым магнитным полем).

Соотношение марок и частот выглядит следующим образом:

1000НМ — используется с кабелями, работающими с частотой не более 1 МГц,
1500НМ — не более 600 кГц,
2000НМ и 3000НМ — не свыше 450 кГц.

Как наматывать ферритовые кольца

В большинстве случаев достаточно подобрать правильный ферритовый фильтр и защелкнуть его на кабеле ближе к месту подключения к прибору.

Схема наматывания витков вокруг ферритового кольца

Однако, в отдельных случаях, для увеличения импеданса можно сделать кабелем несколько витков вокруг кольца феррита и тогда импеданс будет возрастать кратно квадрату числа витков. То есть с двух витков в 4 раза, а с 3 – уже в 9 раз.

На практике, конечно, реальный показатель увеличения немного меньше теоретического.

Для того чтобы после наматывания ферритовое кольцо защелкнулось, необходимо заранее определиться с количеством витков провода и рассчитать внутренний диаметр фильтра, чтобы он закрылся, не передавив кабель.

Маркировка ферритовых колец

Наиболее широко распространенный тип записи маркирования ферритовых колец имеет следующий вид: К Д×д×Н, где:

– К – это сокращение от слова «кольцо»;

– Д – внешний диаметр изделия;

– д – внутренний диаметр ферритового кольца;

– Н – высота фильтра.

Кроме габаритных размеров изделия, в маркировке зашифрован тип ферромагнитного материала. Пример записи может иметь следующий вид: М20ВН-1 К 4х2,5х1,6. Вторая половина соответствует габаритным размерам кольца, а в первой зашифрована начальная магнитная проницаемость (20 μ_i). Кроме указанных параметров, в справочном описании каждый производитель указывает критическую частоту, параметры петли гистерезиса, удельное сопротивление и температуру Кюри для конкретного изделия.

Как работает ферритовый фильтр

Феррит — это специальный материал, состоящий из соединения оксида железа и ряда других металлов, который не проводит ток и эффективно поглощает электромагнитные волны. Ферритовое кольцо является отличным магнитным изолятором и за счёт этого обеспечивает фильтрацию высокочастотных помех и электромагнитных шумов. Он принимает на себя электромагнитные волны на выходе из электронной аппаратуры, прежде чем они усилятся в кабеле, как в антенне.

Ферритовый фильтр представляет собой сердечник из этого материала в виде цилиндра, который надевается на кабель либо сразу на производстве, либо позднее. При самостоятельной установке его необходимо расположить максимально близко к источнику помех. Только это позволить предотвратить передачу помех через другие элементы конструкции аппарата, где их отфильтровать гораздо труднее.

Один отзыв

О том, что бочонки на конце питающих кабелей – это фильтры от помех, я догадывался и ранее. Но устройство их представлял как катушки индуктивности, возможно дополненные какими-то микросхемами. В этом я ещё больше уверился, когда блок зарядки для компьютера вдруг перестал заряжать, хотя напряжение на выходе его присутствовало. Разбираться в причинах было некогда, и я купил новый блок (с новым бочонком). Будучи обременён инженерным образованием, я в конце-концов решил разобраться в причинах неисправности. Замеры напряжения после бочонка показали пониженное (в районе 17 вольт) значение, в то время как на выходе схемы старой зарядки (т.е. на входе бочонка) чётко фиксировалось 19,2 В. Кроме того, напряжение после бочонка (даже без нагрузки) «гуляло» на глазах, показывая то больше 17-ти , то меньше. «Так, зарядное устройство исправно, а в этом бочонке скрыт нелинейный неисправный элемент, который понижает напряжение зарядки больше допустимого» – подумал я. Руководствуясь этой мыслью, я от старой зарядки отрезал бочонок вместе со штекером и вместо этого надставил старый шнур новым шнуром с новым бочонком и штекером. Так теперь мой компьютер и работает (а новое зарядное устройство с обрезанным кабелем пылится на полке). Каково же было моё удивление, когда я распотрошил старый (неисправный?) бочонок со штекером и не нашёл там ничего, кроме ферритовой втулки! Более того, я обнаружил, что плюсовой проводник в старой зарядке находился полностью внутри окутывавшего его минусового проводника, т.е. был полностью экранирован, и взаимодействие с ферритовым фильтром, таким образом, сводилось к нулю. Другими словами, помехи за счёт антенного эффекта в комп не проникали из-за экранирования, зато производимым зарядным устройством помехам ничто не препятствовало проникать в компьютер по активному проводнику. Так что же приводило к понижению и прыганию напряжения на штекере зарядного устройства? Кто возьмётся объяснить?

