Ферритовые кольца на кабель для чего
Перейти к содержимому

Ферритовые кольца на кабель для чего

  • автор:

Для чего нужен этот фильтр на кабеле и почему он используется не везде

Многие замечали этот цилиндр на кабелях питания ноутбука, а также на кабелях подключения монитора или фотоаппарата. В этой статье я расскажу о ферритовых фильтрах: какую задачу они выполняют и почему встречаются не на всех кабелях современной техники.

Принцип работы

Когда электрический ток проходит через кабель, он создает магнитное поле вокруг себя. Иногда это магнитное поле может попадать на другие кабели или устройства, создавая помехи.

Если говорить простым языком, ферритовое кольцо, помещенное на кабель, действует как компенсатор. Он принимает на себя некоторые магнитные воздействия, как бы «поглощая» часть этих полей.

За счет этого поглощения, магнитные помехи, которые могли бы повлиять на работу, например, ноутбука, становятся слабее. Это помогает поддерживать стабильную работу устройства.

Когда фильтр не требуется

Можно заметить, что далеко не на всех кабелях для питания или передачи информации имеются ферритовые кольца. Почему? Дело в том, что ферриты — не единственный способ защиты от помех. Для их минимизации также подходит экранирование (защита) в виде медной оплётки.

Также пассивные и активные фильтры могут присутствовать в платах блоков питания и самих устройствах. Второй вариант более практичный, универсальный, ну и, конечно же, более дорогой.

Именно поэтому наличие ферромагнитного фильтра может свидетельствовать о низком качестве кабеля и других компонентов в целом.

Когда стоит установить фильтр самостоятельно

Ещё бывают случаи, когда не используется ни ферритовые кольца/цилиндры, ни экранирование провода — как правило, это самое бюджетное решение, которое может привести к ухудшению качества работы электроники. В зависимости от используемой аппаратуры, помехи могут проявляться в:

  • искажении аудиосигнала в наушниках, колонках или штатных динамиках (гул, шипение и просто снижение качества);
  • мерцании, изменении цветов и оттенков в видеосигнале;
  • зависании, частичной потере данных или их некорректной записи;
  • снижении производительности.

Образованные магнитные поля также засоряют радиоэфир, мешая работе другого оборудования.

Чтобы этого не допустить, вы можете:

  1. Приобрести новый качественный кабель с защитой;
  2. Отдельно купить ферритовый фильтр и установить его на используемый провод (цена вопроса около 100 рублей).

Особенно рекомендую рассмотреть приобретение защиты, если вы работаете с длинными кабелями, а также если они располагаются вблизи к другим источниками помех (например, компрессор холодильника, пылесоса или другой электромагнитный двигатель).

Совет: если вы купили фильтр, а помехи уменьшились несущественно, то сделайте несколько витков вокруг цилиндра. Так вы повысите индуктивность, то есть сопротивление, которое фильтр будет оказывать на помехи.

Что это за штука на проводе и зачем она нужна

Цилиндр на конце кабеля заполнен кусочками феррита. Благодаря своим уникальным свойствам это вещество способно захватывать электромагнитное поле и превращать его в тепло, которое потом рассеивается.

Таким образом, феррофильтр устраняет лишнее электромагнитное поле, генерируемое кабелем. А это помогает убрать шумовые помехи в кабеле и повысить качество электрического сигнала — что очень важно для стабильной передачи данных.

Поэтому ферритовые фильтры устанавливаются на всех дата-кабелях — к которым как раз относятся USB и HDMI.

Что будет, если снять ферритовый фильтр?

Если из любопытства вы попробуете снять с кабеля ферритовый цилиндр, то ждите ухудшения качества сигнала. Без устранения шумовых помех в кабеле данные могут теряться.

Например, видео, передающееся на телевизор по HDMI-кабелю, будет пропадать. Но только в том случае, если феррофильтр — единственная защита кабеля от шумов. Это обычное дело для старых или недорогих кабелей (на которых обычно и можно увидеть цилиндры).

