Вы наверное замечали и не раз, что на проводах от ноутбука, монитора и иной электронной техники встречаются непонятные утолщения в виде цилиндра. Это сделано не просто так или для красоты. Дело в том, что пластиковый цилиндр — это специальный ферритовый фильтр. В народе его часто называют, как фильтр для подавления высокочастотных помех или проще — «шумовой» фильтр. Зачем и для чего он нужен?
Дело в том, что любое устройство, подключенное к электрической сети, является источником электромагнитных волн, которые являются, в свою очередь, высокочастотными помехами, влияющими на работу других устройств, находящихся поблизости. Длинные внешние силовые и интерфейсные кабели работают как своего рода антенны, которых довольно-таки сильно излучают во внешнюю среду помехи, которые создаются аппаратурой при работе. Это может сильно влиять на работу беспроводных сетей WiFi, радиоаппаратуры и точных приборов.Чтобы этого не происходило, кабель надо экранировать. Но тогда значительно подскочит его цена! На помощь пришли ферритовое кольцо и фильтры из этого материала.
Зачем нужны ферритовые кольца на кабелях
Для чего нужны ферритовые кольца на кабелях компьютера и какой от них эффект?
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;
В общем, наилучший ферритовый сердечник — самый длинный и толстый из тех, что могут быть размещены на кабеле, с внутренним диаметром, совпадающим с внешним диаметром кабеля. При установке на гибкие кабели массивные ферритовые сердечники должны быть заключены в термоусадочную трубку или защищены и закреплены на месте другим способом.
Последовательный импеданс, вносимый высокочастотным ферритовым сердечником, можно увеличить, сделав на нем несколько витков проводника. По теория импеданс увеличивается пропорционально квадрату числа витков. Однако вследствие нелинейности ферритов и потерь в них два витка на сердечнике увеличат импеданс не в четыре раза, а несколько меньше.
В большинстве случаев феррит должен располагаться максимально близко к источнику помехи, что предотвратит передачу помех через другие элементы конструкции прибора, где их гораздо труднее отфильтровать.
Но для кабелей передачи данных, где проводники входят в экранированный корпус или выходят из него, ферритовые сердечники должны располагаться максимально близко к месту прохода через экран. Это предотвратит излучение помех проводниками внутри корпуса после фильтра.
Источник: https://faqhard.ru/base/12/01.php
Выбор и применение чип-фильтров Chilisin
Для выбора оптимального типа ферритового чип-фильтра в первую очередь определяется спектр помех, требуемый уровень их подавления и диапазон рабочих токов. Исходя из условий применения, выбирается импеданс и допустимое сопротивление чип-фильтра по постоянному току. По полученным параметрам подбирается серия и тип чип-фильтра с требуемой полосой эффективного подавления помех. Значение тока и сопротивление особенно важны при установке чип-фильтров в цепях питания. В первую очередь нужно выбирать такие типы, которые обеспечивают работу фильтра без насыщения. Значение сопротивления на постоянном токе обеспечит минимальное падение напряжения.
Таблица 3. Характерные значения импедансов для различных цепей
Типовыми применениями для ферритовых чип-фильтров является:
- фильтрация «звона» в линиях передачи данных;
- развязка питающего напряжения;
- развязка земли.
Фильтрующий эффект увеличивается при:
- использовании шунтирующих конденсаторов, подключаемых к земле. Выбор номинала конденсатора зависит от спектра помех и частоты затухания;
- низком выходном сопротивление источника.
Устанавливаются чип-фильтры, как правило, максимально близко к устройству-источнику помех, чтобы уменьшить эффективную длину провода-антенны с высокочастотным шумом.
Для чего нужен ферритовый фильтр или кольцо на кабеле
Вы наверное замечали и не раз, что на проводах от ноутбука, монитора и иной электронной техники встречаются непонятные утолщения в виде цилиндра. Это сделано не просто так или для красоты. Дело в том, что пластиковый цилиндр — это специальный ферритовый фильтр. В народе его часто называют, как фильтр для подавления высокочастотных помех или проще — «шумовой» фильтр. Зачем и для чего он нужен?
Дело в том, что любое устройство, подключенное к электрической сети, является источником электромагнитных волн, которые являются, в свою очередь, высокочастотными помехами, влияющими на работу других устройств, находящихся поблизости. Длинные внешние силовые и интерфейсные кабели работают как своего рода антенны, которых довольно-таки сильно излучают во внешнюю среду помехи, которые создаются аппаратурой при работе. Это может сильно влиять на работу беспроводных сетей WiFi, радиоаппаратуры и точных приборов.Чтобы этого не происходило, кабель надо экранировать. Но тогда значительно подскочит его цена! На помощь пришли ферритовое кольцо и фильтры из этого материала.
