Ferritový prsten – co to je? Jak vyrobit feritový prsten vlastníma rukama?

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2024-01-02 13:51

Každý z nás viděl malé válečky na napájecích kabelech nebo na kabelech pro sladění elektronických zařízení. Lze je nalézt na nejběžnějších počítačových systémech, v kanceláři i doma, na koncích vodičů, které spojují systémovou jednotku s klávesnicí, myší, monitorem, tiskárnou, skenerem atd. Tento prvek se nazývá „ feritový kroužek“(nebo feritový filtr). V tomto článku se podíváme na to, za jakým účelem výrobci počítačů a vysokofrekvenčních zařízení vybavují své kabelové produkty zmíněnými prvky.

Hlavní účel

Feritový kroužek může snížit vliv vysokofrekvenčního a elektromagnetického rušení na signál přenášený po drátu. Dlouhé signálové a napájecí kabely počítačů i jiných energetických zařízení mají parazitní vlastnosti,to znamená, že fungují jako antény. Velmi efektivně vyzařují různé ruchy, které vznikají uvnitř zařízení, do vnějšího prostředí, čímž dochází k rušení rádiových stanic při příjmu rádiového signálu a dalších elektronických zařízení. A naopak, při příjmu rušení ze vzduchu od rádiových přenosových zařízení může dojít k poruše počítače nebo jiného elektronického zařízení. Zde k odstranění tohoto jevu používají feritový kroužek nasazený na napájecím nebo odpovídajícím kabelu.

Fyzikální vlastnosti

Ferit je ferimagnet, který nevede elektřinu, to znamená, že je to ve skutečnosti magnetický izolátor. V tomto materiálu nevznikají vířivé proudy, a proto se velmi rychle remagnetizuje - v čase s frekvencí vnějších elektromagnetických polí. Tato vlastnost materiálu je základem pro účinnou ochranu elektronických zařízení. Feritový kroužek nošený na kabelu je schopen vytvořit velkou aktivní impedanci pro proudy v běžném režimu.

Tento materiál je tvořen chemickou kombinací oxidů železa s oxidy jiných kovů. Má jedinečné magnetické vlastnosti a nízkou elektrickou vodivost. Díky tomu nemají ferity mezi ostatními magnetickými materiály ve vysokofrekvenční technologii prakticky žádnou konkurenci. Feritové kroužky 2000nm výrazně zvyšují indukčnost kabelu (několikrát až tisíckrát), což zajišťuje potlačení vysokofrekvenčního rušení. Tento prvek se instaluje na šňůru při její výrobě nebo rozřezaný na dva půlkruhy navléká na drát ihned po jeho výrobě. feritFiltr je balen v plastovém pouzdře. Když to rozříznete, uvidíte uvnitř kus kovu.

Potřebuji feritový filtr? Nebo je to další hoax?

Počítače jsou velmi „hlučná“(elektromagneticky) zařízení. Základní deska uvnitř systémové jednotky je tedy schopna oscilovat s frekvencí jednoho kilohertzu. Klávesnice má mikročip, který také pracuje na vysoké frekvenci. To vše vede k tzv. generování rádiového šumu v blízkosti systému. Ve většině případů jsou eliminovány odstíněním desky od elektromagnetických polí kovovým pouzdrem. Dalším zdrojem hluku jsou však měděné dráty, které spojují různá zařízení. Ve skutečnosti se chovají jako dlouhé antény, které zachycují signály z kabelů jiných rozhlasových a televizních zařízení a ovlivňují činnost „jejich“zařízení. Feritový filtr eliminuje elektromagnetický šum a vysílané signály. Tyto prvky přeměňují elektromagnetické vysokofrekvenční vibrace na tepelnou energii. To je důvod, proč jsou instalovány na koncích většiny kabelů.

