Ferrite ad anello
(588)I ferriti ad anello appartengono alla famiglia dei filtri in ferrite, chiamati anche nuclei di ferrite. Questi filtri sono disponibili in varie dimensioni e forme, anche sotto forma di cilindri con un foro lungo il loro asse di rotazione o a forma dei sopra menzionati anelli. Si trovano spesso alle estremità di vari tipi di fili e cavi, ad es. di mouse per computer, alimentatori switching o su cavi USB, a volte anche su entrambi le estremità, vicino alle spine, e pertanto vicino all'ingresso e all'uscita "a" e "da" di un dispositivo specifico.
Principio di funzionamento dei ferriti ad anello
I filtri in ferrite, nel senso più semplice, vengono utilizzati per sopprimere, in entrambe le direzioni, le interferenze ad alta frequenza. Il loro funzionamento quasi non differisce dalle bobine strozzatrici o dalle bobine di induzione comunemente utilizzate. I ferriti nelle loro applicazioni sono caratterizzati principalmente dall'impedenza, tuttavia indirettamente possono introdurre una sorta di capacità e resistenza nel circuito. Utilizzati nel caso di conduttori in corrente continua e alternata, funzionano alla stregua di filtro passa-basso, sopprimendo le interferenze a frequenze più elevate e fondamentalmente dissipano la loro energia convertendola in energia termica, che viene poi restituita all'ambiente. Questi disturbi possono essere il risultato, ad es. dell'interazione elettromagnetica da parte di un altro dispositivo o circuito elettronico situato vicino al segnale di uscita. Tale situazione è tipica degli alimentatori switching, correlata alla specificità del loro funzionamento e alle correnti di commutazione ad alta frequenza. Queste interferenze sono definite come interferenze elettromagnetiche, il cosiddetto rumore EMI (dall'inglese Electromagnetic interference) o RFI (ing. radio-frequency interference). La corrente che scorre attraverso il conduttore, secondo la legge di Ampère, crea un campo magnetico intorno ad esso. Nel caso di disturbi di corrente, questo campo non è costante ed è soggetto a fluttuazioni, che pertanto interagiscono con il filtro in ferrite. Questo, a sua volta, di conseguenza, sopprime l'interferenza del segnale elettrico che si verifica in un determinato conduttore.
In termini semplici, all'aumentare della frequenza di interferenza, aumenta l'impedenza del conduttore su cui è montato il nucleo di ferrite. Tuttavia ciò è vero solo parzialmente. I ferriti presentano risposte in frequenza su cui è possibile vedere per quali valori di frequenza della tensione oscillante sono caratterizzati dall'impedenza più alta. Dopo aver superato un certo valore di frequenza, tuttavia, la loro impedenza inizia nuovamente a diminuire. Nella scelta del ferrite ad anello appropriato è estremamente importante sceglierne uno la cui impedenza assuma i valori più alti per le frequenze di interferenza che si verificano nel nostro circuito. Per individuare e allo stesso tempo scegliere il filtro appropriato è possibile effettuare esperimenti e ricerche, ad es. utilizzando l'analisi di frequenza, altrimenti nota come analisi spettrale.
Scelta dei ferriti ad anello - a cosa prestare attenzione?
Quando si progetta un circuito elettronico in cui si desidera utilizzare un anello di ferrite, è necessario tenere conto del suo riscaldamento. Pertanto sarà necessario assicurare un adeguato raffreddamento tramite circolazione passiva o circolazione attiva dell'aria mediante circolazione forzata, ad es. con l'utilizzo di un ventilatore. Un elevato valore di corrente ed elevati disturbi con alte frequenze non solo causeranno il rilascio di una quantità significativa di calore, ma potranno anche condurre alla saturazione del nucleo di ferrite, ossia causare una diminuzione della sua induttanza fino al 90%.
Applicazione dei ferriti ad anello
I nuclei di ferrite sono un modo semplice ed economico per una filtrazione passa-basso in infrastrutture di cavi già esistenti, ad es. creando uno strozzatore o, in altre parole, una bobina di induzione. Nel caso dei ferriti ad anello è sufficiente avvolgere il conduttore più volte, di solito da 5 a 7, intorno al centro dell'anello per assicurare un'adeguata filtrazione contro le interferenze ad alta frequenza.
I ferriti ad anello possono essere trovati in cablaggi esterni, ma i filtri in ferrite si trovano spesso anche all'interno di vari tipi di dispositivi, ad es. sotto forma di perline di ferrite o strozzatori, come filtri dell'alimentazione in ingresso, ma anche per filtrare i segnali direttamente sui PCB, vicino a transistor, microprocessori e altri circuiti integrati, nonché connettori.
L'impiego di filtri in ferrite è utile anche nei dispositivi che possono emettere energia alle radiofrequenze, poiché in questo caso il cavo potrebbe comportarsi come un'antenna, in modo che il segnale trasmesso da esso venga disturbato. Tale fenomeno può portare a comportamenti imprevisti dei dispositivi alimentati. Lo stesso fenomeno può verificarsi anche per i cavi di segnale, che possono causare distorsioni nella comunicazione tra circuiti integrati.
Pertanto nella scelta dei ferriti ad anello appropriati è necessario prestare attenzione a diversi fattori, a seconda dell'applicazione specifica, delle correnti che passano attraverso il conduttore e dello spazio di cui disponiamo ad es. nell'alloggiamento di un determinato dispositivo. Inoltre dovremo prendere in considerazione le dimensioni del filtro, compreso il foro interno, che dovrebbe consentire l'avvolgimento di alcune spire del cavo al suo centro, il materiale del nucleo, che si tradurrà nelle sue caratteristiche di frequenza e coefficiente di induttanza. Prima di scegliere un nucleo di ferrite specifico, vale anche la pena conoscere la sua documentazione tecnica dettagliata messa a disposizione dal produttore, che conterrà tutte le informazioni più importanti, insieme alle caratteristiche precedentemente menzionate.
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