Слава ферриту: как бороться с помехами гаджетов на радио в машине
Если вдруг в машине стало плохо принимать радио – не спешите винить магнитолу! Вполне возможно, вы просто купили недавно и установили какой-нибудь новый автогаджет, и это он наводит помеху на FM-эфир. Для борьбы с такой проблемой есть верный дедовский метод!
Помехи радиоприему от гаджетов
Собственно, не станем утверждать, что описываемая проблема в автомире прямо-таки массова, но, тем не менее, встречается от случая к случаю. Включаете в автомобиле новый гаджет – а с него идет помеха на радиоприемник аудиосистемы или, скажем, на Си-Би-радиостанцию или Bluetooth-handsfree…
У меня в свое время давал такую помеху автонавигатор, у пары знакомых – зарядные устройства от планшетов и радар-детектор. Во всех случаях удавалось побороть проблему установкой ферритового фильтра-дросселя на провод питания устройства – собственно, такие фильтры ответственные производители изначально устанавливают на кабели питания и данных. Но поскольку нужды в них чаще всего нет, нежели наоборот, то на «бесполезных» деталях стараются сэкономить…
Фильтр в шнуре питания или кабеле передачи данных представляет собой простейшую катушку-индуктивность с сердечником.
«Правильный» провод с установленным на заводе ферритовым фильтром
Провод по этой катушке делает, по сути, всего лишь полвитка, проходя ферритовый цилиндр насквозь один раз, но и этого, как правило, достаточно, чтобы подавить высокочастотные помехи, порождаемые порой и зарядными устройствами гаджетов, и самими гаджетами.
Внутри фильтра под слоем пластика находится вот такой ферритовый кольцеобразный «бочонок»
Ферритовые «защелки»
Собственно, сделать ферритовый дроссель на кабеле – очень легко. Самое простое – использовать так называемую «защелку». Это специальный элемент для подавления помех в проводах уже действующей аппаратуры – он ставится на кабель, не требуя его отключения, перерезания или отпайки. Внутри «защелки» находится распиленный вдоль ферритовый «бочонок» – при установке «защелка» открывается, между её половинок пропускается провод, и корпус смыкается. Еще эффективнее устройство будет работать, если не просто пропустить через него провод, а сделать пару-тройку витков. Такой фильтр можно купить в магазинах радиокомпонентов или заказать в китайских интернет-магазинах.
Монтируется «защелка» вот так:
Источник
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.
Интересное по теме:
Поделитесть полезным с друзьями:
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?
Так вот зачем это утолщение на проводе!
Замечал ли ты когда-нибудь небольшой цилиндр на питающем кабеле своего ноутбука? Если нет, присмотрись внимательнее к зарядке любого портативного компьютера. На шнуре возле самого разъема, который вставляется в ноутбук, есть небольшой пластиковый бочонок.
Нет,я конечно знал, что там не какое то сложнейшее устройство и не просто кусок пластмассы, но все никак не доходили руки узнать все точно и подробнее.
Оказывается, этот малозаметный цилиндр выполняет очень важную функцию! Он играет роль высокочастотного фильтра и нейтрализует помехи, которые могут поступать от питающего кабеля. Это устройство называется ферритовым кольцом, или ферритовым фильтром.
Удивительно, но внутри этого бочонка нет никаких микросхем или других электронных устройств. Если его вскрыть и посмотреть на внутренности, то ничего интересного там не увидишь. Просто шнур проходит сквозь небольшой полый цилиндр из твердого материала. В некоторых случаях шнур охватывает его петлей.
Этот цилиндр выполнен из феррита — химического соединения оксида железа с окислами других металлов, который по сути является магнитным изолятором. В этом веществе не возникают вихревые токи, поэтому ферриты очень быстро перемагничиваются в такт с частотой электромагнитного поля.
Не секрет, что любой неэкранированный кабель питания является источником электромагнитных помех, которые могут искажать информационные сигналы внутри компьютера. А ферритовое кольцо играет роль фильтра и препятствует распространению этих помех.
Ранее для этой цели применялось экранирование всего кабеля медной оплеткой, но ферритовые кольца значительно дешевле, поэтому именно они получили широкое распространение в современной электротехнике.
Кстати, ферритовые кольца не только препятствуют образованию нежелательных электромагнитных полей, но и защищают сигнал внутри кабеля от внешних помех. Поэтому такие цилиндры, кроме питающих кабелей, можно также встретить и на шнурах подключения мониторов, камер или фотоаппаратов.