Ферритовый фильтр

Индуктивность удобно использовать в случаях, когда надо «отсечь» высокочастотные помехи от относительно низкочастотного полезного сигнала (или от постоянного напряжения питания). Для этого можно намотать катушку индуктивности прямо из соединительного провода. Постоянный ток и низкочастотный сигнал такое устройство не заметят – для них сопротивление будет низким. А импульсы высокой частоты такая индуктивность задержит.

Такое решение не очень удобно – на кабеле будет находиться громоздкая и неудобная катушка. Выход есть – использование ферритов. Эти материалы могут работать на высоких частотах и обладают высокой магнитной проницаемостью µ. Последнее свойство означает, что катушка индуктивности, намотанная на феррите, обладает индуктивностью в µ раз большей, чем намотанная на «воздушном» сердечнике. Кроме того, существует такое в целом вредное явление, как потери в сердечнике – часть энергии импульсов поглощается ферритом. В данном случае это полезно и улучшает защиту, но ведет к определенному нагреву сердечника.

Катушка индуктивности на ферритовом кольце

Такая катушка намного меньше обычной при той же индуктивности, но всё равно она будет громоздкой и неудобной. Но можно просто пропустить провод сквозь кольцо – получится катушка из одного витка. Если кольцо сделать в виде цилиндра, диаметр которого ненамного больше диаметра кабеля, то получится компактная индуктивность, не создающая неудобств.

Ферритовый фильтр – катушка из одного витка

Такова практическая реализация ферритового фильтра. В бытовых приборах можно встретить фильтры, изготовленные из ферритовых трубочек с проницаемостью 600…800, внешним диаметром до полутора сантиметров и длиной около 3 см.

Насколько эффективен такой одновитковый фильтр? По данным расчетов и практических замеров, провод, пропущенный через такую ферритовую трубку может иметь индуктивность до 3 микрогенри (мкГн). На различных частотах он вносит индуктивное сопротивление:

на частоте 100 Гц – 0,0002 Ом;
10 кГц – 0,2 Ом;
100 кГц – 1,88 Ом;
1 МГц – 18,8 Ом;
50 МГц – 950 Ом;
100 МГц – 2 кОм.

Очевидно, что на частотах до 1 МГц сопротивление катушки не оказывает практического влияния, а становится заметным лишь для импульсов, частотой в несколько десятков мегагерц, достигая нескольких кОм и эффективно гася помехи. Следовательно, чем выше частота, тем лучше работает такой фильтр.

Эквивалентная схема фильтра

Напрашивается вывод, что с повышением частоты такой фильтр будет иметь сопротивление, возрастающее до бесконечности. На самом деле далеко не все так просто.

Индуктивность без ёмкости и омического сопротивления существует только на бумаге. Реальная катушка индуктивности будет иметь омическое сопротивление провода (в данной реализации оно будет пренебрежимо маленьким и на практике) и паразитную (конструктивную) ёмкость, обусловленную конструкцией катушки. Эта ёмкость невелика (единицы пикофарад), и на низких частотах не будет иметь никакого влияния.

Формула зависимости сопротивления конденсатора от частоты выглядит, как

Xc=1/(2*π*C)

где С – ёмкость в фарадах.

В отличие от индуктивности, сопротивление конденсатора на нулевой частоте равно бесконечности, а с ростом частоты падает. Чем выше частота, тем больше емкостная проводимость шунтирует индуктивность, создавая обходной путь для ВЧ помех и снижая эффективность фильтрации.

Поэтому зависимость сопротивления фильтра от частоты имеет ярко выраженный пик, после которого следует резкий спад. Знание этого факта ведет к пониманию особенностей ферритового фильтра и к осознанности его применения. Например, у ферритового фильтра с индуктивностью 3 мкГн и паразитной ёмкостью в 1 пФ пик максимального сопротивления находится в районе 100 МГц.

Расчётное и измеренное значение импеданса ферритового фильтра в полосе частот от 1 до 1000 МГц

Ферритовые фильтры с защелкой на кабель улучшают устойчивость к электростатическим разрядам

При установке фильтра с защелкой на кабель не только снижается уровень шума, но также уменьшается вероятность появления ошибок, вызванных внешними источниками помех, таких как скачки напряжения или статическое электричество. Тест на ESD (электростатический разряд), основанный на международном стандарте IEC61000-4, для испытания устойчивости, проводился с целью исследования частоты или изменения количества ошибок до и после установки фильтра.

Электростатический разряд — это явление, которое происходит, когда электрический заряд, накопленный на поверхности тела вследствие таких причин, как трение с одеждой, разряжается при соприкосновении с корпусом электронного устройства. Помехоустойчивость — это сопротивление шуму от внешних источников.

