Цветовая полоса на ферритовых кольцах. Ферритовые кольца: виды, маркировка и применение в электронике

Что такое ферритовые кольца и для чего они используются. Как расшифровать цветовую маркировку ферритовых колец. Какие типы ферритов существуют и чем они отличаются. Как правильно подобрать ферритовое кольцо для трансформатора или дросселя.

Содержание

Что такое ферритовые кольца и зачем они нужны

Ферритовые кольца — это магнитные сердечники, изготовленные из ферромагнитных оксидных материалов. Они широко применяются в электронике для изготовления трансформаторов, дросселей и других индуктивных компонентов. Основные преимущества ферритовых колец:

Высокая магнитная проницаемость
Низкие потери на высоких частотах
Компактные размеры
Широкий диапазон рабочих частот (от десятков кГц до сотен МГц)
Относительно низкая стоимость

Благодаря этим свойствам ферритовые кольца позволяют создавать эффективные индуктивные компоненты для различных частотных диапазонов и применений.

Основные типы ферритовых материалов

Существует два основных типа ферритовых материалов:

1. Марганец-цинковые (MnZn) ферриты

Особенности MnZn ферритов:

Высокая магнитная проницаемость (до 15000)
Высокая индукция насыщения (до 0.5 Тл)
Низкие потери на частотах до 1-2 МГц
Применяются в диапазоне от 10 кГц до 1-2 МГц

2. Никель-цинковые (NiZn) ферриты

Характеристики NiZn ферритов:

Более низкая магнитная проницаемость (до 1500)
Меньшая индукция насыщения
Очень низкие потери на высоких частотах
Применяются в диапазоне от 1 МГц до 500 МГц и выше

Выбор типа феррита зависит от рабочей частоты и требуемых характеристик компонента.

Цветовая маркировка ферритовых колец

Многие производители используют цветовую маркировку для обозначения свойств ферритовых колец. Обычно используется система из двух или трех цветных полос. Вот основные правила расшифровки:

Первая полоса — обозначает тип материала и диапазон магнитной проницаемости

Вторая полоса — уточняет значение магнитной проницаемости
Третья полоса (если есть) — дополнительная информация о свойствах

Например, желто-белая маркировка обычно означает MnZn феррит с магнитной проницаемостью около 2000. Красно-серая — NiZn феррит с проницаемостью около 800.

Как выбрать подходящее ферритовое кольцо

При выборе ферритового кольца нужно учитывать несколько факторов:

Рабочая частота — для частот до 1-2 МГц подойдут MnZn ферриты, для более высоких — NiZn
Требуемая индуктивность — зависит от магнитной проницаемости и размеров кольца
Максимальный ток — определяется индукцией насыщения и сечением кольца
Допустимые потери — на высоких частотах важно выбирать материал с низкими потерями
Температурный диапазон — некоторые ферриты имеют ограниченный рабочий диапазон

Для точного расчета параметров компонента рекомендуется использовать формулы или онлайн-калькуляторы, учитывающие все характеристики выбранного феррита.

Применение ферритовых колец в электронике

Ферритовые кольца широко используются для создания различных индуктивных компонентов:

Трансформаторы импульсных источников питания
Дроссели фильтров
Широкополосные трансформаторы
Помехоподавляющие фильтры
Антенны и магнитные усилители

В каждом из этих применений ферритовые кольца позволяют создать компактные и эффективные компоненты с хорошими частотными характеристиками.

Особенности намотки на ферритовые кольца

При намотке катушек на ферритовые кольца нужно учитывать следующие моменты:

Равномерно распределять витки по всей длине кольца
Использовать провод подходящего сечения с учетом скин-эффекта на высоких частотах
Правильно рассчитывать количество витков с учетом индуктивности на виток для конкретного кольца

При необходимости использовать многожильный литцендрат для снижения потерь
Применять качественную межслоевую изоляцию при многослойной намотке

Правильная намотка позволяет полностью реализовать потенциал ферритового кольца и получить компонент с заданными характеристиками.

Измерение параметров ферритовых колец

Для оценки свойств неизвестных ферритовых колец можно провести несколько простых измерений:

Измерение индуктивности на низкой частоте — позволяет оценить магнитную проницаемость
Измерение добротности на разных частотах — показывает частотный диапазон применения
Проверка нагрева при прохождении тока — оценка потерь на высоких частотах
Измерение петли гистерезиса — определение индукции насыщения

Эти простые тесты помогут определить тип феррита и его основные характеристики даже при отсутствии маркировки на кольце.

Заключение

Ферритовые кольца — это универсальные магнитные сердечники, широко применяемые в современной электронике. Правильный выбор типа феррита и его параметров позволяет создавать эффективные индуктивные компоненты для различных применений. Знание основных характеристик и особенностей ферритовых материалов поможет разработчикам электронной аппаратуры оптимально использовать возможности этих компонентов.

Исследуем удивительный мир ферритов / SimpleTesla / Сообщество разработчиков электроники

Началось всё с того, что пропала из продажи марка ферритовых колец P4, производимая ACME Electronics Corporation.
Мы их успешно использовали в течении предыдущих 6-ти лет практически для всех ферромагнитных нужд, большинство из которых естественно составляла намотка GDT и токовых трансформаторов. 🙂

По сути, мы просто использовали ту марку феррита которая работает, и которую проще всего достать(P4 действительно продавались почти в каждом ларьке). Но на сегодняшний же день достать её всё более и более проблематично, так что пришла пора найти P4 замену.

Изначально я хотел лишь проверить сигналы с нескольких доступных в продаже колец, но с любопытством ситуация быстро переросла практически в собирательство любых попавшихся под руку ферритов с целью исследования. Так же, было прочтено много-много материалов из сети дабы разобраться в каждой ранее непонятной мне мелочи.
Итогом стала данная статья, где я попробую подробней рассказать о такой замечательной штуке как мягкие ферромагнетики, а так же предоставить результаты тестов, среди которых есть весьма любопытные открытия. 🙂

Метод тестирования

Об академическом исследовании ферритов:

На самом деле исследование ферритов – это достаточно сложная процедура, представляющая из себя целую научную работу на каждый исследуемый образец.
Требуется определять размер гранул феррита под микроскопом, измерять сопротивление отдельной гранулы, снимать петли гистерезиста на разных частотах, отрисовывать графики и делать множество расчётов дабы разделить источники потерь.

Это слишком сложный тест дабы прогонять через него большое количество ферритов, но посмотреть на подобную работу по прежнему может быть интересно.
Вот к примеру исследование материала Epcos N87, выполненное политехническим университетом в Бухаресте: www.scientificbulletin.upb.ro/rev_docs_arhiva/full64f_313335.

pdf

Меня же в основном интересует лишь практический результат – способен ли материал в принципе передавать прямоугольник в диапазоне 100-300 кГц, насколько он склонен к насыщению, и насколько приемлемые у него потери.

Есть достаточно простой способ, позволяющий получить эту информацию даже о неизвестных сердечниках – для которых за неимением данных просто нельзя что-то расчитать через формулы.

Не редко, даже когда есть название материала – даташит на него может не гуглиться, или быть слишком скудным на информацию, например опуская такие необходимые детали как B-H петля гистерезиса(см. ниже, как правильно расчитать количество витков).

Дабы определить на что способен сердечник – достаточно намотать на нём трансформатор с известным количеством витков, и подать на первичку прямоугольник.
При приложенном постоянном напряжении ток через индуктивность первички растёт линейно, вплоть до момента пока амплитуда поля не достигнет точки насыщения для феррита. Этот момент нам и нужно словить, чем шире период перед насыщением – тем меньшую частоту можно пропустить через сердечник при данном количестве витков.

Подробней об эффекте насыщения:

Сам эффект насыщения(англ. saturation) исходит от того что материалы могут быть намагничены только до определённого порога, например 300 мТесла для типичного MnZn феррита, или 1.6 Тесла для железа.
На магнитное поле свыше порога насыщения материал просто не реагирует, что в случае трансформатора приведёт к двум очень нежелательным эффектам: первичка перестаёт сопротивляться току и уходит в закорот, а напряжение на вторичке начинает заваливаться пока не упадёт в 0. В случае GDT это может одновременно и покоцать драйвер, и взорвать силовуху.
Избежать эффекта насыщения – и есть главная задача при правильной намотке трансформаторов.