Ферритовый фильтр — для чего он нужен
В нашем быту появилось огромное множество средств вычислительной техники, которая работает на токах высокой частоты. Ведь чем выше частота, тем выше скорость обработки информации.
Однако, высокочастотные токи накладывают ряд технических ограничений на соединительные кабели для передачи таких сигналов. В первую очередь это связано с побочными электромагнитными излучениями и наводками (ПЭМИН).
Особо заметно сказываются помехи на длинных проводах – ведь сигнал имеет свойство затухать, а сам кабель выступает как антенна и потому внутри него могут зарождаться паразитные токи. А это губительно сказывается на качестве проходящих через кабель сигналов.
Простейший способ борьбы с ПЭМИН – увеличить индуктивность.
Индуктивность – это показатель соотношения величины силы тока, проходящего через контур, и создаваемого им магнитного потока. Если речь идет о прямолинейных проводах, то под индуктивностью подразумевается величина, характеризующая энергию магнитного поля (здесь ток считается постоянной величиной).
Индуктивность можно увеличить применением специального ферритового кольца. Как выглядят на кабелях ферритовые фильтры, можно посмотреть на фото ниже.
Ферритовые кольца – это компоненты электрической цепи, которые используются как пассивные элементы для фильтрации высокочастотных помех за счет повышения индуктивности проводника и поглощения помех, превышающих заданный порог.
Такие свойства ферритовому фильтру придает материал, из которого он изготовлен – феррит.
Феррит – это общее название соединений на основе оксида железа и оксидов других металлов. Ферриты совмещают в себе свойства ферромагнетиков и полупроводников (иногда диэлектриков) и потому используются в качестве сердечников катушек, постоянных магнитов, выступают в качестве поглотителей электромагнитных волн высоких частот и т.д.
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.
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.
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.
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.
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.
Источник: https://filteru.ru/ferritovyi-filtr/
Частотные характеристики импеданса ферритовых чип-фильтров
Эквивалентная схема ферритового чип-фильтра – последовательно включенные индуктивность и сопротивление.
Величина сопротивления сильно зависит от частоты проходящего сигнала. Ферритовые ЭМИ-фильтры — это индуктивности с большими потерями на перемагничивание. Эта особенность и является основным отличием чип-фильтров от чип-индуктивностей.
Чип-фильтры изготавливаются из специальных ферритов с большими потерями на перемагничивание. Эта энергия выделяется в виде тепла. Тепло выделяется на активном сопротивлении, а не на индуктивности! Импеданс чип-фильтра определяется двумя компонентами: активной и реактивной. Формула для определения импеданса:
где R – активная компонента, а X – реактивная. Обе компоненты являются частотно-зависимыми. В документации на чип-индуктивность для каждой серии приводится частотные характеристики импеданса и его составляющих. На рисунке 5 показаны типовые частотные характеристики импеданса ферритового чип-фильтра. X — это реактивная часть импеданса, R — активная, Z — полный импеданс.
Как видно из рисунка, после 30 МГц активное сопротивление преобладает над реактивным. Ниже резонансной частоты полное сопротивление компонента по существу определено индуктивной составляющей. В диапазоне 50…100 МГц ситуация меняется. Активная составляющая потерь доминирует с увеличением частоты, а индуктивная составляющая стремится к нулю. Импеданс чип-фильтров увеличивается с частотой, что характерно и для чип-индуктивностей. Основной характеристикой импеданса индуктивности (Z) является реактивное сопротивление (X). С другой стороны, поскольку фильтр создан на базе ферритового материала, имеющего большие потери на высоких частотах, основной характеристикой в высокочастотном диапазоне является резистивная компонента (R). По сравнению с обычной индуктивностью, ферритовый чип-фильтр обладает лучшей способностью к поглощению энергии ЭМИ, обеспечивая эффект подавления высокочастотных шумов.
Ферритовый фильтр — для чего он нужен
В нашем быту появилось огромное множество средств вычислительной техники, которая работает на токах высокой частоты. Ведь чем выше частота, тем выше скорость обработки информации.
Однако, высокочастотные токи накладывают ряд технических ограничений на соединительные кабели для передачи таких сигналов. В первую очередь это связано с побочными электромагнитными излучениями и наводками (ПЭМИН).
Особо заметно сказываются помехи на длинных проводах – ведь сигнал имеет свойство затухать, а сам кабель выступает как антенна и потому внутри него могут зарождаться паразитные токи. А это губительно сказывается на качестве проходящих через кабель сигналов.
Простейший способ борьбы с ПЭМИН – увеличить индуктивность.
Индуктивность – это показатель соотношения величины силы тока, проходящего через контур, и создаваемого им магнитного потока. Если речь идет о прямолинейных проводах, то под индуктивностью подразумевается величина, характеризующая энергию магнитного поля (здесь ток считается постоянной величиной).
