Что такое ферритовое кольцо и для чего оно нужно
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.
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.
Как увеличить эффективность шумоподавления кабельного феррита
1. Увеличить длину охватываемой ферритовым сердечником части кабеля.
2. Увеличить поперечное сечение ферритового сердечника.
3. Внутренний диаметр кабельного феррита должен быть наиболее близок (в идеале – равен) к внешнему диаметру кабеля.
4. Если позволяют конструктивные особенности пары кабель – феррит, можно сделать несколько витков (как правило, один – два) кабеля вокруг ферритового сердечника. Обобщая вышесказанное, можно сказать, что наилучший ферритовый сердечник – самый длинный и толстый из тех, что могут быть размещены на конкретном кабеле. При этом внутренний диаметр кабельного феррита должен по возможности совпадать с внешним диаметром кабеля.
Да, точно, мне же иногда попадались к оборудованию отдельно приложенные такие бочоночки:
Иногда в продаже можно встретить разъёмные кабельные ферриты в пластиковой оболочке (термоусадочной трубке) с двумя защёлками. Как ими пользоваться? Раскрытый ферритовый цилиндр надевается на кабель, который необходимо защитить от электромагнитных помех и наводок, примерно в 3 см от наконечника кабеля. Делается петля вокруг оболочки цилиндра. После этого оболочка защелкивается. Для надёжности можно оснастить ферритовым цилиндром и другой конец кабеля.
Тогда, почему на всех кабелях нет ферритовых колец? Потому, что ферритовые кольца это не единственный способ оградить провод от воздействия помех. Не менее эффективно и экранирование провода. Либо же кабель просто дешевый и не качественный.
Для чего нужны ферритовые кольца на кабеле
Содержание
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:
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.
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.
Для сетей 6G потребуются новые микросхемы
Специалисты из лаборатории технологий японской компании Nippon Telegraph and Telephone опубликовали статью, посвященную исследованиям и разработкам, ориентированным на 6G.
Можно ли растянуть экран смартфона
Согласно сообщению, на прошлой неделе был объявлен новый патент на дизайн мобильного телефона Samsung.
Категории TDP процессоров Comet Lake-S
Всё больше подробностей появляется в Сети о процессорах Comet Lake-S компании Intel.
Разьем Intel LGA1200 для процессоров ПК
Выход процессоров Intel Core Comet Lake 10-го поколения для настольных ПК и материнских плат на базе чипсетов 400-й серии (Z490, W480, Q470 и H410) ожидается во второй половине 2020 года.
NV >
23 декабря 2019 г. компания NVIDIA обновила приложение NVIDIA GeForce Experience (GFE) для Windows до версии 3.20.2.
Обновление исправляет опасную уязвимость CVE-2019-5702.
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.
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:
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.
| Маркировка | RF-35М | RF-50М | RF-70М | RF-90М | RF-110S | RF-110A | RF-130S | RF-130A |
| Импеданс, Ом (для частоты в 50 Мгц) | 165 | 125 | 95 | 145 | 180 | 180 | 190 | 190 |
| График зависимости импеданса от частоты, на рисунке № | 4 | 5 | 6 | 7 | 3 | 8 | 3 | 3 |
| Диаметр отверстия, мм | 3.5 | 5 | 7 | 9 | 11 | 11 | 13 | 13 |
| Размер, мм | 25х12 | 25х13 | 30х16 | 35х20 | 35х20 | 33х23 | 39х30 | 39х30 |
| Вес, г | 6 | 6.5 | 12 | 22 | 44 | 40 | 50 | 50 |
График зависимости частоты и импеданса
Импеданс – это полное внутреннее сопротивление элемента электрической цепи к переменному (гармоническому) току (сигналу). Измеряется, как и обычное сопротивление, в омах.
Еще одним немаловажным параметром ферритовых фильтров является их магнитная проницаемость.
Магнитная проницаемость – это коэффициент, который характеризует связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе.
Исходя из вышесказанного, для того, чтобы обозначить основные свойства ферритовых фильтров, производители прибегают к следующей маркировке:
3000HH D * d * h, где:
Приведем типовые примеры применения ферритов:
То есть, к примеру, антенный ферритовый фильтр должен быть марки HH.
А вот ферритовый фильтр для USB кабеля лучше всего выбрать с маркой HM (для кабелей со слабым магнитным полем).
Соотношение марок и частот выглядит следующим образом:
Как наматывать ферритовые кольца
В большинстве случаев достаточно подобрать правильный ферритовый фильтр и защелкнуть его на кабеле ближе к месту подключения к прибору.
Схема наматывания витков вокруг ферритового кольца
Однако, в отдельных случаях, для увеличения импеданса можно сделать кабелем несколько витков вокруг кольца феррита и тогда импеданс будет возрастать кратно квадрату числа витков. То есть с двух витков в 4 раза, а с 3 – уже в 9 раз.
На практике, конечно, реальный показатель увеличения немного меньше теоретического.
Для того чтобы после наматывания ферритовое кольцо защелкнулось, необходимо заранее определиться с количеством витков провода и рассчитать внутренний диаметр фильтра, чтобы он закрылся, не передавив кабель.
Зачем нужны эти странные цилиндры на кабеле
Наверняка вы видели утолщения цилиндрической формы на различных кабелях. Например, они часто встречаются на кабелях с коннекторами USB, HDMI, D-Sub, а также на кабелях питания. Расположены они на обоих концах кабеля, ближе к штекеру.
Для чего же используются такие цилиндры? Разумеется, они нужны совсем не для красоты. На самом деле это так называемый ферритовый фильтр. Также можно встретить названия ферритовое кольцо и ферритовый цилиндр.
Назначение этого фильтра — подавление высокочастотных помех. Внутри находится феррит, вещество, которое и гасит помехи. Такие фильтры не только защищают сигнал, идущий по кабелю, от внешних помех, но и препятствуют образованию исходящих помех от самого кабеля.
Казалось бы — вещь нужная и полезная, но фильтр есть не на каждом кабеле. Почему так? Как правило, если на кабеле нет ферритовых цилиндров, то он должен быть сам по себе экранирован. То есть при наличии экранирования, потребность в фильтре отпадает. Впрочем, даже наличие фильтров вовсе не означает, что внутреннего экранирования нет.
В то же время, и наличие экранирования и ферритовых фильтров не служит гарантией качества продукта. Поэтому относительно того, какие кабели лучше использовать — с ферритовыми фильтрами или без — однозначно ответить нельзя.
В любом случае переплачивать за брендовые кабели вряд ли стоит. Взять, к примеру, HDMI. Качество изображения от высокой цены не улучшится. Дело в том, что кабель HDMI передает цифровой сигнал и помех в прямом понимании этого слова при этом быть не может. Сигнал либо есть, либо его нет. То есть выдавать изображение, что называется, со снегом такой кабель не будет. Однако у некачественных кабелей картинка может пропадать, «запинаться» на доли секунды или выдавать изображение с артефактами.
Если у вас есть проблемы с передачей сигнала, то в теории можно попробовать установить ферритовые фильтры. Стоят они недорого и найти их не составит труда.
Обратите внимание: сейчас удачное время сделать покупки по специальным ценам со скидками. Чтобы сэкономить, посмотрите горящие товары, а также лучшее из лучшего и новинки на AliExpress. Самые выгодные предложения собраны в топ-скидках за неделю.
Радиолюбительские справочники
ФЕРРИТОВЫЕ КОЛЬЦА В СПОРТИВНОЙ АППАРАТУРЕ
Среди разнообразных ферритовых магнитопроводов, выпускаемых промышленностью, наибольший интерес для радиоспортсменов представляют тороидальные: выполненные на них катушки имеют минимальные индуктивность рассеяния и габариты, высокую стабильность параметров. Кроме того, на ферритовых кольцах можно достаточно просто выполнить некоторые устройства, реализация которых на других компонентах представляет известные трудности. Основное внимание мы сосредоточим на малоизвестных способах применения кольцевых магнитопроводов из ферритов.
Для применения на любительских KB диапазонах можно рекомендовать ферритовые кольца марок 30ВЧ и 50ВЧ. На УКВ диапазонах 144 и 430 МГц лучше всего применять ферриты марок 10ВЧ и 13ВЧ. Для устройств, работающих на низких частотах (например, 500 к Гц), подходят ферриты 100НН, 400НН или 600НН (цифра указывает начальную магнитную проницаемость).
При отсутствии конструктивных ограничении катушку следует выполнить на кольце с возможно большим сечением и распределять обмотку равномерно по его периметру. В этом случае можно ожидать, что паразитная индуктивность рассеяния не превысит 10% индуктивности катушки. Во избежание появления межвитковых и межобмоточных поверхностных токов ферритовое кольцо следует покрыть двумя-тремя слоями клея БФ или обмотать лентой из фторопласта. Такая мера к тому же предохраняет провода от повреждения острыми кромками сердечника. Не рекомендуется округлять острые кромки с помощью точильного камня, по-скольку при этом понижается добротность катушки.
Довольно часто для согласования и симметрирования антенн н фидерных линий радиолюбители применяют трансформаторы на ферритовых кольцах. Выполнить такой трансформатор можно по схеме рис. 1, а (только симметрирование) или рис 1. в (симметрирование и согласование с более высокоомной нагрузкой). На рис. 1. б и г схематично показано размещение обмоток трансформатора.
Однако симметрировать антенну можно и другим способом, заслуживающим, на наш взгляд, большего внимания (рис 2). В этом случае катушка, состоящая из двух-трех витков кабеля, действует как дроссель для токов, протекающих по его оплетке. Поскольку основная часть мощности передается в антенну, магнитопровод может иметь относительно небольшое сечение.