Вот неплохая картинка из сети, слева чисто графическое изображение, как длина импульса может быть безопасной длины, максимальной, или выходящей за предел насыщения.
Справа показана реальная осциллограмма тока через первичку, куда был подан прямоугольник – токовый пик это как раз момент где первичка уходит в закорот из-за насыщения феррита.

Тестировать ферриты можно как одиночным импульсом, так и прямоугольником – последний предпочтительней т.к. это повторяющийся процесс и его проще ловить осциллографом.

Что же, теперь подробней о методе которым проверялись кольца из нашей статьи.
Нам понадобится осциллограф, и хороший драйвер затвора через который мы будем гонять исследуемое кольцо.
В моём случае сетап выглядел вот так:

В качестве драйвера применён SimpleDriver v2.3, модифицированный для работы в CW режиме.
Для этого драйверная часть была подключена в обход LM317, сама плата запитана от 18В, и заменён резисторный делитель схемы UVLO дабы сдвинуть порог срабатывания до 15-ти вольт. Изменять драйверную схему не требуется благодаря наличию RD-цепочек на затворах FDD8424;

Тест сердечников проходит в 3 этапа:
1. Заряд/разряд ёмкости в 10 нФ, что является эквивалентом затворов полумоста из MOSFET/IGBT транзисторов в TO-247.
Количество витков для начала будет фиксированным и составлять 4 витка.
Частота драйва: 300 кГц, а затем 100 кГц(границы интересуемого нас диапазона). По осциллограмме мы сможем сравнить ферриты между собой – при условии что у них примерно одинаковые физ. параметры;
2. Только самые продвинутые ферриты выдержат 100 кГц при 4-х витках без ухода в насыщение. Если же феррит не тянет – добавляем ему витков дабы увеличить индуктивность первички.
При большей индуктивности ток от приложенного напряжения растёт медленнее, и становится возможным гонять феррит на более низких частотах перед тем как тот достигнет насыщения;
3. И наконец – тест на потери. 10 нФ емкость заменяется на 100 нФ, что уже соответствует мосту из 8-ми IGBT в TO-247. Мы начинаем гонять эту ёмкость в CW, что в случае драйва от SD соответствует около 30 Вт мощности. Если феррит не предназначен для работы на наших частотах – он вскипит практически за секунды.
Да, при такой мощности на резисторе и даже конденсаторе выделяется масса тепла – их нужно окунуть в жидкость для охлаждения.

Подробно, о расчёте количества витков для известных сердечников:

Хотя статья почти полностью посвящена экспериментальному методу подбора витков – она была бы не полна без инструкции как количество витков можно расчитать математически.
Для этого есть формулы, и даже онлайн-калькуляторы, однако мало кто из людей умеет ими правильно пользоваться.
Например, известный калькуляторчик GDT из Калькулятории: tqfp.org/calculatoria/gdt/
Обычно, всё посчитав он выдаёт пользователю какое-то непонятное значение, например 1 или 2 витка — которые более того не работают с трансформатором на практике.
Происходит это т.к. при вводе данных юзер не учитывается большое количество нюансов.
Например, графа «амплитуда индукции магнитного поля, мТл». Человек просто посмотрит это значение в даташите, например 490 mT для Epcos N87. Однако ввести его в калькулятор будет неправильно, ибо как минимум это значение для 25-ти °C – эта температура будет превышена как при летней погоде(50°C в корпусах приборов это норма), так и от потерь при работе – феррит может разогреваться до 80°C при макс. нагрузке. По даташиту, значение магнитной индукции при 100 градусах уже падает до 390 мТ…
Однако и это значение не подходит формуле. 🙂
Вот на этом графике, чуть поглубже в даташите видно, что область BH графика с линейной характеристикой лежит значительно ниже чем макс. значение(B-H curve — зависимость магнитного потока от мощности магнитного поля).
Уже после этой точки феррит начинает насыщаться и линейность теряется:

Число в калькулятор снижается уже в 3-й раз, и теперь достигает 300 миллиТесла. 🙂
Однако и это ещё не всё.
Теперь добавим погрешности, например формула расчитана на то, что частотой в ней будет синусоида… Однако мы подаём прямоугольник, и таковой представляет из себя большое количество синусоид большей частоты.
Т.е. значение, которое мы записываем в поле «Рабочая частота, кГц» уже не совсем соответствует требованиям формулы.
Сами сердечники ещё имеют погрешность, их проницаемость из-за manufacturing tolerance может плавать аж на 10-15% в зависимости даже не от партии к партии, а от кольца к кольцу.
Особенно в старых ферритах по типу отечественного М2000НМ.
Когда феррит имеет округлости в форме – ещё сложно точно измерить его сечение(это нужно делать проволочкой, а не штангенциркулем).
В итоге накапливаются доп. погрешности, скомпенсировать которые можно разве что ещё дополнительным снижением значения амп. магн. поля – например гоняя кольцо на 85% от амплитуды линейной области B-H графика при 100 градусах.
Итого, значение в формулу у нас упало аж до 255 мТ от оригинальных 490 мТ из даташита – практически в 2 раза.
Если забить в калькулятор данные для GDT в SimpleTesla с учётом вышеперечисленного – он выдаёт нам правильные 4 витка, которые отлично работают. 🙂

Главная проблема мат. расчётов – это то что на материалы редко можно найти такой подробный даташит как у Epcos N87,
не редко другие даташиты полностью упускают B-H график при 100°C, что делает расчёт каких-либо моточных изделий практически невозможным.
Без графика единственным надёжным вариантом остаётся лишь экспериментальный способ подбора витков.

Кстати, может возникнуть желание просто намотать витков побольше, дабы сердечник уж точно не уходил в насыщение(в сети можно встретить конструкции где у GDT по 10-20 витков), однако так делать не стоит – не достигая пределов по амплитуде поля мы по сути перестаём эффективно использовать возможности кольца.
Кроме того, лишняя индуктивность может стать источником звона уже на реальных транзисторах во время переключения тока.

Больше информации о расчёте витков для ферритовых трансформаторов можно найти по ссылкам ниже:
makingcircuits.com/blog/how-to-calculate-ferrite-transformer-for-smps/
vpayaem. 3 при 200 мТ, 100 кГц.
На 4-х витках держит переключение 100 кГц и 300 кГц, тест на прожиг так же проходит:

Стоят 7 UAH/штучку 18x10x8, что очень(!) дешево. 3 образца были куплены в РКС Компонентах. Отличное колечко!

PC40 от TDK

Он много где упоминается, но толкового даташита на материал мне найти не удалось, только вот это:
product.tdk.com/info/en/catalog/datasheets/ferrite_mn-zn_material_characteristics_en.pdf
Параметры на первый взгляд не плохие: 500 мТ индукция, 2300 ui проницаемость.

Но ведёт себя материал фигово, при 4-х витках на 100 кГц он почти насыщается – нужно доматывать виток.
Это значит что линейная область B-H графика у него лежит достаточно низко.
3 образца были куплены в 9В на радиорынке Караваевы Дачи, по 12 UAH/штучку.

EPCOS N87

Наверное, самый известный general purpose феррит, присутствующий на рынке уже почти 15 лет. 🙂
Примечательно, что хотя N87 и прочую линейку ферритов до сих пор приписывают конторе Epcos – та ещё в 2009-м была с потрохами выкуплена TDK и теперь является не более чем подразделением. Уже как 10 лет это TDK:
www.tdk-electronics.tdk.com/download/528882/71e02c7b9384de1331b3f625ce4b2123/pdf-n87.pdf

Тест колечко проходит, во время прожига не греется. Материал отличнейший, единственная его проблема – это цена.
Колечко 20x10x6 мм сегодня стоит 28 UAH, или же чуть больше $1/штуку.