Индуктивность можно увеличить применением специального ферритового кольца. Как выглядят на кабелях ферритовые фильтры, можно посмотреть на фото ниже.
Ферритовые кольца – это компоненты электрической цепи, которые используются как пассивные элементы для фильтрации высокочастотных помех за счет повышения индуктивности проводника и поглощения помех, превышающих заданный порог.
Такие свойства ферритовому фильтру придает материал, из которого он изготовлен – феррит.
Феррит – это общее название соединений на основе оксида железа и оксидов других металлов. Ферриты совмещают в себе свойства ферромагнетиков и полупроводников (иногда диэлектриков) и потому используются в качестве сердечников катушек, постоянных магнитов, выступают в качестве поглотителей электромагнитных волн высоких частот и т.д.
Установка чип-фильтров в местах подключения кабеля LVDS
Кабельное соединение материнской платы ноутбука с ЖК-дисплеем повышает уровень излучаемых компьютером помех за счет гармоник LVDS-сигналов и помех от интегральных микросхем, расположенных вдоль линии передачи сигналов. Так как частота передаваемых LVDS-сигналов достигает сотен мегагерц, то для предотвращения искажения формы сигналов и подавления синфазных помех рекомендуется использовать чип-фильтры серии NB. При передаче дифференциальных сигналов LVDS магнитные потоки, создаваемые протекающим током, взаимно компенсируются, что приводит к снижению уровня помех. Однако наличие отраженных сигналов может привести к неравенству токов, протекающих по парам проводников. В этом случае синфазные дроссели работают как трансформаторы для балансировки токов, что позволяет, в конечном счете, снизить уровень электромагнитных помех.
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.
Источник: https://filteru.ru/ferritovyi-filtr/
Основные параметры ферритовых чип-фильтров Chilisin
Основными параметрами, по которым производится выбор чип-фильтров являются: рабочий диапазон частот, импеданс на тестовой частоте 100 МГц (в Ом), сопротивление на постоянном токе (в Ом), максимально допустимый ток, допустимое отклонение импеданса от номинала, форм-фактор (размеры корпуса), а также рабочий температурный диапазон.
Номинальный импеданс приводится, как правило, на частоте 100 МГц. Для СВЧ-диапазона приводятся типовые значения импеданса на частоте 1000 МГц.
Допустимое отклонение от номинала приводится в относительных единицах. Габариты, номинальное значение импеданса и разброс импеданса присутствуют в названии компонента. Для выбора необходимого фильтра важно знать и другие параметры, которые не даны в названии. Они приведены в технической документации на компонент. Это:
- сопротивление индуктивности по постоянному току (в Ом);
- предельный рабочий ток, при котором не происходит насыщение ферритового материала индуктивности (в мА);
- вид частотной характеристики импеданса.
В таблице 1 приведены возможные типоразмеры для ферритовых чип-фильтров Chilisin.
Таблица 1. Типоразмеры ферритовых чип-фильтров Chilisin
| Код | Размер (ДxШxВ), мм | Код EIA |
| 060303 | 0.6×0.3×0.3 | 0201 |
| 100505 | 1.0×0.5×0.5 | 0402 |
| 160808 | 1.6×0.8×0.8 | 0603 |
| 201209 | 2.0×1.2×0.9 | 0805 |
| 201212 | 2.0×1.2×1.25 | 0805 |
| 321611 | 3.2×1.6×1.1 | 1206 |
| 321616 | 3.2×1.6×1.6 | 1206 |
| 322513 | 3.2×2.5×1.3 | 1210 |
| 451616 | 4.5×1.6×1.6 | 1806 |
| 453215 | 4.5×3.2×1.5 | 1812 |
Ферритовое кольцо — что это такое? Как сделать ферритовое кольцо своими руками?
Каждый из нас видел на шнурах питания или на кабелях согласования электронных устройств небольшие цилиндры. Их можно встретить на самых обычных компьютерных системах, как в офисе, так и дома, на концах проводов, которые соединяют системный блок с клавиатурой, мышью, монитором, принтером, сканером и т. д. Данный элемент носит название «ферритовое кольцо» (или ферритовый фильтр). В этой статье мы разберемся, с какой целью производители компьютерной и высокочастотной техники оснащают свою кабельною продукцию упомянутыми элементами.
Преимущества и недостатки
Феррит состоит из соединения оксидов металлов. В соединения входят – железо, никель, цинк и другие оксиды металлов, которые обладают низкой электрической проводимостью, а также магнитными свойствами. У ферритов нет конкурентов среди материалов с магнитными показателями, которые поглощают высокочастотные помехи.
