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Guía de filtros de supresión de ruido
Fundamentos de las contramedidas de ruido [Lección 8] Núcleos de ferrita
<Piezas antirruido que pueden utilizarse sin cambiar la placa>
Anteriormente, presentamos las piezas para contrarrestar el ruido montadas en una placa como parte del circuito electrónico. En esta ocasión, presentamos piezas para contrarrestar el ruido que no requieren montaje en una placa. (Aunque a veces se fijan a la placa...)
Como ya se ha indicado anteriormente, al comercializar un dispositivo electrónico, es necesario comprobar que el ruido emitido por el dispositivo cumple la normativa EMI. Sin embargo, la comprobación final no puede realizarse hasta que el diseño del dispositivo esté completo. Últimamente, la experiencia en materia de diseños que no emiten ruido es cada vez mayor, y se están aplicando diversas medidas de antemano para evitar la generación de ruido, pero, por supuesto, los efectos no pueden conocerse hasta la prueba final. No hay ningún problema mientras el nivel de ruido esté dentro del valor reglamentario como se espera en este momento, pero los resultados de las pruebas a veces superan el valor reglamentario. Cuando se acerca la fecha de entrega, no hay tiempo para cambiar la placa, por lo que resultan útiles piezas como los núcleos de ferrita, que permiten tomar contramedidas sin cambiar la placa.
<Los núcleos de ferrita son trozos de ferrita>
Los núcleos de ferrita son cuerpos magnéticos cerámicos formados por ferritas (ferritas blandas) transformadas en diversas formas. Antiguamente, las bobinas se fabricaban enrollando hilos conductores alrededor de un núcleo de ferrita en forma de anillo, por lo que la ferrita utilizada para contrarrestar el ruido también se denomina núcleo de ferrita.
Las ferritas incluyen la ferrita Mn-Zn y la ferrita Ni-Zn según su composición. La ferrita Mn-Zn es conductora, por lo que requiere trabajos de aislamiento, y la ferrita Ni-Zn tiene mejores características de alta frecuencia. Por estas y otras razones, la ferrita de Ni-Zn se utiliza a menudo para contrarrestar el ruido.
<Principio por el que los núcleos de ferrita eliminan el ruido>
Los núcleos de ferrita tienen varias formas, pero la mayoría tienen forma de anillo. Al pasar hilos conductores por el orificio del anillo, los hilos conductores y el núcleo de ferrita forman una bobina (inductor). Esta bobina (inductor) se basa en el mismo principio que el de un inductor de una pieza electrónica, por lo que la impedancia aumenta junto con la frecuencia, como se muestra en la figura 1. Por lo tanto, la bobina funciona como un filtro de paso bajo que bloquea la corriente de alta frecuencia, lo que permite atenuar el ruido de alta frecuencia. Además, el uso de un núcleo de ferrita también proporciona un efecto adicional. Cuando la corriente fluye hacia un inductor con núcleo de ferrita, se genera un flujo magnético en el núcleo de ferrita y la energía de la corriente se convierte en energía magnética. Sin embargo, cuando la corriente cambia, este flujo magnético se convierte de nuevo en corriente por inducción electromagnética. En este momento, no toda la energía del flujo magnético vuelve a convertirse en energía de corriente, y parte se pierde en forma de pérdida magnética. (Esto se denomina "pérdida por histéresis".) Como resultado, parte de la corriente de ruido que pasa por los hilos conductores se pierde como pérdida magnética, lo que reduce la energía. La parte derecha de la Figura 1 muestra las características de impedancia de una bobina con hilos conductores pasados a través de un núcleo de ferrita. La impedancia de una bobina normal consiste principalmente en el componente de reactancia (X), pero cuando se utiliza un núcleo de ferrita, el componente de resistencia (R) se vuelve extremadamente grande. Esto es el resultado de la selección de materiales de ferrita adecuados para contrarrestar el ruido, y hace que el efecto de consumo de energía del ruido debido a la pérdida magnética represente una parte mayor del efecto de eliminación del ruido del núcleo de ferrita que el efecto de limitación de corriente de la alta impedancia.
<Especificaciones y rendimiento del núcleo de ferrita>
La permeabilidad magnética varía en función de los materiales de ferrita, por lo que la impedancia también varía. Además, la relación entre el componente de resistencia y el componente de reactancia de la impedancia también difiere según los materiales. Sin embargo, los materiales de los núcleos de ferrita que se venden para contrarrestar el ruido se mezclan especialmente para contrarrestar el ruido, por lo que no hay grandes diferencias en las características independientemente del material seleccionado.
La inductancia aumenta (proporcionalmente al cuadrado del número de arrollamientos) junto con el número de veces que el hilo conductor pasa por el núcleo del anillo (número de arrollamientos). Sin embargo, cuando el hilo conductor se enrolla alrededor del núcleo, el inicio (entrada) y el final (salida) del bobinado se acercan entre sí y tienen capacitancia flotante entre ellos. El ruido de alta frecuencia se transmite a través de esta zona de capacitancia flotante, que es un factor que reduce el rendimiento de alta frecuencia. Por lo tanto, teniendo en cuenta las frecuencias objetivo para la reducción del ruido, el número de devanados debe aumentarse para centrarse en el rango de baja frecuencia, o reducirse para centrarse en el rango de alta frecuencia.
Además, las dimensiones del núcleo de ferrita afectan al rendimiento, como se muestra en la figura 4. Por lo tanto, debe seleccionarse un núcleo anular con el diámetro interior más pequeño y la sección transversal más amplia posible.
<Utilizando un núcleo de ferrita como bobina de choque de modo común>
Debido a su comodidad, los núcleos de ferrita se utilizan a menudo en los cables. Sin embargo, estos cables incluyen cables de interfaz, cables de alimentación y otros hilos conductores múltiples que discurren en paralelo, por lo que el ruido de modo común suele ser un problema. Las bobinas de choque de modo común son una medida eficaz contra el ruido en estos casos, y las funciones de bobina de choque de modo común se pueden conseguir haciendo pasar los cables juntos a través de un único núcleo de ferrita. Por ejemplo, en el caso de un cable de interfaz que tiene varias líneas de señal conectadas a un único extremo, es difícil cablear bobinas de choque de modo común. Sin embargo, las funciones de bobina de choque de modo común pueden lograrse fácilmente pasando todos los cables de interfaz juntos a través de un núcleo de ferrita.
<Varias formas de núcleo de ferrita>
Hasta ahora hemos presentado los núcleos de ferrita en forma de anillo, pero también se han comercializado otras formas de núcleos de ferrita. Entre ellas se encuentran los núcleos con formas anchas y finas que se adaptan a las formas de los cables planos y los circuitos impresos flexibles (FPC), y los núcleos divididos que se montan alrededor de los cables para eliminar el trabajo de pasar los cables a través de los núcleos. Además, también se suministran núcleos simples en forma de placa que no son anillos. Estos núcleos de placa se fijan sobre circuitos integrados y otros lugares que emiten ondas electromagnéticas, y su objetivo es conseguir efectos de absorción de ondas de radio mediante la atenuación de las ondas electromagnéticas que pasan a través del núcleo de placa por la pérdida magnética de la ferrita.
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