ACME P4

О названии производителя:

Одному мне название напомнило мультфильм где койот гонялся за фиолетовой птицей? 😀

Назвать свою контору ACME – это ещё тот прикол. С 30-х и по 90-е года, когда США были мировым производителем товаров – это было собирательное для американского низкокачественного ширпотреба(от «american companies make everything»), который мог бабахнуть в руках или подвести в самый нужный момент. По этому у койота взрывался сам детонатор когда тот пытался бабахнуть птицу шашками с динамитом:

Сегодняшние китайские аналоги названия это NoName Brand или же Wun Hung-Lo Factory. 🙂
… но, не будем отвлекаться от темы ферритов.

Купить P4 сегодня уже напряг, но у меня ещё осталось около десятка сердечников. Конкретного даташита на материал нет, но по крупицам можно собрать необходимую информацию:
www.acme-ferrite.com.tw/en/material_p4.asp
www.acme-ferrite.com.tw/en/images/pro/p4material.pdf

На 100 кГц чуть-чуть не дотягивает, начинает сваливаться в насыщение – линейная область B-H графика у этого материала лежит достаточно низко, возможно даже ниже отметки в 300 мТ.
В принципе, какими-то фантастическими возможностями этот феррит не обладает – такой себе среднячок.
Популярность набрал сугубо из-за своей массовости и дешевизны, у нас продавался не дороже лежалых М2000НМ.

Советский М2000НМ

Запасы этого феррита наверное бесконечны. 🙂
Продаются в любом ларьке обеих радиорынков в Киеве, причем закупать можно чуть ли не оптовыми партиями. Большинство сердечников были изготовлены ещё в 80-е, и параметрами этот материал далеко не блещет.
Производитель даже не рекомендует применять его на частоте выше 100 кГц. Наш тест показывает следующую картину:

Как можно видеть – он вполне удовлетворительно держится и на частоте 300 кГц, но вот на 100 кГц при 4-х витках уже уходит в насыщение. Это влияет та самая низкая индукция насыщения, линейная область которой лежит ещё ниже. Однако, даже такой феррит вполне можно применять – достаточно намотать 6 витков вместо 4-х(уменьшить магнитную индукцию на 33%) и тот начнет выдавать честный прямоугольник. Вот сравнение сигналов с N87 на 4-х витках и М2000НМ при 6-ти:

На самом деле слабые параметры – это ещё не последняя проблема наших колечек. У этого феррита очень большие кристаллы, в отдельных случаях их даже видно невооруженным глазом, как те переливаются(можно было наблюдать на образцах ранних партий). Выливается это в большой разлёт параметров даже не от партии к партии, а прямо от кольца к кольцу. Я протестировал 5 колечек, и в насыщение на 100 кГц они уходили в разное время, наверное с разлётом в 10%, что очень не мало. Если гонять наш феррит на пределе возможностей то обязательно нужно проверять выходной сигнал осциллографом.

Примечательные ферромагнетики:

Большинство из них не предназначались производителем для интересуемых нами целей.
Это просто те материалы, которые мне удалось собрать по дому – однако давайте и их прогоним через стандартный тест, так сказать для расширения кругозора. 🙂

Распыленное железо

Наверное, любимая западня всех начинающих в силовой электронике. 🙂
Обычно такие кольца попадаются в желто-белом, или салатово-синем окрасе – новички принимают их за феррит и выкусывают из старых ATX блоков питания. Схемы на них естественно не запускаются, и когда человек идёт на форум – всем всё сразу понятно только по цвету колечка.
На самом деле, цветовые кода powdered iron колец предусматривают аж 13 вариантов, так что сугубо по цвету ориентироваться нельзя. Мне когда-то пападались полностью зелёные и чёрные кольца, которые тоже в итоге оказались распыленным железом и обеспечили увлекательные часы дебага. Проверить неизвестное кольцо наверняка можно только двумя способами: либо счистив краску надфилем(под ней будет блестящий металл), либо же проверив сигналы осциллографом.
В нашем тесте все 4 кольца выдают примерно похожую картину:

При 4-х витках кольцо распыленного железа сразу насыщается, т.к. основная фича этого материала – равномерно распределённые немагнитные зазоры, от чего проницаемость таких колец составляет всего 14-100 ui в зависимости от подтипа.
Ошибочно принято считать, что подобный материал годится не более чем для индукторов или фильтров синфазной помехи, глобально предназначаясь для частот сетевого диапазона 50-60 Гц.
На самом деле это заблуждение, данные колечки не представляют собой цельный кусок железа как сетевые трансформаторы – это железная пудра, которую смешивают с эпоксидкой и после заливают под давлением в форму. После схватывания получается материал с определёнными супер-способностям, а в частности:
1. Гранулы не находятся между собой в электрическом контакте, что драматически снижает нагрев этого материала от высокочастотных токов;
2. Мелкие гранулы в добавок имеют небольшие потери на перемагничивание, что позволяет распыленному железу работать на частотах вплоть до 500 кГц, а в случае отдельных материалов – до 2.5 МГц!
3. Т.к. это по прежнему железо – оно сохраняет высокую устойчиваость к магнитному полю, выдерживая вплоть до 1.6 Тесла(как у неодимовых магнитов), что очень впечатляет. Типичный магнитомягкий феррит уходит в насыщение ещё при 300 миллиТесла.

Дабы продемонстрировать работу этих колец на высоких частотах – я домотал первичку до 19-ти витков, кольцо перестало насыщаться и выдало тот самый прямоугольник 300 кГц. 🙂

Хотя это и работает, железо всё же сильно проигрывает ферритам если применяется как высокочастотный трансформатор. Можно заметить что на осциллограмме фронт прямоугольника более плавный нежели с ферритов, это вызвано тем что железо отфильтровывает резкий фронт тепловыми потерями(не пропускает высокочастотную составляющую прямоугольника). Железо так же имеет намного большие потери чем у феррита, прокачивая через кольцо 300 кГц на 10 нФ оно уже становится тёплым, а на тесте прожига в 30 Вт(драйв 100 нФ ёмкости) оно буквально вскипает за секунды.

Поставить железное колечко намеренно в качестве трансформатора могут только с целью снижения стоимости производства прибора, т.к. распыленное железо в разы дешевле изделий из ферритов.
Основное же направление в использовании – это намотка индукторов, и для этой цели powdered iron даже выигрывает у феррита. Из-за мощной устойчивости в 1.6 Тесла возможно мотать индукторы даже меньшего размера чем если бы они были из феррита с зазором.

Подробней ознакомиться с типами и цветовой маркировкой железных колец можно здесь:
www.coretech.com.ua/docs/coretech_iron_powder_cores_%5B2012%5D.pdf

Ш-образный феррит от импульсного блока питания

Казалось бы, большинство таких питальников работают на частоте 60-300 кГц, и ферриты от них вполне должны работать в качестве GDT… Однако, картина на осциллографе говорит об обратном, сигнал с него 1 в 1 как с железа. 🙂

На самом деле феррит здесь такой как нужно, эффект на осциллограмме вызван наличием зазора в магнитопроводе(по центру), что в десятки раз повысило магнитное сопротивление контура.
Получается так потому, что воздух и даже вакуум тоже имеют некоторую магнитную проницаемость – итого зазор не обрывает магнитный контур, а встраивается в него, изменяя параметры.
Кстати, проницаемость пустого пространства μ0 – это одна из фундаментальных констант нашей вселенной и составляет она 0.0000012566370614 H/m, или же 1 μi.

Здесь много текста относительно зазоров в сердечниках:

Для удобства расчётов трансформатора на сердечнике с зазором придумали такую штуку как эквивалентная проницаемость μe – кольцо воспринимается как сделанное из менее проницаемого материала, чтобы при том же сечении и длине магнитопровода получалось такое же магнитное сопротивление.
К примеру, если бы наш Ш-образный сердечник не имел зазора, но был сделан из материала с проницаемостью 75 ui – это 100% эквивалентно такому же сердечнику с проницаемостью 2200 ui, но с зазором 0. 2 мм.
Исключив зазор такой хитростью – μe можно забивать в стандартную формулу обмоток для сердечника без зазора.