Ферритовое устройство на однофазном шнуре:
На многожильном кабеле в процессе фильтрации проходит противофазный импульс (полезный информационный импульс) и отражаются помехи. Устанавливают приспособления на кабели питания, видео, аудио, USB.
Чтобы избежать некорректной передачи данных, нужно использовать высокочастотные ферроматериалы и не устанавливать поглощающий волны тип устройства.
Основное назначение
Ферритовое кольцо способно снижать влияние радиочастотных и электромагнитных помех на сигнал, который передается по проводу. Длинные сигнальные и силовые кабели как компьютерного, так и другого силового оборудования обладают паразитными свойствами, то есть работают как антенны. Они весьма эффективно излучают во внешнюю среду различные шумы, которые создаются внутри прибора, тем самым создавая помехи на радиостанциях при приеме радиосигнала и на другом электронном оборудовании. И наоборот, принимая помехи из эфира от радиопередающих устройств, компьютер или иной электронный прибор может давать сбои в работе. Вот для устранения этого явления и используют ферритовое кольцо, надетое на питающий или согласующий кабель.
Конструкция фильтра
Чаще всего электронщики и радиолюбители применяют фильтры в форме цилиндров или прямоугольников. Они выпускаются с защелками, которые позволяют снимать их с кабеля, или цельнолитыми. Применяются они для повышения фильтрации высокочастотных помех на соединительных шнурах. В месте установления цилиндра в шнуре увеличивается индуктивность в сотни раз.
Цилиндрический
Цилиндрик – это ферритовое устройство удлиненной формы, которое при изготовлении устанавливается производителем на силовые и соединительные кабели. Они снижают помехи излучения шнура на приборах, издающих шум. Кабель выступает в роли антенны и создает вокруг себя излучение в сотни МГц. Цилиндрики устанавливают с одной стороны провода от источника излучения или с 2 сторон. Установка цилиндров на провода – это не панацея от высокочастотных помех. Идеальное решение – это встроенные фильтры в электронном устройстве.
Если все же у вас провод без необходимого подавления высокочастотного магнитного излучения, тогда съемный цилиндр с никель-цинковым типом феррита необходим.
В форме кольца
Импеданс катушки, который образуют витки кабеля, пропущенного сквозь кольцо из феррита, мал для сигналов на низкочастотных линиях и велик для высокочастотных импульсов. Частотный диапазон зависит от количества витков, размеров и материала, из которого изготовлено кольцо. Помехи, которые идут по проводу через кольцо, затухают. Показатель затухания – 10–15 дБ. Для удобства монтажа приспособления изготавливают из 2 полуколец в пластиковом корпусе со встроенной защелкой. Такая конструкция позволяет установить кольцо на провод за пару минут.
В электронике кольца можно применять:
Для повышения импеданса нужно сделать несколько витков провода вокруг устройства.
Импеданс возрастает в квадрате – 2 витка – в 4 раза, 3 витка – в 9 раз, а 4 витка – в 16 раз.
Необходимо кабель наматывать так, чтобы кольцо нормально защелкнулось и не продавило его стенки. Нужно заранее рассчитывать витки и приобретать приспособление с необходимым размером внутреннего диаметра.
Физические свойства
Феррит является ферримагнетиком, не проводящим электрический ток, то есть по сути это магнитный изолятор. В этом материале не создаются вихревые токи, и поэтому он весьма быстро перемагничивается – в такт частоте внешних электромагнитных полей. Это свойство материала является основой для эффективной защиты электронных приборов. Ферритовое кольцо, надетое на кабель, способно создать для синфазных токов большой активный импеданс.
Данный материал образуется из химического соединения оксидов железа с оксидами других металлов. Он обладает уникальными магнитными характеристиками и низкой электропроводностью. Благодаря этому ферриты практически не имеют конкурентов среди иных магнитных материалов в высокочастотной технике. Ферритовые кольца 2000нм значительно увеличивают индуктивность кабеля (в несколько сотен или тысяч раз), что обеспечивает подавление высокочастотных помех. Данный элемент устанавливается на шнур при его производстве либо, разрезанный на две полуокружности, надевается на провод сразу после его изготовления. Ферритовый фильтр упаковывается в пластиковый корпус. Если его разрезать, то можно увидеть внутри кусок металла.
Подавление помех в интерфейсе с ЖК-дисплеем
Графический контроллер соединен с драйверами ЖК-дисплея множеством линий передачи сигналов, переключающихся одновременно. Эти переключения вызывают протекание по цепям питания и земли большого импульсного тока. Поэтому следует ограничивать ток в сигнальных линиях. Для этих целей хорошо подходят ферритовые чип-фильтры серии NB. На линиях тактовых сигналов, особенно работающих на высоких скоростях и при высоких уровнях помех, применяют фильтры серии HF или HP, обладающие высокими коэффициентом затухания и крутизной спадов АЧХ. Помехи, создаваемые переходными токами, возникают также в цепях питания. Поэтому для подавления помех в цепях питания устанавливаются ферритовые чип-фильтры, а также шунтирующие конденсаторы. В таблице 4 приведены примеры типовых применений ферритовых чип-фильтров в электронной аппаратуре.
Таблица 4. Типовые применения ферритовых чип-фильтров Chilisin различных серий
| Наименование | Категория применений | Типовые применения | Базовые параметры | |
| Ток, мА | Импеданс, кОм | |||
| Фильтрация помех в сигнальных цепях с полосой до 1 ГГц | ||||
| SB | Общее применение | Смартфоны, бытовая электроника, цифровые фотокамеры | 50…500 | 0.005…2.7 |
| GB | Общее применение | Смартфоны, мобильная аппаратура | 100…500 | 0.007…2 |
| Фильтрация помех в сигнальных цепях с полосой порядка 1 ГГц | ||||
| NB | Цифровые ВЧ-сигналы | Видеодекодеры, цепи DSP, Bluetouth, смартфоны, цифровые фотокамеры, спутниковые ресиверы, тюнеры | 50…500 | 0.005…2.7 |
| Фильтрация помех в сигнальных цепях с полосой более 1 ГГц | ||||
| HF; HP | СВЧ-сигналы свыше 1 ГГц | СВЧ-приемники и трансиверы | 50…2000 | 0.12…1.8 |
| Фильтрация помех в силовых цепях с током до 6 А | ||||
| PB | Цепи питания общего назначения | DC/DC-конверторы, видеодекодеры, цепи USB/IEEE1394, LAN интерфейсов, видеоплаты, цифровые фотокамеры | 800…6000 | 0.005…1.5 |
| UPB | Сильноточные цепи | DC/DC-конверторы | 4000…6000 | 0.005…0.33 |
А нужен ли ферритовый фильтр? Или это очередной обман?
Компьютеры являются весьма «шумными» (в электромагнитном плане) приборами. Так, материнская плата внутри системного блока способна осциллировать на частоте одного килогерца. Клавиатура обладает микрочипом, который также работает на высокой частоте. Все это приводит к так называемой генерации радиошумов вблизи системы. В большинстве случаев они устраняются при помощи экранирования платы от электромагнитных полей металлическим корпусом. Однако другой источник шумов – это медные провода, которые соединяют различные устройства. По сути, они действуют как длинные антенны, которые улавливают сигналы от кабелей другой радио- и телевизионной техники, и влияют на работу «своего» прибора. Ферритовый фильтр устраняет электромагнитные шумы и сигналы эфирного вещания. Эти элементы преобразуют электромагнитные высокочастотные колебания в тепловую энергию. Вот поэтому их и устанавливают на концах большинства кабелей.
Как правильно выбрать ферритовый фильтр
Чтобы установить на кабель ферритовое кольцо своими руками, необходимо разбираться в типах этих изделий. Ведь от вида провода и его толщины зависит, какой именно фильтр (из какого материала) потребуется использовать. К примеру, кольцо, установленное на многожильный кабель (шнур питания, передачи данных, видео или USB-интерфейс), создает на этом участке так называемый синфазный трансформатор, пропускающий противофазные сигналы, несущие полезную информацию, а также отражает синфазные помехи. В данном случае следует использовать не поглощающий феррит во избежание нарушения передачи информации, а более высокочастотный ферроматериал. А вот ферритовые кольца на антенный кабель предпочтительнее выбирать из материала, который будет рассеивать высокочастотные помехи, нежели отражать их снова в провод. Как видите, неправильно подобранное изделие способно ухудшить работу вашего прибора.
Описание [ править | править код ]
Ферритовый фильтр — один из самых простых и дешёвых типов интерференционных фильтров для установки на уже существующие провода. Для обычного ферритового кольца провод либо продевается через кольцо (образуя одновитковую катушку индуктивности), либо образует многовитковую тороидальную обмотку, что увеличивает индуктивность и, соответственно эффективность помехоподавления. Также используются разборные фильтры на защёлках, которые можно просто надеть на кабель.
Такие фильтры используются двумя различными способами, хотя внешне это выглядит одинаково, и часто можно увидеть использование одинаковых марок ферритов:
- Фильтр, установленный на одиночный (одножильный, однофазный) провод. В этом случае, в зависимости от марки феррита и интересующего частотного диапазона заграждения, он работает как:
- Индуктивность. Часть мощности ВЧ-волны отражается обратно в кабель.
- Поглотитель. Часть мощности ВЧ-волны рассеивается в феррите, что более предпочтительно.
- Смешанный режим.
- Фильтр, установленный на многожильный кабель, такой как кабель передачи данных, шнур питания, или интерфейс: USB, видео, и др. В таком случае феррит создаёт на данном участке кабеля синфазный трансформатор, который, пропуская противофазные сигналы (несущие полезную информацию), отражает (не пропускает) синфазные помехи. В этом случае не следует использовать поглощающий феррит во избежание нарушения передачи данных, и желательно применение более высокочастотных ферроматериалов.
Ферритовые цилиндры
Наиболее эффективно справляются с помехами толстые ферритовые цилиндры. Однако следует учитывать, что слишком громоздкие фильтры весьма неудобны в использовании, а результаты их работы едва ли на практике будет сильно отличаться от немного меньших по размерам. Всегда следует использовать фильтры оптимальных габаритов: внутренний диаметр в идеале должен совпадать с проводом, а его ширина должна соответствовать ширине разъема кабеля.
Не стоит также забывать, что с шумами помогают бороться не только ферритовые фильтры. Например, для лучшей проводимости рекомендуется использовать кабеля с большим сечением. Выбирая длину шнура, не стоит делать большой запас длины между подключаемыми устройствами. Кроме того, источником помех может служить и плохое качество соединения провода и разъема.
Пошаговое применение
Съемный цилиндр необходимо раскрыть и установить в него шнур, который нужно защитить от помех электромагнитного излучения. Приспособление из феррита устанавливается на 3 см выше наконечника провода.
Устройство закрыть и пластиковые замки на корпусе защелкнутся. Для большей надежности можно установить второй фильтр на другом конце соединительного шнура.
Если шнур вставляется в центр кольца – это одновитковая катушка, а если несколько витков вокруг кольца – это тороидальная обмотка. Данная методика эффективнее одновитковой катушки.
Чтобы подобрать ферритовое устройство, необходимо знать состав ферроматериала и его показатели, габариты данного устройства и параметры высокочастотного излучения прибора.
Источник
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 μi). Кроме указанных параметров, в справочном описании каждый производитель указывает критическую частоту, параметры петли гистерезиса, удельное сопротивление и температуру Кюри для конкретного изделия.
Система обозначений многослойных ферритовых чип -фильтров Chilisin
На рисунке 6 приведена система обозначений для ферритовых чип-фильтров Chilisin. Эта система обозначений применима для следующих серий чип-ферритовых ЭМИ-фильтров Chilisin: SB, GB, PB, UPB, NB, HF, VPB.
- название серии определяется технологией, а также особенностями конструкции и применения;
- размеры корпуса: А,B,C, мм;
- тип упаковки: T (type reel) – в катушке, B (bulk) – россыпью;
- номинальное значение импеданса приводится на тестовой частоте 100 МГц, например, 10…1000 Ом;
- код разброса допустимых значений импеданса от номинального. Допустимое отклонение от номинала для разных групп дается в относительных единицах;
- коды отклонений: Y = ±25%; M = ±20%; T = ±30%.
Следует отметить, что для ферритовых ЭМИ-фильтров важна не столько высокая точность номинала импеданса, сколько точность значения индуктивности для ферритовых чип-индуктивностей.
В таблице 2 приведены основные параметры для различных серий ферритовых многослойных чип-фильтров, производимых Chilisin.
Таблица 2. Базовые параметры ферритовых чип-фильтров Chilisin
| Наименование | Код типоразмера, мм/дюйм | Импеданс, Ом | Предельный рабочий ток, мА |
| Для НЧ сигнальных цепей с частотой до 1 ГГц | |||
| NEW! | 0603/0201 | 60…470 | 200…300 |
| 1005/0402 | 6…2500 | 100…500 | |
| 1608/0603 | 7…2700 | 200…500 | |
| 2012/0805 | 7…2700 | 100…600 | |
| 3216/1206 | 11…1500 | 200…600 | |
| 3216/1206 | 25…70 | 500 | |
| 3225/1210 | 26…2000 | 200…500 | |
| 4516/1806 | 33…170 | 500…600 | |
| 4532/1812 | 30…125 | 500 | |
| NEW! | 0603/0201 | 10…600 | 100…500 |
| 1005/0402 | 6…330 | 100…500 | |
| 2012/0805 | 5…56 | 500…600 | |
| 3216/1206 | 8…60 | 500…600 | |
| 3216/1206 | 25…60 | 500 | |
| 3225/1210 | 32…120 | 500 | |
| 4516/1806 | 33…100 | 500…600 | |
| 4532/1812 | 70…150 | 500 | |
| 1608/0603 | 6…2700 | 200…500 | |
| 2012/0805 | 60…2700 | 200…500 | |
| 3216/1206 | 70…2700 | 300…500 | |
| 3216/1206 | 70 | 500 | |
| 1608/0603 | 10…1500 | 150…1000 | |
| 2012/0805 | 60…2000 | 400…800 | |
| 3216/1206 | 70…2000 | 400…800 | |
| 2012/0805 | 7…40 | 800…1000 | |
| 3216/1206 | 19…60 | 800…1000 | |
| Для шин питания с полосой до 1 ГГц | |||
| NEW! | 0603/0201 | 10…240 | 350…1000 |
| 1005/0402 | 7…120 | 1200…2000 | |
| 1608/0603 | 6…1500 | 500…4000 | |
| 2012/0805 | 5…1500 | 1000…6000 | |
| 3216/1206 | 7…1500 | 800…6000 | |
| 3225/1210 | 19…120 | 2500…4000 | |
| 4516/1806 | 19…1300 | 2000…6000 | |
| 4532/1812 | 19…1300 | 1500…6000 | |
| 1005/0402 | 10 | 2000 | |
| 1608/0603 | 10…1000 | 800…4000 | |
| 2012/0805 | 7…1000 | 1500…6000 | |
| 3216/1206 | 11…1500 | 800…6000 | |
| 3225/1210 | 60…90 | 3000…4000 | |
| 4516/1806 | 50…150 | 2000…6000 | |
| 4532/1812 | 30…130 | 3000…6000 | |
| NEW! | 1005/0402 | 33…600 | 900…3000 |
| NEW! | 1608/0603 | 26…330 | 1500…3300 |
| 1608/0603 | 10…180 | 2000…5000 | |
| 2012/0805 | 11…330 | 3000…6000 | |
| 2012/0805 | 50…120 | 5000…6000 | |
| 3216/1206 | 11…220 | 4500…6000 | |
| 4516/1806 | 60…110 | 4000…7000 | |
| 4532/1812 | 40…150 | 6000…9000 | |
| Для фильтрации ВЧ-сигнальных цепей с полосой до 1 ГГц | |||
| 1005/0402 | 3…240 | 250…500 | |
| 1608/0603 | 4…500 | 200…700 | |
| 2012/0805 | 80…300 | 400…500 | |
| 0603/0201 | 10…120 | 100…300 | |
| 1005/0402 | 6…600 | 200…500 | |
| 1608/0603 | 5…2500 | 100…700 | |
| 2012/0805 | 5…2700 | 200…800 | |
| 3216/1206 | 15…1500 | 300…600 | |
| Для фильтрации СВЧ-сигнальных цепей с полосой свыше 1 ГГц | |||
| 1005/0402 | 200…1000 | 250…450 | |
| 1005/0402 | 600…1800 | 200…300 | |
| Для фильтрации СВЧ-цепей с полосой свыше 1 ГГц и большим током | |||
| NEW! | 1005/0402 | 120…220 | 700…1500 |
| Для фильтрации сильноточных цепей с полосой до 1 ГГц | |||
| 1608/0603 | 10…600 | 2000…6000 | |
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.
Зачем нужны ферритовые кольца на кабелях?
Непременно многие из вас видели на проводах «утолщения». Утолщения это ферритовые сердечники надетые на токопроводящие провода. Эти сердечники используют все допросовестные производители в своих продукциях, оснощая ими: силовые провода, сигнальные аудио и видео провода, usb кабели, итд. Если на вашем устройстве нет таких сердечником, то вы можете дополнительно установить и тем самым убрать все не нужные помехи. По наличии ферритового сердечника, можно судить о качестве изделия, потому что это не может не отразится на цене товара. О теперь поподробнее.
Ферритовый цилиндр (ferrite core, ferrite cover) — это экран, защищающий от электромагнитных помех и наводок: он предотвращает искажение сигнала, передаваемого по кабелю, от воздействия внешнего электромагнитного поля, а также препятствует излучению электромагнитного поля(помех)от кабеля во внешнюю среду. На чем основан принцип защиты? Внутренние и внешние кабели компьютерного оборудования могут работать как миниатюрные антенны, поскольку они преобразуют так называемые шумы напряжения и тока в электромагнитное излучение. Неэкранированные кабели излучают помехи вследствие протекания по их медным проводникам синфазного шума, то есть высокочастотного тока, текущего в одном направлении по всем проводникам кабеля. Этот ток создает магнитное поле определенной величины и направления.
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[1].
