Что такое ферритовые фильтры, и для чего они нужны

Конечно, всем приходилось видеть ферритовые фильтры. Это маленькие цилиндры, которые расположены, например, на шнурах питания или на кабелях согласования электронных девайсов. Их также можно увидеть на самых обычных компьютерных системах, то есть на концах проводов, соединяющих системный блок и клавиатуру, мышь, монитор, принтер, сканер и пр.

Этот элемент принято называть ферритовым фильтром или ферритовым кольцом. Современный быт подразумевает множество самых разных средств вычислительной техники. А она, как известно, функционирует на токах высокой частоты.

При более высокой частоте – более высокая скорость, с которой обрабатывается информация. Однако с токами высокой частоты связаны некоторые технические ограничения на соединительные кабели, которые предназначены для того, чтобы передавать такие сигналы. Прежде всего, это распространяется на побочные электромагнитные излучения и наводки (ПЭМИН).

Больше всего заметны помехи на длинных проводах. Все потому, что сигналу присуще затухать. Сам же кабель выступает в качестве антенны. Вот почему внутри кабеля иногда появляются паразитные токи. А это оказывает негативное влияние на качество сигналов, которые проходят через кабель.

Индуктивность можно сделать больше, если использовать специальное ферритовое кольцо. Ферритовые фильтры можно увидеть в современной оргтехнике или компьютерной технике, на платах и проводах. Они имеют форму кольца. Могут также быть в виде оцилиндрованных половинок. Фильтры бывают как съемные, так и «цельные», без возможности снятия.

Как устроен и работает этот фильтр

Ферритовые кольца являются компонентами электрической цепи. Они применяются в качестве пассивных элементов для того, чтобы фильтровать высокочастотные помехи. Это осуществляется за счет того, что повышается индуктивность проводника и поглощаются помехи, которые превышают заданный порог.

Как известно, у ферритовых фильтров может быть разная форма и разное исполнение. Однако всех их объединяет одно и то же назначение. Они защищают электронное оборудование от помех высокой частоты на всем протяжении информационного кабеля.

Полезный сигнал по одному проводу идет в одну сторону. По другому проводу полезный сигнал идет в обратную сторону. В результате магнитные поля полезных сигналов взаимовычитаются. И индуктивное сопротивление для полезного сигнала равняется нулю.

Помехи «наводятся» и в одном, и в другом сигнальном проводе с одинаковой фазой. При прохождении их через ферритовый цилиндр магнитные поля данных помех складываются. Общее магнитное поле становится больше. Возникает большое индуктивное сопротивление. Именно оно и делает помехи намного слабее.

А нужен ли вообще ферритовый фильтр?

Нужно признать, что в электромагнитном плане компьютеры – это устройства, которые создают немало шума. Скажем, материнская плата, что внутри системного блока, может осциллировать на частоте одного килогерца. У клавиатуры есть микрочип, работающий на высокой частоте.

Данные факторы ведут к генерации радиошумов рядом с системой. Большинство из них можно устранить экранированием платы от электромагнитных полей корпусом из металла. Однако есть еще один источник шума. Это провода из меди, соединяющие разные девайсы.

Они действуют подобно длинным антеннам, улавливающим сигналы от кабелей другой радио- и телевизионной техники. Они оказывают влияние на то, как работает «свой» прибор.

Ферритовый фильтр избавляет от электромагнитных шумов и сигналов эфирного вещания. Данные элементы преобразуют электромагнитные колебания высокой частоты в тепловую энергию. И потому им место – на концах многих кабелей.

Принцип работы ферритовых кабельных фильтров с защелкой

Отчего зависит работа ферритового фильтра? От того, каковы характеристики материала, из которого он сделан. Если добавить оксиды различных металлов, то свойства феррита будут изменены.

Различают несколько методов использования ферритовых колец:

- На одножильных проводах, то есть однофазных, кольцо может, наоборот, поглощать излучение в определенном диапазоне. В результате наводки преобразуются в тепловую энергию. Значит, негативные частоты могут быть поглощены, то есть отсечены ферритовым кольцом.

