Ферітовий фільтр - для чого він потрібен

У нашому побуті з`явилася величезна безліч засобів обчислювальної техніки, яка працює на токах високої частоти. Адже чим вище частота, тим вище швидкість обробки інформації.

Однак, високочастотні струми накладають ряд технічних обмежень на сполучні кабелі для передачі таких сигналів. В першу чергу це пов`язано з побічними електромагнітними випромінюваннями і наведеннями (ПЕМВН). Особливо помітно позначаються перешкоди на довгих проводах - адже сигнал має властивість згасати, а сам кабель виступає як антена і тому всередині нього можуть зароджуватися паразитні струми. А це згубно позначається на якості що проходять через кабель сигналів.

Найпростіший спосіб боротьби з ПЕМВН - збільшити індуктивність.

Індуктивність можна збільшити застосуванням спеціального ферритового кільця. Як виглядають на кабелях ферритові фільтри, можна подивитися на фото нижче.

феритові кільця - це компоненти електричного кола, які використовуються як пасивні елементи для фільтрації високочастотних перешкод за рахунок підвищення індуктивності провідника і поглинання перешкод, що перевищують заданий поріг.

Такі властивості феритовому фільтру надає матеріал, з якого він виготовлений - ферит.

Ферит - це загальна назва з`єднань на основі оксиду заліза і оксидів інших металів. Ферити поєднують в собі властивості феромагнетиків та напівпровідників (іноді діелектриків) і тому використовуються як осердя котушок, постійних магнітів, виступають в якості поглиначів електромагнітних хвиль високих частот і т.д.

Феритові кабельні фільтри з засувкою - принцип роботи

Робота ферритового фільтра безпосередньо залежить від характеристик матеріалу, з якого він виготовлений. За рахунок спеціальних добавок оксидів різних металів змінюються властивості фериту.

Принципово розрізняють кілька способів застосування феритових кілець:

1. На одножильних (однофазних) проводах він може, навпаки, поглинати випромінювання в певному діапазоні, перетворюючи наведення в теплову енергію. Таким чином негативні частоти можуть поглинатися (відсікатися) феритовим кільцем.
2. На одножильних проводах, де він працює як своєрідний підсилювач, так як повертає частину високочастотного магнітного поля назад в кабель, що призводить до посилення сигналу в заданому діапазоні.
3. На багатожильних проводах феррит працює як синфазних трансформатор, який пропускає несиметричні сигнали в кабелі (імпульси струму, наприклад, в кабелях передачі даних або в ланцюгах харчування постійним струмом) і гасить симетричні сигнали (які потенційно можуть викликатися в таких кабелях тільки електромагнітними наведеннями).

Де використовувати і як вибрати феритовий фільтр

Якщо говорити про практику застосування, то на кабелях харчування ферритові кільця застосовуються для зменшення перешкод, які можуть створити самі кабелі, а на сигнальних (передавальних дані) ферити гасять можливі зовнішні перешкоди і наведення.

Феритові кабельні фільтри можуть бути вбудованими (кабель продається вже з феритовим кільцем) або окремими (найчастіше це замикаються навколо дроти моделі), які не потребують будь-яких доробок самого кабелю.

Провід може вставлятися в центр ферритового фільтра (виходить одновитковая котушка), а може утворювати навколо кільця кілька витків (тороїдальна обмотка). Останній спосіб значно збільшує ефективність роботи фільтра.

Для прикладу нижче в таблиці позначені основні характеристики феритових фільтрів, пропонованих на ринку.

Графік залежності частоти і імпедансу

Імпеданс - це повне внутрішнє опір елемента електричного кола до змінного (гармонійного) току (сигналом). Вимірюється, як і звичайний опір, в Омасі.

Ще одним важливим параметром феритових фільтрів є їх магнітна проникність.

Магнітна проникність - це коефіцієнт, який характеризує зв`язок між магнітною індукцією і напруженістю магнітного поля в речовині.

Виходячи з вищесказаного, для того, щоб позначити основні властивості феритових фільтрів, виробники вдаються до наступної маркування:

3000HH D * d * h, де:

1. 3000 - це показник початкової магнітної проникності фериту,
2. HH - це марка фериту (найчастіше це HH - ферити загального призначення, або HM - для слабких магнітних полів),
3. D - найбільший (зовнішній) діаметр,
4. d - менший (внутрішній) діаметр,
5. h - висота тороида.

Наведемо типові приклади застосування феритів:

• Марка 100НН може використовуватися для кабелів з частотами до 30 МГц,
• 400НН - з частотами не вище 3,5 МГц,
• 600НН - з частотами до 1,5 МГц
• 1000НН - до 400 кГц.

Тобто, наприклад, антенний феритовий фільтр повинен бути марки HH.

А ось феритовий фільтр для USB кабелю найкраще вибрати з маркою HM (для кабелів зі слабким магнітним полем).

Співвідношення марок і частот виглядає наступним чином:

• 1000Нм - використовується з кабелями, що працюють з частотою не більше 1 МГц,
• 1500НМ - не більше 600 кГц,
• 2000НМ і 3000НМ - не більше 450 кГц.

Як намотувати ферритові кільця

У більшості випадків достатньо підібрати правильний феритовий фільтр і замкнути його на кабелі ближче до місця підключення до приладу.

Однак, в окремих випадках, для збільшення імпедансу можна зробити кабелем кілька витків навколо кільця фериту і тоді імпеданс буде зростати кратно квадрату числа витків. Тобто з двох витків в 4 рази, а з 3 - вже в 9 разів.

На практиці, звичайно, реальний показник збільшення трохи менше теоретичного.

Для того щоб після намотування ферритові кільце клацнули, необхідно заздалегідь визначитися з кількістю витків дроту і розрахувати внутрішній діаметр фільтра, щоб він закрився, не передаючи кабель.