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Guia do filtro de supressão de ruído
Noções básicas de contramedidas de ruído [Lição 8] Núcleos de ferrite
<Peças de proteção contra o ruído que podem ser utilizadas sem alterar o quadro>
Anteriormente, apresentámos peças de combate ao ruído montadas numa placa como parte do circuito eletrónico. Desta vez, apresentamos as peças de proteção contra o ruído que não necessitam de ser montadas numa placa. (Embora, por vezes, sejam fixadas na placa...)
Como introduzido anteriormente, ao comercializar um dispositivo eletrónico, é necessário verificar se o ruído emitido pelo dispositivo satisfaz os regulamentos EMI. No entanto, a verificação final só pode ser efectuada quando a conceção do dispositivo estiver concluída. Recentemente, a experiência relativa a concepções que não emitem ruído está a aumentar e estão a ser implementadas várias medidas de antemão para evitar a geração de ruído, mas é claro que os efeitos não podem ser conhecidos até ao teste final. Não há qualquer problema desde que o nível de ruído esteja dentro do valor regulamentar previsto nesta altura, mas os resultados dos ensaios excedem por vezes o valor regulamentar. Quando a data de entrega está próxima, não há tempo para mudar a placa, pelo que peças como núcleos de ferrite que permitem contramedidas sem mudar a placa são úteis.
<Os núcleos de ferrite são pedaços de ferrite>
Os núcleos de ferrite são corpos magnéticos cerâmicos constituídos por ferrites (ferrites macios) transformados em várias formas. Antigamente, as bobinas eram frequentemente fabricadas enrolando fios condutores à volta de um núcleo de ferrite em forma de anel, pelo que a ferrite utilizada para contrariar o ruído é também designada por núcleo de ferrite.
As ferrites incluem a ferrite Mn-Zn e a ferrite Ni-Zn de acordo com a composição. A ferrite Mn-Zn é condutora, pelo que requer trabalho de isolamento, e a ferrite Ni-Zn tem melhores caraterísticas de alta frequência. Por estas e outras razões, a ferrite Ni-Zn é frequentemente utilizada para contramedidas contra o ruído.
<Princípio da eliminação do ruído pelos núcleos de ferrite>
Os núcleos de ferrite têm várias formas, mas a maioria tem a forma de anel. Ao passar os fios condutores através do orifício do anel, os fios condutores e o núcleo de ferrite formam uma bobina (indutor). Esta bobina (indutor) baseia-se no mesmo princípio que o indutor de uma peça eletrónica, pelo que a impedância aumenta juntamente com a frequência, como se mostra na Figura 1. Por conseguinte, a bobina funciona como um filtro passa-baixo que bloqueia a corrente de alta frequência, permitindo a atenuação do ruído de alta frequência. Além disso, a utilização de um núcleo de ferrite também proporciona um efeito adicional. Quando a corrente flui para um indutor que inclui um núcleo de ferrite, é gerado um fluxo magnético no núcleo de ferrite e a energia da corrente é convertida em energia magnética. No entanto, quando a corrente muda, este fluxo magnético é convertido novamente em corrente por indução electromagnética. Neste momento, nem toda a energia do fluxo magnético é devolvida à energia da corrente, e alguma é perdida como perda magnética. (Como resultado, parte da corrente de ruído que passa pelos fios condutores é perdida como perda magnética, reduzindo a energia. O lado direito da Figura 1 mostra as caraterísticas de impedância de uma bobina com fios condutores passados através de um núcleo de ferrite. A impedância de uma bobina normal consiste principalmente no componente de reactância (X), mas quando se utiliza um núcleo de ferrite, o componente de resistência (R) torna-se extremamente grande. Este facto resulta da seleção de materiais de ferrite adequados para contramedidas contra o ruído e faz com que o efeito de consumo de energia do ruído devido à perda magnética represente uma parte maior do efeito de eliminação do ruído do núcleo de ferrite do que o efeito de limitação da corrente da impedância elevada.
<Especificações e desempenho do núcleo de ferrite>
O desempenho de remoção de ruído dos núcleos de ferrite varia de acordo com os materiais de ferrite e a sua forma. A permeabilidade magnética muda de acordo com os materiais de ferrite, pelo que a impedância também difere. Além disso, a relação entre o componente de resistência e o componente de reactância da impedância também difere de acordo com os materiais. No entanto, os materiais dos núcleos de ferrite vendidos como contramedidas contra o ruído são misturados especialmente para contramedidas contra o ruído, pelo que não há grande diferença nas caraterísticas, independentemente do material selecionado.
A indutância aumenta (proporcionalmente ao quadrado do número de enrolamentos) juntamente com o número de vezes que o fio condutor é passado através do núcleo do anel (número de enrolamentos). No entanto, quando o fio condutor é enrolado à volta do núcleo, o início (entrada) e o fim (saída) do enrolamento aproximam-se um do outro e têm uma capacitância flutuante entre eles. O ruído de alta frequência é transmitido através desta área de capacitância flutuante, o que é um fator que reduz o desempenho de alta frequência. Por conseguinte, tendo em conta as frequências-alvo para a redução do ruído, o número de enrolamentos deve ser aumentado para atingir a gama de baixas frequências ou reduzido para atingir a gama de altas frequências.
Além disso, as dimensões do núcleo de ferrite afectam o desempenho, como se mostra na figura 4. Por conseguinte, deve ser selecionado um núcleo em anel com o menor diâmetro interior e a maior área de secção transversal possível.
<Utilização de um núcleo de ferrite como bobina de choke de modo comum>
Devido à sua conveniência, os núcleos de ferrite são frequentemente utilizados em cabos. No entanto, estes cabos incluem cabos de interface, cabos de alimentação e outros fios condutores múltiplos que correm em paralelo, pelo que o ruído de modo comum é frequentemente um problema. As bobinas de estrangulamento de modo comum são uma medida eficaz contra o ruído nestes casos, e as funções de bobina de estrangulamento de modo comum podem ser conseguidas passando os cabos em conjunto através de um único núcleo de ferrite. Por exemplo, no caso de um cabo de interface que tenha várias linhas de sinal ligadas a uma única extremidade, é difícil ligar bobinas de indução de modo comum. No entanto, as funções de bobina de estrangulamento de modo comum podem ser facilmente obtidas passando todos os fios do cabo de interface juntos através de um núcleo de ferrite.
<Várias formas de núcleos de ferrite>
Até agora, apresentámos núcleos de ferrite em forma de anel, mas também foram comercializadas várias outras formas de núcleos de ferrite. Estes incluem núcleos com formas largas e finas que correspondem às formas de cabos planos e circuitos impressos flexíveis (FPC), e núcleos divididos que são montados à volta de cabos para eliminar o trabalho de passar os cabos através dos núcleos. Além disso, também são fornecidos núcleos simples em forma de placa que não são anéis. Estes núcleos em forma de placa são fixados sobre circuitos integrados e outros locais que emitem ondas electromagnéticas e visam efeitos de absorção de ondas de rádio atenuando as ondas electromagnéticas que passam através do núcleo da placa pela perda magnética da ferrite.
*As informações apresentadas neste artigo estavam actualizadas à data da publicação. Tenha em atenção que podem diferir das informações mais recentes.
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