Более качественные кабели (например, оригинальный USB, поставляющийся с вашим смартфоном) защищены при помощи экранирования. Внутри кабеля медный провод покрыт специальной оплеткой, выступает в роли экрана шумов.

Что будет, если надеть ферритовый фильтр?

Феррофильтры для кабелей успешно продаются в качестве запчастей. Можно купить себе такой и надеть его на кабель в качестве вспомогательного элемента для улучшения сигнала.

Но не факт, что вы заметите видимое улучшение. Если кабель экранированный, он и так будет передавать сигнал с минимумом помех. Поэтому смысл надевать ферритовое кольцо есть, только если кабель при передаче данных выдает видимые помехи. Кстати, феррофильтр можно надеть не только на дата-кабель, но и на другие виды: например, сетевые кабели.

Если при просмотре фильмов с ноутбука на телевизоре по HDMI-кабелю изображение «запинается» или пропадает, можно попробовать установить феррофильтр. Как правило, это полностью устраняет проблему.

Зачем нужны эти странные цилиндры на кабеле

Утолщения цилиндрической формы — это ферритовые фильтры, они нужны для устранения высокочастотных помех.

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.

Фото: Depositphotos

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.

Ферритовые фильтры, которые можно установить самостоятельно. Фото: Depositphotos

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.

Это тоже интересно:

  • Зачем люди стали отключать роутер на ночь
  • Зачем покупатели в магазинах кладут на весы смартфон
  • Зачем полицейские просят набрать *#06# на телефоне?

Как работают ферритовые шайбы и как их правильно выбирать?

Как работают ферритовые шайбы и как их правильно выбирать?

Иногда мне хотелось бы видеть электромагнитные волны. Это значительно облегчило бы обнаружение ЭМП. Вместо того чтобы возиться со сложными настройками и анализаторами сигналов, я мог бы просто взглянуть на них и понять, в чем проблема. Хотя у нас нет возможности увидеть электромагнитные помехи, иногда мы можем их услышать, когда они проходят через цепи аудиосигналов. Один из способов устранения таких помех заключается в применении ферритовых шайб.

К сожалению, ферритовые шайбы (также именуемые ферритовыми дросселями, ферритовыми зажимами, ферритовыми кольцами, шайбами фильтра ЭМП или ферритовым кольцевым фильтром) могут казаться чем-то загадочным и непонятным. Ферритовые сердечники выполняют примерно ту же функцию, что и индукторы, однако при высоких частотах их частотная характеристика отклоняется от этого функционала. Кроме этого, разные типы шайб, например ферритовые шайбы с проволочной обмоткой и с чипами, выполняют разные ответные действия для шумоподавления. Например, ферритовые шайбы с проволочной обмоткой работают в широком диапазоне частот, однако создают меньшее сопротивление в установках постоянного тока. Чтобы использовать ферритовые шайбы правильно, необходимо понимать, каковы их электромагнитные характеристики и то, как они меняются в процессе эксплуатации. Знание теории применения ферритовых шайб помогает правильно подобрать их для конкретной печатной платы. Не изучив теорию, можно в конечном итоге столкнуться с неустранимыми проблемами.

На этом рисунке показано, почему ферритовую шайбу иногда называют ферритовым кольцом или ферритовым дросселем

Что такое ферритовая шайба и как она работает?

Ферритовые шайбы — это пассивные электронные компоненты, способные подавлять высокочастотные сигналы на линии электропитания. Как правило, их размещают вокруг пары линий — питания и заземления, идущей к конкретному устройству; в качестве примера можно привести провод питания ноутбука. Эти шайбы действуют в соответствии с законом Фарадея: магнитный сердечник, располагающийся вокруг проводника, в присутствии высокочастотного сигнала индуцирует обратную ЭДС, что ослабляет частотную характеристику ферритового элемента. Стандартные ферритовые шайбы можно приобрести у специализированных производителей, например Coilcraft; для определенных проектов могут потребоваться шайбы, изготовленные по индивидуальному заказу.