Кстати, у рассматриваемого ранее распыленного железа тоже проницаемость сугубо эквивалентная.
Чистое железо имеет проницаемость 500 μi, но дабы не иметь проблем с расчётом миллиона микроскопических зазоров в виде эпоксидки – материал сразу позиционируют как 75 μe.

Да, относительно феррита с зазором и распыленного железа может возникнуть вопрос:
Если эти сердечники выдерживают больший ток через первичку перед насыщением – почему тогда он сразу уходит в насыщение на осциллограммах?
Ответ прост – от проницаемости зависит то сколько индуктивности нам даёт каждый виток в первичке.
Если 4 витка вокруг 20x10x6 колечка N87(2200 ui) дают нам 30 мкГн, то такая же обмотка на кольце распыленного железа(75 ui) дадут нам всего 0.9 мкГн. Приложенный прямоугольник на такую первичку быстро взлетает по току и насыщает кольцо.

Дабы получить 30 мкГн например на пыльном железе(75 μe) – нам понадобится аж 133 витка… Но у железа есть фича – 1. 6 Тесла индукция насыщения – именно на железе можно намотать в 5 раз меньше витков и железное колечко не будет насыщаться.
По этому в разделе про распыленное железо получилось выжать какой-никакой сигнал всего при 19-ти витках.

Феррит с зазором же – по прежнему выдерживает всего 300 мТ, так что ему 133 витка обязательны.
В чём же тогда смысл добавлять зазор ферриту?
«Зазорные» сердечники в основном используют для преобразователей в топологии flyback(обратоходовый преобразователь). Они работают по другому принципу нежели прямоходовые преобразователи(в т.ч. и GDT) – и зазор там нужен дабы пропуская большой ток через первичку запасать энергию в индуктивности.
Подробно flyback топологию в этой статье мы рассматривать не будем т.к. это займет не менее ещё одной статьи.

Достаточно сказать что ферритовые сердечники с зазором нет смысла использовать для forward преобразователей – вам просто придётся наматывать 100+ витков дабы скомпенсировать низкую проницаемость, вместо нескольких витков при замкнутом контуре.

Ферритовая бусина с USB кабеля

Достаточно большим сюрпризом оказались фильтры для кабелей, которые казалось бы – одна из самых бесполезных штуковин в электронике. Всё, что они делают на кабелях – это гасят небольшую толику излучения, которая проскакивает во время общения по USB шине. Фильтры были навязаны законом об EMC-совместимости, но на практике ничего не решающем т.к. эфир давно промышленно глушится миллионом дешевых китайских импульсных БП. С любого кабеля можно этот фильтр снять без последствий, а многие китайские кабеля и вообще производятся без него.

В любом случае, оказалось что феррит этих бусин просто идеально подходит на роль GDT!
В достаточно широком диапазоне 80-400 кГц он выдаёт идеальный прямоугольник при 4-х витках, и не греется даже если пропускать сквозь него 30 Вт в CW. Почему так, ведь по идее данный феррит должен обладать большими потерями? А просто, эти потери возникают только начиная с сотен МГц, т.к. даже стандартный полезный сигнал USB 2.0 это 12 МГц.
Для низкочастотного трансформатора это замечательное кольцо – т.ч. можно начинать курочить старые USB кабеля. 🙂

Думаю особенно пригодится начинающим, у кого возникают проблемы с поиском ферритовых колец хороших марок. Старые кабеля есть практически в каждом доме по целой связке.

Всего было протестировано 3 больших бусин и 1 мелкая, причем мелкая была снята уже с аудиокабеля – совершенно не понимаю что она там делала. Все 4 бусины прошли тест на отлично.

Стоит правда подметить, что годятся только литые бусины. Разборные и защёлкивающиеся хоть и сделаны из того же феррита – они часто не смыкаются до конца, образуя крохотный зазор как на Ш-образном феррите.
Помехи такая бусина наверняка будет глушить не менее эффективно, а вот проводить сигнал уже будет фигово.

П-образные ферриты от синфазных фильтров

Это ещё одно место, где повседневно можно встретить ферритовый сердечник.
Подобные фильтры ставят на сетевом входе импульсных блоков питания, где они отделяют высокочастотный шум генерации от проникновения обратно в сеть.
1. Первым на нашем тесте феррит от фильтра серии SU16VD от Kemet. От него удалось найти весьма адекватный даташит, однако упоминаются в нём лишь данные о помехоподавлении и ни капли о ферромагнетике который юзается:
content.kemet.com/datasheets/KEM_LF0021_SU16VD.pdf

Не смотря на то что там не имеется никаких зазоров – сердечник достаточно быстро уходит в насыщение.
Похоже, что это материал NiZn(никель-цинк), проницаемость которых обычно в районе 800 μi.
Такие ферриты обычно расчитаны на работу от 1 МГц и выше.

2. Этот сердечник был вытащен из фильтра японского блока питания 80-х годов, по всей видимости от древнего VHS видеомагнитофона. Он, в отличии от предыдущего выдаёт абсолютно адекватную форму сигнала при стандартном тесте, т.е. сделан из какой-то марки MnZn ферритов:

В итоге, всё что можно сказать о сердечниках из фильтров – это то что они могут попасться из самых разных материалов, что не удивительно, ведь от этого зависит полоса подавления.
Если и вытаскивать такие сердечники, то их стоит обязательно проверять.

Подведем итоги

Сказать по правде – я был весьма удивлен тем насколько схоже ведут себя мягкие ферриты.
На рынке доступно огромное количество материалов от самых разных производителей, материалы производятся по разным технологиям, имеют разный химический состав, и им даже даются брендовые имена…
Когда-то прямо были баталии на форумах, где народ спорил относительно марок одного и того же феррита MnZn: одни хаяли отечественную марку М2000НМ, мол та плохая и не годится никуда, а другие рядом обожествляли импортный Epcos N87. 🙂
На практике же оказалось проще — все мягкие ферромагнетики работают примерно одинаково.

Нет, конечно среди них есть различия: отличается амплитуда намагничивания, у них разная проницаемость, разные потери на перемагничивание, потери от токов Фуко и т.д… Учтя все параметры материала можно подобрать такой, который будет более оптимален в определённых условиях – например на частоте 5 кГц, 100 кГц, 500 кГц, или 2 МГц. Но в конечном итоге все эти материалы работают через одни и те же принципы электромагнетизма, и более того работают в широких диапазонах, очень хорошо перекрывая друг друга по возможностям.
Главное оказалось – это всегда правильно посчитать обмотку дабы избежать насыщения.

P.S. Статейка получилась просто ужасно раздутой, так что кто дочитал – молодцы. 🙂
Если у кого есть замечания или вопросы относительно материала – буду рад зачитать ваши комментарии.
Так же мне вседа можно написать на почту: [email protected]

Цветная музыка . Путеводитель в мир электроники. Книга 2

— Вы всегда понимаете то, что говорите?

— Да, если внимательно слушаю.

Оскар Уайльд

Любую музыку могут сопровождать разнообразные световые эффекты, одним из которых является светомузыка (ее еще называют цветомузыкальной установкой, или сокращенно — ЦМУ). Это украсит дискотеку, школьный вечер или просто домашний праздник. Принцип работы такого устройства основан на разделении всего звукового спектра на участки, в которых частоты электрического сигнала смогут управлять соответствующим световым излучателем.

При этом, если поставить в каждом канале фильтры разного цвета и направить все световые излучатели в одно место, цветовая картина получается всегда неповторимой, так же как неповторимы все музыкальные произведения. Ведь для синтеза любого цвета из солнечного спектра достаточно всего трех базовых цветов: красного, синего и зеленого.