Как показано на рисунке 6 в рабочих условиях осуществлялось соединение переносного терминала и принтера. На переносном терминале (ПК) происходил разряд статического электричества. Условия, при которых происходили ошибки, были записаны.Электрический разряд проводили 10 раз с интервалом в одну секунду по отношению к разъему кабеля (в месте соединения с кабелем) на стороне переносного терминала. Приложение разряда осуществлялось по методу контактного разряда в соответствии с международным стандартом IEC61000-4-2. Осциллограмма импульсного сигнала для тестирования, описанного в стандарте IEC61000-4-2 , представлена на рисунке 7. Испытательное напряжение (уровни разряда) составляло: 2 кВ, 4 кВ и 6 кВ.

Результаты тестирования представлены в таблице 1. Когда фильтр еще не был установлен, при испытательном напряжении 4 кВ наблюдались такие ошибки как остановка некоторых операций принтера. При 6 кВ принтер полностью прекращал работу. При использовании фильтра ZCAT2035-0930A (одинарная обмотка) проблемы в результате выполнения операций при испытательном напряжении 4 кВ отсутствовали, а при 6 кВ было отмечено несколько ошибок в работе. При использовании фильтра с двойной обмоткой, ошибки не были обнаружены.Форма сигналов электростатического разряда до и после установки фильтра приведены на рисунке 8. Осуществлялась двойная обмотка. Электростатический разряд был значительно ослаблен благодаря фильтру. Сигналы наблюдались в положении вблизи фильтра на кабеле между фильтром и принтером.

Многослойные ферритовые чип-фильтры

Для поверхностного монтажа конструкция ферритовых фильтров реализуется посредством применения технологии многослойной пленочной структуры. Для увеличения эффективности фильтров в малых объемах требуется индуктивность высокой плотности. Для этого используется интегральная обмотка, выполненная на многослойной пленочной структуре.

На каждом слое тонкой подложки формируется пленочная структура полувитка обмотки. На двух слоях выполняется один виток обмотки. При спекании десятков или сотен слоев производится соединение секций проводников, в результате чего формируется объемная катушка с ферритовым стержнем внутри. Слои могут располагаться как в горизонтальной плоскости (типовая конструкция), так и в вертикальной (фильтры для СВЧ-диапазона свыше 1 ГГц). На рисунке 1 показаны топологии слоев в структуре ферритового чип-фильтра.

Рис. 1. Горизонтальная (а) и вертикальная (б) топологии расположения слоев в структуре ферритового чип-фильтра

Применение вертикальной структуры позволяет уменьшить паразитную емкость между витками многослойной структуры и электродами. За счет этого удается расширить рабочую полосу частот чип-фильтра.

В структуре используются марганец-цинковые и никель-цинковые пленки ферритов. Применение различных ферритовых материалов, размеров, а также топологии слоев обеспечивает получение чип-фильтров с различными параметрами.

Рис. 2. Структура многослойного ферритового чип-фильтра

На рисунке 2 показана структура чип-фильтра с горизонтальной топологией слоев интегральной обмотки.

Использование дополнительной структуры катушки вместо обычного монолитного ферритового стержня позволяет увеличить импеданс при меньших габаритах. В действительности определенная часть ферритовых чип-фильтров устроена именно как ферритовый стержень с двумя электродами.

Ферритовые чип-фильтры для фильтрации электромагнитных помех изготавливаются по многослойной технологии, использующей никель-цинковые ферромагнитные материалы. На рисунке 3 показана структура и процесс формирования многослойных ферритовых чип-фильтров. Структура катушки формируется в нескольких слоях ферритового материала.

Рис. 3. Технология и конструкция ферритовых чип-фильтров

Рис. 4. Внешний вид ферритовых чип-фильтров Chilisin

Технология производства многослойных ферритовых ЭМИ-фильтров точно такая же, как и для производства многослойных чип-индуктивностей. Только в них для формирования ферритовых слоев используются различные типы материалов. Для ферритовых чип-фильтров используется материал с большим поглощением, а для чип-индуктивностей, наоборот, с меньшим поглощением на высоких частотах.

Ферритовые чип-фильтры внешне очень похожи на керамические конденсаторы. На рисунке 4 показан внешний вид ферритового чип-фильтра Chilisin.

Применение[править | править код]

Ферритовые фильтры используются как на сигнальных проводах для ослабления внешних помех, так и на проводах питания для уменьшения создаваемых ими помех.

Раскрытый ферритовый цилиндр надевается на кабель, который необходимо защитить от электромагнитных помех и наводок, примерно в 3 см от наконечника кабеля. Обе ферритовые части смыкаются, после этого замки на пластмассовой оболочке защелкиваются. Для надежности можно оснастить ферритовым цилиндром и другой конец кабеля.

Фильтры применяют в монтаже охранной сигнализации, когда приёмно-контрольные приборы (ППКОП) создают наводки в шлейфах при передаче сигнала.