Ферриты являются магнитными материалами, размещение которых в ферритовом зажиме вокруг линии питания/заземления позволяет сформировать источник индуктивного импеданса для сигналов, проходящих через линию. Поэтому можно предположить, что они являются стандартными индукторами, хотя в действительности они намного сложнее. Ферритовая шайба — это нелинейный компонент. Создаваемый им импеданс изменяет при прохождении через феррит ток нагрузки и перепад напряжения. Упрощенная модель цепи ферритовой шайбы поможет понять ее частотные характеристики. Однако следует помнить, что эти характеристики могут меняться в зависимости от силы тока и температуры.

Поскольку импеданс ферритовых шайб носит индуктивный характер, индукторы в форме ферритовых шайб используются для ослабления высокочастотных сигналов в электронных компонентах. Когда дроссель в форме ферритовой шайбы помещается на линию питания, соединяющуюся с электронным устройством, он устраняет любой паразитный высокочастотный шум, присутствующий на соединении питания или исходящий от источника питания постоянного тока. Такое использование ферритового зажима представляет собой один из вариантов подавления шума, например исходящего от импульсного источника питания. Применение ферритовых шайб в качестве ферритового фильтра обеспечивает подавление и устранение проводимых ЭМИ.

Существуют разные варианты применения ферритовых шайб в качестве фильтров; при использовании в качестве фильтра ЭМИ/фильтра источника питания шайбы, как правило, рассчитывают на определенное номинальное пороговое значение постоянного тока. Ток, превышающий оговоренное значение, может повредить компонент. Проблема в том, что на эту предельную величину существенно влияет высокая температура. При повышении температуры номинальный ток быстро снижается. Номинальный ток также влияет на импеданс ферритового элемента. По мере роста постоянного тока ферритовая шайба будет «насыщаться» и терять индуктивность. При относительно высокой силе тока вследствие насыщения снижение импеданса ферритовой шайбы может достигнуть 90 %.

Сравнение ферритовой шайбы и индуктора

Хотя ферритовую шайбу можно смоделировать как индуктор, индукторы из ферритовых шайб не ведут себя как типовые индукторы. Для сравнительной оценки поведения ферритовой шайбы и индуктора следует послать аналоговый сигнал через шайбу и прокачать частоту через несколько порядков величин. Из графика Боде, построенного для ферритовой шайбы с разверткой по частоте, следует, что на высоких частотах ферритовая шайба формирует более резкий откат, чем индуктор с аналогичным поведением при низкой частоте.

Простая, но точная модель ферритовой шайбы, подсоединенной к источнику переменного тока.

Ферритовую шайбу можно смоделировать как конденсатор и индуктор, а также как резистор, параллельно с этой RLC-сетью, имеющей проводное соединение с последовательным резистором. Последовательный резистор количественно определяет устойчивость устройства к постоянному току. Индуктор в этой модели отображает основную функцию ферритовых шайб, заключающуюся в ослаблении высокочастотных сигналов, т. е. в обеспечении индуктивного импеданса по закону Фарадея. Параллельный резистор в этой модели отражает потери в вихревых токах, которые индуцируются внутри ферритовой шайбы на высоких частотах. Наконец, конденсатор в этой модели отражает естественную паразитную емкость компонента.

Как видно из кривой импеданса ферритовой шайбы, импеданс в основном резистивного характера чрезвычайно высок лишь в узкой полосе. Индуктивность шайбы доминирует в границах этой узкой полосы. На более высоких частотах импеданс ферритовой шайбы начинает приобретать емкостной характер и стремительно уменьшается. В конечном итоге, по мере дальнейшего роста частоты, емкостной импеданс падает до очень низкого значения, и импеданс ферритовой шайбы приобретает исключительно резистивный характер.