В простейшем случае схема светомузыки представляет собой пассивный трехканальный фильтр, разделяющий звуковой сигнал на три полосы: НЧ (частота среза 100 Гц), СЧ (полоса 50 Гц…10 кГц) и ВЧ (частота среза 10 кГц). Действие установки основано на постоянной смене вида частотного спектра в музыкальном сигнале. Низкие, «ударные» частоты могут появляться и пропадать. То же самое происходит с другими частотами сигнала, но картина меняется по-разному для разных участков спектра. Следовательно, если разделить спектр сигнала на полосы и подать их на управляющие электроды тиристоров VS1-VS3, они будут переключаться с разной интенсивностью. Фильтр ВЧ — это конденсатор С1, фильтр НЧ — катушка индуктивности L2. Фильтр СЧ представляет собой резонансную цепочку L1, С2, «вырезающую» из сигнала среднечастотную часть. Резисторы R1-R3 предназначены для настройки интенсивности свечения ламп EL1-EL3, управляемых тринисторами VS1-VS3. Чтобы не допустить попадания отрицательных полуволн сетевого напряжения на тринисторы, в конструкции имеется диодный мост VD1-VD4. Трансформатор Т1, установленный на входе, осуществляет гальваническую развязку источника сигнала от схемы, элементы которой находятся под сетевым напряжением.

Рис. 15.36. Простая светомузыкальная приставка

Смонтировать приставку можно методом навесного монтажа или на отрезке макетной платы, поместив ее в подходящий корпус. Резисторы R1—R3 подойдут любые, но лучше использовать движковый вариант. Катушки L1 и L2 наматываются на ферритовых кольцах диаметром 6—10 мм из материала 600НН или 2000НМ. Катушка L1 набирается из трех колец и содержит 200 витков провода ПЭТВ-0,1, а катушка L2 — из двух колец. Она содержит 150 витков того же провода. Конденсаторы — любые неполярные, например К10-17а. Тиристоры необходимо выбрать из серии КУ202 с величиной допустимого обратного напряжения не ниже 400 В, например КУ202Н. Диоды подойдут типа КД203, Д242. Все силовые элементы нужно установить на радиаторы, позаботившись об исключении возможности прикосновения к ним в процессе эксплуатации.

Очень важный элемент конструкции — трансформатор Т1. От его выбора зависит работоспособность ЦМУ. Рекомендуется использовать согласующий трансформатор от абонентского громкоговорителя («радио»), включив его первичную обмотку, имеющую большое количество витков, к левым (по схеме) выводам резисторов R2-R4, а на вторичную обмотку подав сигнал с источника. Таким образом, трансформатор будет работать в режиме повышения напряжения. Резистор R1 ограничивает ток через трансформатор и одновременно защищает источник звукового сигнала от повреждения.

Если найти готовый трансформатор не удастся, возможно изготовить его из подручных средств. Для этого нужно разыскать Ш-образный сердечник из электротехнического железа с площадью сечения не менее 3 кв. см, например, Ш14×20, Ш16×24. Каркас можно склеить из картона или вырезать из стеклотекстолита. Вторичная обмотка мотается в первую очередь. Она должна содержать 2000 витков провода ПЭВ, ПЭЛ, ПЭТВ диаметром 0,1 мм. Каждый слой вторичной обмотки нужно отделять прокладкой из двух-трех слоев бумаги, тонкой лакоткани или фторопластовой ленты. Первичная обмотка (она укладывается во вторую очередь) содержит 300 витков провода той же марки диаметром 0,2 мм. Первичная обмотка отделяется от вторичной прокладкой.

Какой источник сигнала можно использовать с этой простой ЦМУ?Далеко не всякий. Поскольку схема представляет собой пассивный вариант, ее подключение к линейному выходу со стандартным значением сигнала 250 мВ ничего не даст и, более того, может оказаться опасным для источника сигнала по причине малого входного сопротивления у трансформатора Т1. Лучше всего подключаться к выходу низкоомных головных телефонов, предназначенному для работы с нагрузкой порядка 8 Ом (если такой выход есть). Если же выхода на головные телефоны нет, можно использовать усилитель мощности, построенный, например, на микросхеме К174УН14 (эта схема в первой книге есть). У Еще один вариант схемы светомузыки показан на рис. 15.37. В ней для управлением лампами применены симисторы. Это позволило отказаться от применения выпрямительного диодного моста и немного упростить схему.

Схемы не нуждаются в настройке. Варьируя громкостью на выходе источника сигнала, а также управляя сопротивлением резисторов R1—R3, возможно добиться наиболее оптимального света, излучаемого прожекторами.

Рис. 15.37. Светомузыкальная приставка на симисторах

Литература

1. Заряжаемые гальванические элементы. — М.: Радио, 1999, № 7.

2. Поляков В. Физика аэроионизации. — М.: Радио, 2002, № 3, с. 36.

3. Чижевский А. Л. Аэроионификация в народном хозяйстве. — М.: Госпланиздат, 1960 (2-е изд. — Стройиздат, 1989).

4. Шелестов И. П. Радиолюбителям: полезные схемы. Книга 2. — М.: СОЛОН-Р, 2001.

Правда о ферритовых бусинах вас шокирует

22.09.2019 дизайн электроника

Q: Схема аналогового синтезатора, которую я строю, вызывается на схеме для феррита бусинки на силовых шинах, но никакой дополнительной информации не дает. Что какие бусы я должен использовать?

A: Выберите те, которые будут хорошо смотреться на доске, возможно, в цвете, который идет с паяльной маской. В вашем местном магазине товаров для рукоделия должен быть хороший подборка декоративных бусин, как вот эти стеклянные, которые я купила на распродаже распродажа.

Q: Но разве они не бесполезны с точки зрения электричества?!?

A: Да, но в данном контексте это «правильные» ферритовые кольца.

Ферритовые бусины часто неправильно понимают, и они включены во многие SDIY дизайны своего рода карго-культовым процессом: люди знают, что им нужен какой-то фильтрации на силовых шинах, они видят ферритовые бусины, используемые в чужих конструкциях, это распространено мнение, что размещение ферритовых колец на силовых шинах принятой практикой, и поэтому они записывают это и в новые проекты, которые способствует дальнейшему восприятию сообщества, что это именно так, как это Сделанный. В этой статье я подробно расскажу о том, что такое феррит. бусы на самом деле есть, и почему они бесполезны, когда мы видим их на мощности рельсы в большинстве конструкций аналоговых синтезаторов.

Конечно ферритовые бусины не всегда бесполезны. Они существуют как произведенный продукт по какой-либо причине. Ниже я расскажу о некоторых случаях где они в конце концов служат полезной цели. Но в тех случаях, когда бусина необходимо или уместно, будет иметь значение, какую бусину использовать (потому что — это разных видов, и это имеет значение), и внимательный дизайнер, который выбирает бусину по уважительной причине, всегда будет дать вам некоторые подробности о том, какие бусины необходимы. Без этих деталей с таким же успехом можно использовать декоративные стеклянные бусины из магазина товаров для рукоделия; и если детали отсутствуют в дизайне, это намек на то, что, возможно, дизайнер действительно не понимал, чего они пытались достичь, когда они поставили этот символ на схеме.

Что такое феррит

Слово «феррит» имеет несколько значений в разных областях. В металлургия, это относится к определенной кристаллической форме металлического железа. Но в электроники, это означает керамический материал из оксида железа в сочетании с некоторые другие оксиды металлов, обычно используемые для индуктивных компонентов. катушки в моем модуле Coiler VCF намотаны на ферритовые сердечники.

Если вы хотите создать электронный компонент с высокой индуктивностью, вам столкнуться с компромиссом. Чтобы максимизировать энергию, хранящуюся в магнитном поле, вы необходимо пропустить это магнитное поле как можно больше через материал с высокая способность воспринимать плотность магнитного поля (свойство, называемое проходимость ). Обычно это означает намотку катушки вокруг или через сердечник из такого материала. Простейший высокопроницаемыми материалами являются железо и его сплавы, которые в основном классифицируются как различные виды «стали».