- На одножильных проводах, в которых кольцо является своеобразным усилителем, поскольку, возвращает обратно в кабель часть высокочастотного магнитного поля. Это ведет к тому, что в заданном диапазоне сигнал становится сильнее.

- На многожильных проводах феррит действует как синфазный трансформатор, пропускающий несимметричные сигналы в кабеле. В частности, импульсы тока в кабелях, предназначенных для того, чтобы передавать данные. Или в цепях питания постоянным током. Фильтр гасит и симметричные сигналы. А они потенциально могут быть вызваны в данных кабелях лишь электромагнитные наводками.

Где применяется ферритовый фильтр? Как его выбирать?

На кабелях питания ферритовые кольца используют для того, чтобы снизить помехи. Их могут создать сами кабели. А на сигнальных кабелях, которые осуществляют передачу данных, ферриты являются средством гашения возможных внешних помех и наводок.

Бывают ферритовые кабельные фильтры встроенные, то есть кабель продают уже с ферритовым кольцом. Бывают и отдельные ферритовые фильтры. В большинстве случаев это модели, которые защелкивающиеся вокруг провода. Они не требуют каких-то доработок самого кабеля.

Провод можно вставить в центр ферритового фильтра. Так получится одновитковая катушка. Возможно также образование вокруг кольца нескольких витков. Это тороидальная обмотка. Последний метод ведет к существенному увеличению эффективности работы фильтра.

Если нужно подобрать ферритовое кольцо так, чтобы оно соответствовало заданным требованиям, то обязательно узнайте, какие характеристики у материала, из которого его сделали. Узнайте также, какие габариты у изделия.

Если подвести итог всему сказанному, то для обозначения основных свойств ферритовых фильтров производители делают такую маркировку:

- цифровое обозначение (например, 3000) – показатель начальной магнитной проницаемости феррита,
- HH – это марка феррита (в большинстве случаев это HH – ферриты общего назначения или HM – для слабых магнитных полей),
- D – наибольший (внешний) диаметр,
- d – меньший (внутренний) диаметр,
- h – высота тороида.

Вот типовые примеры использования ферритов:

- марка 100НН может применяться для кабелей с частотами до 30 МГц,
- 400НН — с частотами не более 3,5 МГц,
- 600НН — с частотами до 1,5 МГц
- 1000НН — до 400 кГц.

Скажем, антенный ферритовый фильтр должен иметь марку HH. Зато ферритовый фильтр для USB кабеля лучше всего выбрать с маркой HM, то есть для кабелей, у которых слабое магнитное поле.

Как наматывать ферритовые кольца

Обычно для этого нужно подобрать правильный ферритовый фильтр, а потом защелкнуть его на кабеле. Сделать это нужно как можно ближе к тому месту, где подключается прибор.

Иногда для того, чтобы увеличить импеданс, кабелем делают несколько витков вокруг кольца феррита. Тогда импеданс станет расти кратно квадрату числа витков, то есть с пары витков – в четыре раза, а с трех – уже в девять раз.

После наматывания ферритовое кольцо должно защелкнуться. Для этого нужно заранее определиться с тем, сколько будет витков провода. А еще необходимо произвести расчет внутреннего диаметра фильтра. Тогда он закроется, и кабель при этом не передавит.

Что за материал – феррит?

Свойства такому фильтру придает материал, из которого его делают. Это феррит.

Ферритом называют соединения, в основе которых оксид железа и оксиды других металлов. В ферритах совмещены свойства ферромагнетиков и полупроводников. В некоторых случаях и диэлектриков. Вот почему они применяются как сердечники катушек, постоянные магниты. Они же являются поглотителями электромагнитных волн высоких частот и пр.

У данного материала высокая магнитная проницаемость. Однако при этом он не проводит электрический ток. Данный материал делают из порошков оксида железа.

Данные фильтры – отличная защита от внешних электромагнитных полей высокой частоты. Они иногда появляются из-за того, что работают мобильные телефоны, печи СВЧ, импульсные блоки питания и электронная аппаратура.