Изучив теорию ферритовых элементов, можно приступать к их выбору для устройств. Это не очень сложно; чтобы выбрать ферритовую шайбу для проектного решения, нужно проанализировать ее технические характеристики. Может возникнуть вопрос о том, нужны ли ферритовые шайбы для конкретного проекта? Как и при выборе многих других инженерных решений, ответ не так прост. Если известно, что на плату будут воздействовать проводимые ЭМП в определенном диапазоне частот и нужно ослабить эти частоты, использование ферритовой шайбы может быть обоснованным.

Исходя из индуктивного поведения ферритовых шайб можно сделать вывод о том, что ферритовые шайбы «ослабляют высокие частоты» без дополнительного анализа. Наряду с этим, ферритовые шайбы не действуют как широкополосный фильтр пропускания низких частот, поскольку они могут только содействовать ослаблению определенного диапазона частот. Необходимо выбрать ферритовую шайбу и расположить ее в качестве дросселя там, где нежелательные частоты находятся в ее резистивном диапазоне. Если выбирается завышенное или заниженное расположение, шайба не даст желаемого эффекта.

Прежде чем выбрать для проекта конкретную ферритовую шайбу, следует уточнить, сможет ли производитель обеспечить желаемые кривые зависимости импеданса от тока нагрузки. Это лучший подход, которым можно воспользоваться для выбора ферритовой шайбы, намного опережающий другие варианты по эффективности. При очень высоких токах нагрузки требуется выбрать ферритовую шайбу, способную их выдерживать без насыщения и потери импеданса в желаемом диапазоне частот.

Предостережения

Ферритовые шайбы и ферритовые дроссели фактически являются при высоких частотах резистивными нагрузками, что означает, что они могут создавать в цепи ряд проблем. Выбирая место расположения шайбы, необходимо учитывать перепад напряжения и рассеивание тепла.

Когда применялись высоковольтные цепи, перепад напряжения не создавал значительных проблем. На сегодняшний день существует огромное количество цепей низкой мощности, которые могут использовать напряжение не выше примерно 2 В. При таком уровне значений большие потери недопустимы. Ферритовые шайбы вызывают падение напряжения постоянного тока в цепи. Оно может казаться незначительным, однако, если интегральные схемы (ИС) кратковременно находятся в состоянии высокого потребления тока, потери могут стать значимыми. Расположение ферритовых шайб следует выбирать таким образом, чтобы они не приводили к падению напряжения.

Поскольку материалы ферритовых сердечников обладают резистивностью при высоких частотах, они в основном рассеивают поглощенную энергию в форме тепла. Это тепло необязательно создаст проблему для печатной платы при использовании ферритового дросселя в линии питания, но может стать проблемой в случае применения для рассеивания высоких частот при высоком токе. Если в системе присутствуют сильные шумы и шайба будет поглощать большие объемы высоких частот, это тепло может стать более проблемным. Требуется учитывать рассеивание тепла, обеспечиваемое шайбой.

Ферритовые шайбы могут принести весомую пользу, но только если есть четкое понимание того, как они работают. Следует помнить, что они ослабляют сигналы в довольно малом диапазоне, а их эффективность зависит от температуры и тока нагрузки. Чтобы использовать ферритовую шайбу оптимальным образом, необходимо убедиться в том, что она точно соответствует желаемым техническим характеристикам. При выборе места расположения шайбы необходимо учитывать перепад напряжения и тепло.

Важность и назначение ферритовых шайб часто становятся предметом обсуждения. Подробнее о ферритовых шайбах и ферритовых сердечниках рассказано в материале «Все, что необходимо знать о ферритовых шайбах» отраслевого эксперта Келлы Нак (Kella Knack).

Использование таких компонентов, как ферритовые шайбы, может быть непростой задачей, однако проектирование печатной платы необязательно должно быть сложным. Altium Designer ® — современный программный продукт для проектирования печатных плат; в него входят инструменты, которые помогут сконструировать оптимальную плату. В нем также есть дополнения, например для создания сети подачи питания, которые помогут справиться с такими проблемами, как перепад напряжения и рассеивание тепла.

Остались вопросы о ферритовых шайбах или ферритовых сердечниках? Свяжитесь со специалистом Altium.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *