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.
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.
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.
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.
Sft 59sn что такое
ФЕРРИТОВЫЕ СЕРДЕЧНИКИ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ БЛОКОВ ПИТАНИЯ
| ТИП | A | B | C | D | H | h | 30кГц | 50кГц | КАРКАС | ЦЕНА/КОЛ-ВО | ПРОДАВЕЦ | ||||
| ГАБАР | ПЕРВ | ВТОР | ГАБАР | ПЕРВ | ВТОР | ||||||||||
| EE13 | 13 | 10,2 | 6,1 | 2,7 | 6 | 4,6 | 7,3 | 317 | 25+25 | 9,3 | 238 | 20+20 | 5+5 | 6,8$ / 20 | ТУТ |
| EE19 | 19 | 14 | 4,9 | 4,8 | 7,9 | 5,6 | 15,2 | 227 | 18+18 | 19 | 170 | 15+15 | 5+5 | 6,4$ / 20 | |
| EE25 | 25,4 | 18,5 | 6,3 | 6,3 | 14,8 | 10,8 | 66 | 132 | 11+11 | 85 | 99 | 9+9 | 5+5 | 6,7$ / 10 | |
| EE28 | 28 | 19,3 | 11,2 | 7,7 | 10,5 | 5,7 | 71,6 | 61 | 5+5 | 91 | 46 | 4+4 | 5+5 | 8$ / 10 | |
| EE33 | 33 | 23,5 | 12,7 | 9,7 | 13,7 | 9,2 | 193 | 43 | 4+4 | 249 | 32 | 3+3 | 6+6 | 8,6$ / 5 | |
| EE40 | 40 | 26,8 | 11,6 | 11,6 | 17,3 | 10,3 | 260 | 39 | 4+4 | 327 | 30 | 3+3 | 6+6 | 5,1$ / 2 | |
| EE42 20 | 42 | 29,5 | 19,6 | 12 | 21 | 15,2 | 716 | 23 | 2+2 | 957 | 17 | 2+2 | 6+6 | 7,5$ / 2 | |
| EE55 21 | 55 | 37,5 | 21 | 17,2 | 27,8 | 18,5 | 1500 | 15 | 2+2 | 1900 | 11 | 1+1 | 11+11 | 8,5$ / 1 | |
| EE65 | 65 | 45 | 27 | 19,6 | 32,5 | 23 | 2400 | 11 | 1+1 | 4200 | 8 | 1+1 | — | — | |
| EE85 | 85 | 55 | 31,1 | 27 | 44 | 29 | 6400 | 7 | 1+1 | 7500 | 5 | 1+1 | — | — | |
Силовые ферритовые материалы для низких и средних частот, ΔF = 10…300 кГц, до 500 кГц.
1500 ≤ μi ≤ 2000
| Наименование материала | N92 | TP4E | 3C92 | CF122 (-) | 3C93 | CF292 ( +) | N27 | CF196 | TP4S | 3C96 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Начальная магнитная проницаемость при 25°C | μi | 1500 | 1500 | 1500 | 1700 | 1800 | 1800 | 2000 | 2000 | 2000 | 2000 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Индукция насыщения при 25°C | BSAT мТл | 500 | 510 | 520 | 510 | 500 | 500 | 500 | 500 | 520 | 500 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Уровень напряжённости магнитного поля | H кА/м | 1,2 | 1,194 | 1,2 | 1 | 1,2 | 1 | 1,2 | 1 | 1,194 | 1,2 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мощность потерь, при 100°C, 100мТл, 100кГц | PV кВт/м 3 | 80 | 45 | 50 | 90 | 100 | 100 | 200 | 150 | 60 | 40 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мощность потерь, при 100 °C, 200мТл, FTEST | PV кВт/м 3 | 410 | 480 | 350 | 500 | 500 | 500 | 920 | 200 | 300 | 300 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тестовая частота измерения | FTEST кГц | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 | 32 | 100 | 100 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рекомендуемый диапазон рабочих частот | ΔF кГц | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Наименование материала | CF297 ( +) | N97 | TP4A | PC44 | CF124 | N72 ( +) | PC47 | TP4D | TP4B | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Начальная магнитная проницаемость при 25°C | μi | 2300 | 2300 | 2400 | 2400 | 2500 | 2500 | 2500 | 2500 | 2500 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Индукция насыщения при 25°C | BSAT мТл | 510 | 510 | 510 | 510 | 490 | 480 | 530 | 520 | 530 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Уровень напряжённости магнитного поля | H кА/м | 1 | 1,2 | 1,194 | 1,194 | 1 | 1,2 | 1,194 | 1,194 | 1,194 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мощность потерь, при 100°C, 100мТл, 100кГц | PV кВт/м 3 | 50 | 45 | 40 | 30 | — | 70 | 40 | 30 | — | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Мощность потерь, при 100°C, 200мТл, FTEST | PV кВт/м 3 | 350 | 300 | 300 | 300 | 130 | 540 | 250 | 250 | 460 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Тестовая частота измерения | FTEST кГц | 100 | 100 | 100 | 100 | 25 | 100 | 100 | 100 | 100 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Рекомендуемый диапазон рабочих частот | ΔF кГц | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Наименование материала | TP4F | 3F3 | TP4G | TPB22 | TPW33 | |||||||||||||||||||||||||||||
| Начальная магнитная проницаемость при 25°C | μi | 1800 | 2000 | 2000 | 2200 | 3300 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Индукция насыщения при 25°C | BSAT мТл | 520 | 440 | 530 | 540 | 530 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Уровень напряжённости магнитного поля | H кА/м | 1,194 | 1,2 | 1,194 | 1,194 | 1,194 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Мощность потерь, при 100°C, 100мТл, 100кГц | PV кВт/м 3 | 35 | 80 | 40 | 40 | 40(80°C) | ||||||||||||||||||||||||||||
| Мощность потерь, при 100°C, 50мТл, FTEST | PV кВт/м 3 | 210 | 150 | 210 | 190 | 220(80°C) | ||||||||||||||||||||||||||||
| Тестовая частота измерения | FTEST кГц | 500 | 400 | 500 | 500 | 500 | ||||||||||||||||||||||||||||
| Рекомендуемый диапазон рабочих частот | ΔF кГц | |||||||||||||||||||||||||||||||||
| Наименование материала | 3R1 | |
| Начальная магнитная проницаемость при 25°C | μi | 800 |
| Индукция насыщения при 25°C | BSAT мТл | 410 |
| Уровень напряжённости магнитного поля | H кА/м | 1,2 |
| Мощность потерь, при 100°C, 100мТл, 100кГц | PV кВт/м 3 | 550 |
| Мощность потерь, при 100°C, 200мТл, FTEST | PV кВт/м 3 | 450 |
| Тестовая частота измерения | FTEST кГц | 30 |
| Рекомендуемый диапазон рабочих частот | ΔF кГц | 100 |
| Температура Кюри | TC °C | 230 |
| Удельное сопротивление при 25°C | ρ Ωм | 1000 |
| Производитель | FXC | |
Символом (+) отмечены новые материалы.
Символом (-) отмечены материалы, которые снимаются с производства.
Подробные технические характеристики материалов и ассортимент предлагаемых изделий можно изучить в каталогах продукции производителей:
CF (Cosmoferrites, Ltd), EPC (EPCOS A.G.), FXC (Ferroxcube International Holding B.V.), TDK (TDK Corporation), TDG (TDG Holding Co., Ltd).