Но железо, как и металлы вообще, проводит электрический ток. Если вы ветер катушка на твердом железном или стальном сердечнике, затем переменный ток в катушке индуцирует вихревых токов в самом материале сердечника. Сердечник становится чем-то вроде вторичной обмотки трансформатора, заглушенной в короткое замыкание, что приводит к потере питания и другим проблемам. вихревые токи создают собственные магнитные поля, противодействующие исходному поле от основной обмотки, а встречные поля стремятся подтолкнуть исходное магнитное поле из сердечника, наносящее ущерб предполагаемой работе компонент.

Таким образом, низкочастотный силовой трансформатор часто изготавливается из стали. сердечник, представляющий собой стопку плоских пластин, изолированных друг от друга, вместо единый сплошной кусок. Многослойный сердечник разделяет вихревые токи на множество маленькие петли вместо одной большой петли, охватывающей все поперечное сечение, и множество маленьких петель создают гораздо меньшие потери мощности, чем одна большая петля. На несколько более высоких частотах конструкторы трансформаторов иногда используют порошковые железо в сочетании с изолятором, который разделяет частицы. водоворот токовые петли ограничены размером частиц, а не размером ядра.

Но еще один способ избежать проблем с вихревыми токами — использовать материал с довольно высокой магнитной проницаемостью (пусть и не такой высокой, как металлический сплав), но высокая устойчивость к электричеству. Это цель феррит : это вещество, которое принимает много магнетизма, но в основном изолятор для электрического тока. Феррит – это магнитное железо. оксид с некоторыми легирующими элементами. Минерал магнетит можно рассматривать как примитивный феррит, хотя искусственные вещества, сделанные для этой цели гораздо эффективнее.

Феррит обеспечивает высокую проницаемость при низкой проводимости за счет содержания ядра железа в кристаллической структуре, которая позволяет им быть магнитными, но не не имеют зоны проводимости электронных состояний, которая присутствует в металлических формы. Без зоны проводимости нет простого пути для тока. пройти сквозь кристалл. Несколько упрощенная интуиция состоит в том, что атомы кислорода в кристалле действуют как изоляторы между атомами железа.

Ферриты можно разделить на «твердые ферриты» и «мягкие ферриты», формула которых с различными легирующими элементами. Эти слова не относятся к механическим твердости, а к магнитным свойствам оксидов, по аналогии с «жесткими» и «мягкое» магнитное железо. В случае металлического железа слова твердый и мягкий коррелируют с механической твердостью, хотя это и не главное. Твердые ферриты могут быть превращены в постоянные магниты и обычно используются для такие вещи, как приклеивание бумаги к холодильникам, где это не нужно использовать более мощные и дорогие редкоземельные магниты. Мягкие ферриты те, о которых мы обычно заботимся в электронике: они не принимают постоянные намагниченность, но обладают необходимой высокой магнитной проницаемостью для создания высокоиндуктивные магнитные компоненты. Ферритовые бусины для интерференции подавление из мягкого феррита; крошечные ферритовые сердечники в старомодные компьютерные ядра памяти были сделаны из твердого феррита.

Две стороны мягкого феррита

У корпорации Fair-Rite Products есть загружаемый файл каталог, содержащий много полезной технической информации о ферритовые материалы и детали из них. Эта схема со страницы 12, представляющая комплексную проницаемость «Материала 61» в зависимости от частота, иллюстрирует два основных режима работы мягкого феррита материал.

На относительно низких частотах высокая проницаемость феррита позволяет он поглощает большое магнитное поле, создавая индуктивное электрическое поведение. Электрическое сопротивление феррита также велико, поэтому его мало или совсем нет. через сам ферритовый сердечник протекает ток, а мощности мало потеря. Но с увеличением частоты возрастает и индуктивное сопротивление. потому что это природа индуктивного реактивного сопротивления, в то время как сопротивление ядро остается в основном неизменным. На достаточно высоких частотах сопротивление сердечника станет малым по сравнению с преобладающим сопротивление вихревых токов, и в этой точке ток, протекающий через резистивный сердечник становится важным. Компонент перестает вести себя как чистый индуктор и становится с большими потерями. Таким образом, есть два типа поведения, в зависимости от частоты: на более низких частотах это высокое значение с низкими потерями индуктор, а на более высоких частотах он с потерями, рассеивая большую часть входная мощность.

Оба типа поведения полезны. Если мы строим широкополосный трансформатор или простая катушка индуктивности для чего-то вроде связи радио, то нам нужна высокая индуктивность в несколько мегагерц и низкие потери. Мы получить это в той части диаграммы, где µ’ _s (косвенно связанный с индуктивностью) является доминирующим. Если мы создаем компонент, который предназначен для фильтрации шума в диапазоне от ОВЧ до УВЧ (сотни МГц), затем мы хотим, чтобы он рассеивал мощность от шума, и это происходит при более высоких частоты, когда другая кривая, обозначенная µ» _с , начинает увеличить серьезно.

Каталог Fair-Rite описывает 61 Материал, в частности, по мере необходимости для индуктивных приложений ниже 25 МГц и подавления шума выше 200 МГц, и это то, что мы можем видеть на графике. Большинство их других ферритов материалы действительно предназначены только для использования в одном из этих режимов или другая, но похожая двухфазная модель поведения (не всегда так чисто разделен) виден на аналогичных диаграммах для всех различных материалов в каталог.

Ферритовые шарики

Ток через прямой кусок проволоки создает магнитное поле в кольцо, окружающее провод. Когда мы строим индуктор, мы обычно формируем провод в катушку, позволяя полю от каждого витка усиливать поле всех другой поворачивается; индуктивность масштабируется с квадратом числа повороты. Чтобы еще больше увеличить индуктивность, мы могли бы поместить ферритовый сердечник в середина, где через нее может пройти поле; ферритовый материал способен поддерживают гораздо больший магнитный поток, чем пустое пространство. Но самый простой способ чтобы использовать ферритовый сердечник, можно просто взять простой провод и поставить ферритовый где магнитное поле возникает естественным образом: то есть проскальзывает феррит бусина поверх проволоки. И одним из преимуществ этого является то, что мы можем сделать его даже местами было бы неудобно ставить целиком, тем более сложная, индукторная сборка. Мы можем обернуть ферритовую бусину вокруг всего многожильный кабель, например, этот USB-кабель со встроенным ферритовый интерференционный фильтр в пластиковом корпусе.

Сигнальные жилы в этом кабеле представляют собой линии передачи с витой парой и они в некоторой степени самозащитные: дифференциальные сигналы передаются на них не создавать внешнее магнитное поле, которое будет взаимодействовать существенно с ферритом. Но если должен быть синфазный сигнал распространяется по кабелю в целом, например, если этот кабель используется в вблизи сильного радиопередатчика, то этот сигнал создаст поле в феррите и если частота достаточно высока , феррит рассеивает свою мощность. Аналогичный эффект наблюдается как в направление передачи и приема: этот кабель будет принимать и генерируют меньше радиопомех, чем кабель без феррита шарик.

Ферритовые бусины используются на отдельных проводниках в случае необходимости что там могут плавать радиочастоты, и ничего из этого не нужно на конкретный проводник, о котором идет речь. Например, если вы строите одноплатный компьютер, у вас может быть процессор с тактовой частотой в сотни мегагерц. Вполне вероятно, что часть этой частоты будет быть соединены с шинами питания, а другие части системы могут быть чувствительны к этому. Развязывающие конденсаторы должны потреблять большую часть времени. воздействия на блок питания, но конструкторы могут поставить бусины на линии электропередач ведущий в ЦП, чтобы поглотить любые радиочастотные часы, которые могут все еще присутствуют, а также на низкочастотных сигнальных линиях в других местах, чтобы предотвратить его утечку.

Честно говоря (и как следует из некоторых обсуждений в каталог Fair-Rite), большая часть причин для использования ферритовых колец заключается в том, только для того, чтобы удовлетворить государственных регуляторов. Сертификационные лаборатории укажут антенны на вашем изделии. Если продукт излучает слишком много радиочастотного энергия, вы терпите неудачу; а если пощекотать его радиопередатчиком и продукт перестает работать, вы снова терпите неудачу. Так что коммерческие дизайнеры добавят ферритовые бусины, предназначенные для работы в области с потерями, пока не покажется ясно, что не будет значительной радиочастотной энергии, поступающей или вне продукта.