Jak vybrat správný feritový filtr

Abyste mohli nainstalovat feritový kroužek na kabel vlastníma rukama, musíte porozumět typům těchto produktů. Ostatně záleží na typu drátu a jeho tloušťce, jaký filtr (z jakého materiálu) potřebujete použít. Například prstenec nainstalovaný na vícežilovém kabelu (napájecí kabel, datový kabel, video nebo USB rozhraní) vytváří v tomto úseku tzv. common-mode transformátor, procházejícíprotifázové signály přenášející užitečné informace a také odráží rušení v běžném režimu. V tomto případě by měl být použit neabsorbující ferit, aby nedošlo k narušení přenosu informace, ale feromateriál s vyšší frekvencí. Je však vhodnější zvolit feritové kroužky pro anténní kabel z materiálu, který bude rozptylovat vysokofrekvenční rušení, spíše než je odrážet zpět do drátu. Jak vidíte, nesprávný produkt může snížit výkon vašeho zařízení.

Ferritová jádra

Tlusté feritové válce jsou nejúčinnější při řešení rušení. Je však třeba mít na paměti, že příliš objemné filtry se používají velmi nepohodlně a výsledky jejich práce se v praxi nebudou od o něco menších lišit. Filtry by měly mít vždy správnou velikost: v ideálním případě by vnitřní průměr měl odpovídat drátu a šířka by měla odpovídat šířce konektoru kabelu.

Nezapomeňte také, že nejen feritové filtry pomáhají bojovat proti hluku. Například pro lepší vodivost se doporučuje používat kabely s velkým průřezem. Při volbě délky kabelu byste mezi připojenými zařízeními neměli dělat velkou vzdálenost. Kromě toho může jako zdroj rušení sloužit i špatná kvalita spojení mezi vodičem a konektorem.

Značení feritových kroužků

Nejběžnější typ značení feritových kroužků je následující: K D×d×N, kde:

- K je zkratka pro "ring";

- D - vnější průměr výrobku;

- d - vnitřní průměr feritového kroužku;

- H – výška filtru.

Kromě celkových rozměrů výrobku je v označení zakódován i typ feromagnetického materiálu. Příklad záznamu může vypadat takto: M20VN-1 K 4x2, 5x1, 6. Druhá polovina odpovídá celkovým rozměrům prstenu a počáteční magnetická permeabilita je zašifrována v první (20 Μ _{i). Kromě těchto parametrů v referenčním popisu každý výrobce uvádí kritickou frekvenci, parametry hysterezní smyčky, měrný odpor a Curieovu teplotu pro konkrétní produkt.}

Jak jinak se používají feritové kroužky

Kromě známé aplikace jako vysokofrekvenční stínění se feromagnetické materiály používají k výrobě transformátorů. Často jsou k vidění v počítačových napájecích zdrojích. Je dobře známo, že feritový prstencový transformátor je velmi účinný ve vyvážených směšovačích. Ne každý však ví, že existuje možnost „natahování“balancování. Tato úprava transformátoru je schopna přesněji provádět vyvažovací operaci. Kromě toho jsou transformátory na feritových kroužcích široce používány pro přizpůsobení výstupních a vstupních odporů kaskád tranzistorových zařízení. V tomto případě se transformují aktivní a reaktivní odpory. Díky posledně jmenovanému lze toto zařízení použít ke změně rozsahů ladění kapacity. Pull-down transformátory pracují hluboko pod 10 MHz.

Závěr

Těm, kteřípokud se zajímáte o to, jak sami navinout feritový prstenec, je třeba mít na paměti, že sériovou impedanci zavedenou vysokofrekvenčním feritovým jádrem lze snadno zvýšit několika závity vodiče na něm. Jak naznačuje elektrotechnická teorie, impedance takového systému se bude zvyšovat s druhou mocninou počtu závitů. Ale to je teoreticky, ale v praxi je obrázek poněkud odlišný kvůli nelinearitě feromagnetických materiálů a ztrátám v nich.

Pár závitů na jádře zvyšuje impedanci ne čtyřikrát, jak by mělo být, ale o něco méně. V důsledku toho, aby se do kabelového filtru vešlo několik závitů, měl by být zvolen kroužek zjevně větší velikosti. Pokud to není přijatelné a drát musí zůstat stejně dlouhý, je lepší použít několik filtrů.