По данным Л. Ульянова (UA1WW) на частотах 144 МГц и выше для симметрирования достаточно просто надеть ферритовое кольцо на кабель фидера непосредственно у вибратора антенны.
На рис. 3 приведена схема компенсационного мостового аттенюатора для приемного устройства. Аттенюатор имеет хорошую линейность как при малом, так и при большом уровне сигнала. Диапазон регулирования ограничивается внутренней емкостью трансформатора Т1 и практически достигает 60 дБ.
Трансформаторы на ферритовых кольцах очень эффективны в балансных смесителях. Это общеизвестно. Но не Все знают, что существует возможность “растянуть” балансировку (рис. 4). Подобная модификация трансформатора позволяет выполнить эту операцию более точно.
Такой “растягивающий” трансформатор хорошо работает при частотах менее 10 МГц. На более высоких частотах появляются затруднения из-за наличия паразитной индуктивности рассеивания трансформатора, образующей с емкостью конденсатора С2 последовательный колебательный контур, резонанс которого может нарушить работу устройства.
На рис 6 изображена схема автогенератора с трансформаторной обратной связью. Трансформатор Т1 обеспечивает оптимальный коэффициент обратной связи в широком диапазоне nepeстройки частоты автогенератора, определяемой параметрами колебательного контура LIC1. Чтобы исключить влияние нестабильности параметров феррита на частоту автоколебаний, следует выбирать индуктивность обмотки трансформатора Т1 существенно (не менее чем в 10 раз) большей индуктивности катушки L1.
Для получения колебаний синусоидальной формы не следует выбирать емкость конденсатора СЗ слишком большой. Hа частотах 1—10 МГц она не должна превышать 1000—2000 пФ. Данные трансформатора Т1 могут быть такими: магнитопровод К15Х5Х4 из феррита 400НН, обмотка I — 20 витков, II — 2 витка провода ПЭЛШО 0,2-0,5.
Трансформаторы на ферритовых кольцах могут быть с успехом применены для нейтрализации паразитных емкостей усилительных элементов.
На рис. 7 показан способ нейтрализации емкости лампового усилителя в первом каскаде УКВ конвертера. При помощи трансформатора Т1 инвертируется фаза анодного напряжения на лампе VI. Нейтрализующий внутреннюю емкость лампы VI конденсатор С1 обеспечивает баланс токов в широкой полосе частот, благодаря чему усилитель работает более устойчиво, нежели при обычно используемой радиолюбителями «индуктивной» нейтрализации.
Емкость нейтрализующего конденсатора С1 выбирают равной проходной емкости лампы (для 6СЗП — 2 пФ). Трансформатор Т1 содержит 2Х3 витка на кольце К10Х7ХЗ из феррита 50ВЧ. Параметры трансформатора не очень критичны.
Для транзисторных усилителей в качестве нейтрализующего конденсатора целесообразно применять закрытый переход однотипного транзистора (рис. 8).
При этом, поскольку емкость коллекторного перехода зависит от напряжения на коллекторе, обеспечивается баланс при изменении режима усилителя. Первичная обмотка трансформатора Т1 должка быть выполнена симметричной.
Симметрия обмоток трансформатора, которая сравнительно легко достигается при использовании ферритовых колец, часто способствует достижению хороших параметров. К примеру, на рис. 9 показан эффективный удвоитель частоты.
Благодаря высокой симметрии первая, нежелательная, гармоника подавляется на 30-40 дБ. Максимальная амплитуда второй гармоники достигается подбором уровня возбуждения и сопротивления резистора R1. При использовании современных планарных транзисторов, имеющих малый разброс параметров, никаких дополнительных мер по симметрированию (кроме симметричного выполнения вторичной обмотки трансформатора Т1) на KB диапазонах применять не нужно.
Для еще лучшего подавления гармоник полезно включить в обе эмиттерные цепи раздельные RC цепочки (параллельное включение эмиттеров увеличивает разброс параметров плеч).
У некоторых радиолюбителей вызывает затруднение определение резонансной частоты колебательного контура, содержащего катушку на ферритовом кольце. С точностью около 5% частота может быть измерена при помощи ГИРа, который связывают с контуром короткозамкнутым витком, пропущенным через кольцо. Можно рекомендовать следующие ориентировочные данные резонансных контуров: магнитопровод К7x4x2 из феррита ЗОВЧ; емкость конденсатора контура— 20 пФ; провод ПЭВ-1 0,1—0,2; число витков— 12(28 МГц). 16(21 МГц), 24(14 МГц), 40 на двух кольцах (7 МГц), 50 на четырех кольцах (3,5 МГц).
Добротность таких контуров на 3,5 МГц может достигать 250, на 28 МГц—170. В заключение следует предупредить радиолюбителей. что свойства феррита необратимо ухудшаются при его намагничивании, поэтому следует ограничивать подмагничивающий ток величиной примерно 100 мА на один ниток (на два витка—соответственно 50 мА и т. д.).