Вот еще одна таблица из каталога Fair-Rite, страница 146; статья «Как выбрать ферритовые сердечники для подавления электромагнитных помех», начинающийся на этой странице, представляет собой полезный ресурс. На графике показано полное сопротивление типичной ферритовой бусины, с величинами резистивного ( R ), индуктивного ( X _L ) и всего ( Z ) компонентов. Обратите внимание, что итог не является простой арифметической суммой, потому что два других находятся справа углами друг к другу.

Как и предсказывает приведенная выше теория поведения феррита, импеданс начинается около нуля (катушки индуктивности похожи на простые провода при низких частоты), затем растет с частотой, будучи в основном индуктивной. Около 20 МГц (в данном случае) индуктивное сопротивление начинает падать, но сопротивление становится более серьезной проблемой, и бисерная проволока ведет себя больше как резистор, до пика в сотни мегагерц. Следующее эквивалентная схема производит аналогичное поведение и может прояснить, что продолжается.

Вот аналогичные кривые импеданса для эквивалентной схемы. Они не идентичен схеме из каталога; в частности, пик индуктивное сопротивление реального шарика не такое высокое по сравнению с сопротивление, как и в эквивалентной схеме из-за частоты зависимость сопротивления, которая здесь не моделируется. Моделирование этого эффект потребует более сложной эквивалентной схемы и не будет действительно прояснить ситуацию. Я просто выбрал значения для эквивалента компоненты должны быть достаточно правдоподобными и давать кривые аналогичной формы для настоящая бусина.

Грязная мощность в аналоговом SDIY

Синтезаторы генерируют звуковые сигналы, и когда люди жалуются на шум в схемах синтезатора жалуются на слышимый шум. Это значит шум в диапазоне от 20 Гц до 20 кГц. Сколько тем форума вы прочитали в которые люди жаловались на «кровотечение» в VCA — потому что они могли слышать входной сигнал поступает на выход даже тогда, когда VCA должен был быть выключен — только чтобы в конце концов обнаружить, что сигнал был на самом деле проходит через систему распределения электроэнергии? Это и слышимое шипение часто обвиняют в наличии цифровых модулей, оба вызваны звуковые сигналы, передаваемые по шинам питания.

Таким образом, люди приложили много усилий, чтобы уменьшить передачу звука. частоты через систему питания модульного синтезатора. (Похожий соображения применимы и к немодульным синтезаторам, которые все еще внутренние подразделения на разные разделы. ) Одна вещь, которую нужно сделать, это использовать блок питания с хорошим стабилизатором напряжения, способным поддерживать выходную мощность фиксированное напряжение. Регуляторы напряжения в этом режиме по существу работают как аудиоусилители для задействованных частот сигнала, генерирующие собственная сила звуковой частоты, чтобы противодействовать тому, что навязывается на линии электропередач другими частями системы. Но регулятор напряжения способен регулировать напряжение только в одной точке, его выходная клемма или, в лучшем случае, расположение его дистанционного сенсорного крана.

Дана единственная точка в цепи, которая считается источником постоянного напряжения с минимальные помехи звуковой частоты, следующим шагом будет поддержание импеданса как можно ниже на любых ЛЭП оттуда до модулей что бывает для совместного использования более чем одним модулем. Если один модуль ставит аудиочастотный сигнал на шину в одной точке, а другой модуль подключен к шине таким образом, чтобы разделить часть провода между там и точка чистейшей силы, то звуковой сигнал падал через этот общий провод приведет к колебаниям напряжения, видимым вторым модуля, какой бы чистой ни была мощность в источнике.

Полное сопротивление в общих соединениях приводит к перекрестным помехам между модулями, как внятные сигналы (воспринимаемые как «кровотечение») и общие шипящие звуки (воспринимается как «шум»). Шинные системы питания высокого класса для модульных синтезаторов стремиться уменьшить эти общие импедансы как можно меньше, как за счет используя большие проводники с низким сопротивлением и прокладывая проводники все к общей точке питания, чтобы уменьшить общую проводку. На другом конце шкалы, кабели «летающий автобус» иногда рекомендуются для запуска системы размещают множество тонких общих проводов с относительно высоким импедансом, между модулями и блоком питания. Эти системы, скорее всего, проблемы с помехами между модулями.

Третье, что люди делают, чтобы уменьшить проблему грязной мощности, — это строят фильтры между модулями и системой питания. В то время как низкий импеданс на желательны общие силовые соединения, для подачи электроэнергии на модуль, который не используется совместно с другими, вам нужен импеданс на аудио частоты должны быть как можно выше , тем лучше блокировать мощность звуковой частоты от других модулей, поступающих или от этого модуля, вне. Фильтр по-прежнему должен пропускать мощность постоянного тока, фактически необходимую для модуль.

Здесь на помощь приходят ферритовые шарики. Дизайнеры знают, что ферритовые шарики могут хорошо пропускают постоянный ток — ведь прямо через бусину проходит провод, а на постоянном токе магнитные эффекты не имеют электрического значения — и шарики становятся резистивный на более высоких частотах. Вот что нам нужно от сетевого фильтра, верно? Поэтому они указывают ферритовые кольца на силовых шинах.

Возможно, вы уже заметили проблему.

Почему бусинки бесполезны

Ферритовые шайбы предназначены для блокирования кондуктивных помех по радио частоты . Радиочастоты не такие, как у типичного аналогового SDIY цепь должна быть защищена от! Проблемы «шума» и «кровотечения» для которые люди хотят развернуть бусины, происходят на звуковых частотах, где бусы ничего не делают.

Графики частотного импеданса, приведенные выше, начинаются с 1 МГц, что в 50 раз больше самая высокая слышимая частота. Звуковые частоты далеко слева от диаграмма, где полное сопротивление практически равно нулю. Продукты Fair-Rite Корпорация не удосужилась указать какие-либо из своих бусин для подавления электромагнитных помех в частоты ниже 1 МГц, и большинство из них предназначены для работы на более высоких частотах, до десятков и сотен МГц. Изделия из ферритовых колец из других производители имеют аналогичные характеристики.

Во что бы то ни стало, существуют ферритовые изделия, предназначенные для работы на более низких частотах. — многие из них есть в каталоге Fair-Rite — но те работают в индуктивный диапазон поведения феррита, они используют гораздо больше витков, чтобы произвести значимая индуктивность вместо того, чтобы просто провести один провод через шарик, и даже тогда они обычно предназначены для более высоких частот, чем аудио. Катушки индуктивности с ферритовым сердечником EPCOS в моем Coiler VCF толкаются до нижнего предела их частотного диапазона. Катушки индуктивности и индуктивные такие компоненты, как трансформаторы, предназначенные для аудио, часто используют ламинированную сталь. вместо ядер. Просто нет никаких ферритовых материалов, которые работают в режим с потерями на звуковых частотах.

Снова взглянув на эквивалентную схему, рассмотрим три компонента. идеализированное сопротивление 220 Ом будет равно 220 Ом независимо от частоты. в звуковой диапазон, мы получаем индуктивное сопротивление индуктивного эквивалента компонент путем умножения килогерц на один микрогенри, что дает мОм . Емкостное сопротивление выражается в килогерцах. пикофарад, что дает наносименс, который преобразуется в гигаом. Низкая индуктивная реактивное сопротивление закорачивает сопротивление и емкостное сопротивление и общее поведение в основном такое же, как простое подключение простого провода к плате, или пропуская проволоку через одну из моих декоративных стеклянных бусин. На аудио ферритовая шайба не действует.

Так есть ли смысл использовать ферритовую бусину в синтезаторе? Да, но только в ограниченных обстоятельствах, только с размышлением и испытанием, и только если мы также собираемся делать другие вещи, которые дизайнеры SDIY часто пропускают.

В большей части этой статьи я осторожно сказал «аналоговый SDIY». Есть конечно схемы синтезатора, которые не являются аналоговыми. Если у тебя есть микроконтроллер в вашей конструкции, он может иметь тактовую частоту в десятки МГц диапазон, и вы можете быть обеспокоены тем, что сигналы этой частоты поступают из модуля к шине питания или вход через шину питания. Я бы обычно ожидают, что шунтирующие конденсаторы будут первой линией защиты, но возможно, при тщательном анализе можно было бы обнаружить, что ферритовая шайба имеет смысл. Многие ферритовые бусины хорошо работают в диапазоне десятков МГц. Из конечно тогда надо бы уточнять какая бусина и особенно какой ферритовый материал, чтобы удовлетворить диапазон частот, которые беспокойство.

Но важно различать такие вещи — помехи и от цифровых цепей на частотах радио , которые они используют внутри — пользователи синтезатора любят жаловаться на звуковой частотный «цифровой шум» о. Аудиочастотный материал, независимо от того, называется ли он «цифровым». проходит прямо через ферритовые бусины, как если бы они были просто проводами.

Существует некоторая вероятность того, что для успокоения можно использовать ферритовую бусину. паразитные колебания на высокопроизводительном операционном усилителе, особенно если это усилитель действительно создан для высоких, чем звуковые, частот. в аудиосервис. Обычно более популярно использовать конденсатор параллельно контуру обратной связи, но индуктивность в серия — обеспечивается ферритовой бусиной на выходе усилителя — может иметь аналогичный эффект. Я думаю, что конденсатор обычно было бы проще спроектировать.

Ферритовые бусины могут использоваться в синтезаторах еще одним способом. сводится к излучаемому шуму, опять же как передаваемому, так и принимаемому. Аналог схема синтезатора вряд ли будет генерировать какие-либо сигналы выше примерно сотни килогерц, что все еще слишком мало для того, чтобы ферритовая шайба могла их заблокировать. Но цифровая схема, которая передает свою тактовую частоту на шину питания, может превратить автобус в антенну, излучающую сигнал, который заставит систему не пройти нормативные испытания, даже если нет слышимого воздействия на другие модули.

И если модульный синтезатор используется в условиях высокой радиации от других вещей (может быть, на сцене, где много беспроводных микрофонов при использовании или в некоторых сценариях, связанных с радиолюбительской передачей), это можно представить, что энергосистема может принимать достаточное количество радиоволн что могли запороть модуль, чувствительный к радиочастотам. В крайнем случае, компоненты аналоговой схемы синтезатора могут демодулировать радиосигналы возвращаются в аудио, что приводит к беспроводному «кровотечению», хотя что, вероятно, потребует таких высоких уровней радиации, чтобы сокрушить ферритовые фильтры в любом случае.

Ферритовые бусины могут быть использованы в синтезаторах такого типа. случаев, когда существует конкретная проблема помех, связанных с излучением. Но это почти бесполезно, если вы также не используете экранированный корпус. Средний деревянный или пластиковый корпус Eurorack прозрачен для радио волны. Заблокируйте их в месте присоединения силового кабеля к модулю, и они будет просто подхвачен снова на другой стороне фильтра. Вам нужен цельнометаллический или хотя бы фольгированный корпус раньше будет большой смысл думать о ферритовых бусинах для излучаемых помех, и вы необходимо соблюдать осторожность при правильном обращении с соединениями экрана на заплате. кабели. Просто забудьте об этом в незащищенном формате синтезатора бананового гнезда.

Итак, я прошел, что такое феррит, как он ведет себя в электронных компоненты, а также использование и неправильное использование ферритовых колец. Хотя есть случаи, когда ферритовые бусины могут быть полезны в конструкции синтезатора, безусловно, самые Обычное применение ферритовых шариков, о котором спрашивают любители синтезаторов DIY, — это идея поместить их на входы питания постоянного тока аналогового модуля в качестве профилактическое средство от «шума». Часто возникает путаница в отношении того, какие конкретные модель бусинок для использования в этом приложении фильтрации мощности, и дело в том, если вас беспокоят звуковые частоты, вы можете просто использовать декоративные стеклянные бусины для всего хорошего, что они сделают.

◀ ПРЕДЫДУЩАЯ Проектирование для регулировки || Toronto Pedal and Synth Expo NEXT ▶

DX Engineering Ferrite — бесплатная доставка для большинства заказов на сумму более 99 долларов США в DX Engineering

4,9 из 5 звезд 121 отзыв клиентов

Инженерные ферриты DX представляют собой частично магнитные металлы и керамические смеси, доступные в различных формах, включая тороидальный сердечник, шариковые и с пластиковым покрытием.

Инженерные ферриты DX представляют собой частично магнитные смеси металлов и керамики, доступные в различных формах , в том числе тороидальный сердечник, шариковый тип и ферритовый разъемный шарик с пластиковым покрытием, называемый защелкивающимися шариками. Они используются во множестве приложений подавления РЧ для уменьшения РЧ-помех (радиочастотных помех), а также для уменьшения импульсных и других типов помех РЧ-шумов. Специальные ферриты используются для экспериментов и создания электронных схем, а также для изготовления трансформаторов, радиочастотных дросселей и антенных балунов. Вариации магнитных и немагнитных металлов и неметаллической керамики, используемые для изготовления ферритов, называются «смесями» 9.0003

DX Engineering Ферриты представляют собой частично магнитные смеси металлов и керамики, доступные в различных формах, включая тороидальный сердечник, шариковый тип и ферритовый разъемный шарик с пластиковым покрытием, называемый защелкивающимися шариками. Они используются во множестве приложений подавления РЧ для уменьшения РЧ-помех (радиочастотных помех), а также для уменьшения импульсных и других типов помех РЧ-шумов. Специальные ферриты используются для экспериментов и создания электронных схем, а также для изготовления трансформаторов, радиочастотных дросселей и антенных балунов. Варианты магнитных и немагнитных металлов и неметаллической керамики, используемые для изготовления ферритов, называются «смесями», и каждый из них имеет разные радиочастотные свойства или диапазоны. Поэтому ферриты с разным количеством смеси обычно используются для различных приложений в этих диапазонах, определяемых десятилетиями экспериментов инженеров и приложений радиолюбителей. Каждому миксу был присвоен цветовой код, чтобы помочь идентифицировать феррит, поэтому цифровая маркировка на металле не используется. Феррит с цветовой маркировкой можно идентифицировать спустя долгое время после того, как пронумерованная упаковка была выброшена или распалась со временем. Как они работают? Просто используйте защелкивающиеся бусины на кабеле или проводе. Еще более эффективный дроссель требует от нескольких до нескольких витков провода или кабеля через и вокруг ферритового защелкивающегося шарика или тороидального сердечника. Это ослабляет радиопомехи к подключенному электронному устройству, производящему радиочастотный шум, или от него. Результаты могут быть очень неожиданными. Решение проблем с шумом и радиочастотными помехами может быть разочаровывающим. Из-за характера подавления радиочастотных и шумовых помех; методы надлежащего использования ферритов могут потребовать некоторого количества проб и ошибок, но часто являются лучшим решением сложной проблемы. Используйте DX Engineering Ferrite для невероятного количества электронных схем, проектов по снижению шума и радиочастотного подавления. Подробная информация о смесях и типах ферритов DX Engineering приведена в описании каждого продукта. Размеры и области применения обсуждаются в разделе «Подробнее» и в литературе, доступной на вкладке «Документация» каждого из этих продуктов.

Результаты 1–25 из 29

$31,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 7 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $56,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 18 апр. 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$38,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 11 апр. 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> $44,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 21 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$34,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 24 апр. 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> 49,99 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: 21 февраля 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99,99 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: 25 апр. 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> 40,99 долларов США

Ориентировочная дата отгрузки в США: 19 апр. 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

$78,99

Ориентировочная дата отгрузки в США: 7 марта 2023 г. Расчетная дата международной отправки: Сегодня

99″> 79,99 долларов США