Ferryty pierścieniowe
(640)Ferryty pierścieniowe zaliczane są do rodziny filtrów ferrytowych, zwanych również rdzeniami ferrytowymi. Filtry te mogą występować w różnych rozmiarach oraz kształtach, m. in. w postaci walców z otworem wzdłuż ich osi obrotu lub wspomnianych przed chwilą pierścieni. Często spotykane są przy końcach różnego rodzaju przewodów i kabli, np. myszek komputerowych, zasilaczy impulsowych czy na przewodach USB, czasami nawet z obu stron, blisko wtyków, a więc zarazem blisko wejścia oraz wyjścia „do”, oraz „z” konkretnego urządzenia.
Zasada działania ferrytów pierścieniowych
Filtry ferrytowe, w najbardziej uproszczonym sensie, służą do tłumienia, w obu kierunkach, zakłóceń o wysokiej częstotliwości. Swoim działaniem niemal nie różnią się od powszechnie wykorzystywanych dławików czy cewek indukcyjnych. Ferryty w swoich zastosowaniach cechują się przede wszystkim impedancją, jednak pośrednio mogą wprowadzać do układu swego rodzaju pojemność, a także rezystancję. Zastosowane w przypadku przewodników prądu stałego jak i przemiennego, działają niczym filtr dolnoprzepustowy, tłumiąc zakłócenia o wyższych częstotliwościach, a w zasadzie rozpraszając ich energię poprzez konwersję na energię cieplną, która następnie oddawana jest do otoczenia. Zakłócenia te mogą być wynikiem np. oddziaływania elektromagnetycznego przez inne urządzenie bądź układ elektroniczny znajdujący się w pobliżu sygnału wyjściowego. Taka sytuacja typowa jest m.in. dla zasilaczy impulsowych, co wiąże się ze specyfiką ich działania oraz przełączaniem prądów z wysoką częstotliwością. Zakłócenia te określane są mianem zakłóceń elektromagnetycznych, tzw. szum EMI (ang. Electromagnetic interference) lub RFI (ang. radio-frequency interference). Prąd płynący przez przewodnik, zgodnie z prawem Ampère’a, wytwarza wokół niego pole magnetyczne. W przypadku zakłóceń prądowych, pole to nie jest stałe i podlega fluktuacjom, które następnie wchodzą w interakcję z filtrem ferrytowym. Ten zaś, w konsekwencji, tłumi zakłócenia sygnału elektrycznego, które powstają w danym przewodniku.
W uproszczeniu, wraz ze wzrostem częstotliwości zakłócenia, wzrasta impedancja przewodnika, na którym osadzony jest rdzeń ferrytowy. Jest to jednak prawda tylko w połowie. Ferryty posiadają charakterystyki częstotliwościowe, na których widać, dla jakich wartości częstotliwości oscylującego napięcia cechują się najwyższą impedancją. Po przekroczeniu pewnej wartości częstotliwości, ich impedancja z powrotem jednak zaczyna maleć. Przy doborze odpowiedniego ferrytu pierścieniowego niezwykle istotne jest, aby dobrać taki, którego impedancja przyjmuje najwyższe wartości dla występujących w naszym układzie częstotliwości zakłóceń. Aby je znaleźć, a zarazem dobrać odpowiedni filtr, można przeprowadzić eksperymenty i badania, np. poprzez zastosowanie analizy częstotliwościowej, inaczej nazywanej analizą widmową.
Wybór ferrytów pierścieniowych - na co zwrócić uwagę?
Projektując układ elektroniczny, w którym będziemy chcieli zastosować ferryt pierścieniowy, należy uwzględnić fakt jego nagrzewania. Niezbędne jest zatem zapewnienie odpowiedniego chłodzenie pasywnego lub aktywnego z wykorzystaniem wymuszonego, np. przez wentylator, obiegu powietrza. Duża wartość prądu i duże zakłócenia o wysokich częstotliwościach będą powodowały nie tylko wydzielanie się znacznej ilości ciepła, ale mogą także prowadzić do nasycania rdzenia ferrytowego, czyli spadku jego indukcyjności nawet o 90%.
Zastosowanie ferrytów pierścieniowych
Rdzenie ferrytowe są prostym i tanim sposobem na zastosowanie filtracji dolnoprzepustowej w już istniejącej infrastrukturze kablowej, np. poprzez stworzenie dławika, lub inaczej mówiąc, cewki indukcyjnej. W przypadku ferrytów pierścieniowych wystarczy dany przewodnik owinąć kilka razy, zazwyczaj od 5 do 7, przez środek wokół pierścienia, aby zapewnić mu odpowiednią filtrację przed zakłóceniami wysokiej częstotliwości.
Ferryty pierścieniowe spotykać można w okablowaniach zewnętrznych, jednak filtry ferrytowe równie często znajduje się wewnątrz różnego rodzaju urządzeń, np. w postaci koralików ferrytowych lub dławików, jako filtry wchodzącego zasilania, ale także do filtrowania sygnałów bezpośrednio na płytkach PCB, w pobliżu tranzystorów, mikroprocesorów oraz innych układów scalonych, a także złączy.
Wykorzystanie filtrów ferrytowych przydatne okazuje się również przy urządzaniach mogących swoim działaniem emitować energię o częstotliwościach radiowych, gdyż w takim przypadku przewód może zachowywać się niczym antena, przez co sygnał przez niego przekazywany będzie zakłócany. Takie zjawisko może prowadzić do nieprzewidzianego zachowania zasilanych urządzeń. Identyczne zjawisko może występować również dla przewodów sygnałowych, które mogą powodować przekłamania w komunikacji pomiędzy układami scalonymi.
Przy doborze odpowiedniego ferrytu pierścieniowego należy zwrócić uwagę na kilka czynników, zależnych od konkretnego zastosowania, prądów płynących przez przewodnik, a także miejsca, jakim dysponujemy np. w obudowie danego urządzenia. Pod uwagę można wziąć wymiary filtra, w tym otwór wewnętrzny, który powinien pozwolić na kilkukrotne przewinięcie przez jego środek przewodu o danej średnicy, materiał rdzenia, co przełoży się na jego charakterystykę częstotliwościową oraz współczynnik indukcyjności. Przed wyborem konkretnego rdzenia ferrytowego warto także zapoznać się z jego szczegółową dokumentacją techniczną dostarczają przez producenta, w której zawarte będą wszystkie najważniejsze informacje, wraz ze wspomnianymi wcześniej charakterystykami.
Magazyn:
