הבנת מכשיר דיכוי EMI "Ferrite"
אודות פריטה
פריטה הוא חומר המכיל תחמוצת ברזל וכמות מסוימת של ניקל, אבץ, מנגן ואלמנטים אחרים, אשר יש את המאפיינים של חדירות גבוהה ועוצמת השראה רוויה מגנטית נמוכה; כאשר לא ניתן להשתמש בהתקנים אינדוקטיביים לתדרים גבוהים, ניתן להשתמש בחרוזי פריט או טבעות מגנטיות, ומכשירים ויישומים של פריטי מוצגים באיור שלהלן.
חרוזי פריט משמשים בדרך כלל בתדרים גבוהים, שם הם תגובתיים ותלויי תדר. בתדירות נמוכה, ההשראות קטנה ואובדן הקו קטן; חרוזי פריט הם מנחתים בתדר גבוה של אנרגיית RF.
מכשירי פריטה אלה הם מסנני ספיגה ומורכבים מרכיבים מפזרים. בפס העצירה, המכשיר האבוד סופג את האנרגיה של ההפרעה האלקטרומגנטית וממיר אותה לאיבוד חום, ובכך פועל כמסנן. חומר Ferrite הוא מכשיר מתכלה בשימוש נרחב שניתן להשתמש בו כדי ליצור מסנן מעבר נמוך.
פריטה הוא חומר פרומגנטי בעל מבנה סריג מעוקב. תהליך הייצור שלה ואת התכונות המכניות דומים לאלה של קרמיקה, ואת הצבע הוא אפור שחור, ולכן זה ידוע גם בשם פורצלן מגנטי שחור. המבנה המולקולרי של פריט הוא MO· Fe2O3, כאשר MO הוא תחמוצת מתכת, בדרך כלל MnO או ZnO. בנוסף, על פי טווחי תדרים רלוונטיים שונים, פריטי מחולקים לרצועת תדרים בינונית 20~150KHz, רצועת תדרים בינונית וגבוהה 100~500KHz ורצועת תדרים אולטרה גבוהה 500~1000KHz.
שנית, המאפיינים של פריטה
למרות שהעכבה של המשרן הנוצרת על ידי החוט העובר דרך ליבת הפריט עולה עם התדר, המנגנון שונה לחלוטין בתדרים שונים.
כפי שניתן לראות באיור הבא, העכבה של פריט מורכבת מההתנגדות שלו R ומההשראות שלו X.
בתחום התדרים הנמוכים, העכבה מורכבת מהתגובה ההשראתית של ההשראות. בשלב זה, החדירות של הליבה גבוהה, השראות גדולה, אובדן הליבה קטן, והמכשיר כולו הוא משרן עם אובדן נמוך ומאפייני Q גבוהים, שקל לגרום לתהודה. לכן, בתחום התדרים הנמוכים, יש לפעמים עלייה בהפרעות.
בתחום התדרים הגבוהים, העכבה מורכבת מרכיבים התנגדותיים. ככל שהתדר עולה, החדירות של הליבה פוחתת, השראות המשרן פוחתת, ורכיב התגובה פוחת. עם זאת, בשלב זה, אובדן הליבה גדל, ורכיב ההתנגדות עולה, וכתוצאה מכך עלייה בעכבה הכוללת.
כאשר אות בתדר גבוה עובר דרך הפריט, האנרגיה האלקטרומגנטית מתפזרת בצורה של חום.
המעגל המקביל של פריטה שונה בתדרים נמוכים וגבוהים
זהו משרן בתדרים נמוכים ונגד המשתנה עם התדר בתדרים גבוהים.
יש הבדל מהותי בין משרן לנגד, המשרן עצמו אינו צורך אנרגיה, אלא רק מאחסן אנרגיה.
כתוצאה מכך, המשרן והקבל במעגל יוצרים מעגל תהודה, המגדיל את ההפרעה בתדרים מסוימים. נגדים מפזרים אנרגיה, אשר בתורו מפחית באופן משמעותי הפרעות.
כאשר זרם חשמלי זורם דרך חוט הפריט, נוצר שדה מגנטי בליבת הפריט, וכאשר עוצמת השדה המגנטי עולה על ערך מסוים, הליבה רוויה, החדירות פוחתת בחדות וההשראות פוחתת. לכן, כאשר זרם גדול זורם דרך המסנן, אובדן ההכנסה בתדר נמוך של המסנן משתנה. בתדרים גבוהים, החדירות של הליבה כבר נמוכה, ובתדרים גבוהים, מאפייני האובדן של עבודת הליבה העיקרית, ולזרם יש השפעה מועטה על מאפייני התדרים הגבוהים של המסנן.
למעשה, חרוזי פריט מוסברים טוב יותר על ידי הקשר המקביל של השראות והתנגדות. בתדרים נמוכים, המשרן מקצר את הנגד; בתדרים גבוהים, התגובה ההשראתית כה גבוהה שהזרם יכול לזרום רק דרך הנגד. חומרים פריטיים בעלי חדירות שונה נבחרים על פי תדירות דיכוי ההפרעות. ככל שהחדירות של חומר הפריטה גבוהה יותר, כך עכבת התדר הנמוך גדולה יותר ועכבת התדר הגבוה קטנה יותר.
בנוסף, לחומרים פריטיים בעלי חדירות גבוהה יש בדרך כלל קבוע דיאלקטרי גבוה יותר, וכאשר המוליך עובר, הקיבול הטפילי שנוצר גדול יותר, מה שמקטין גם את עכבת התדר הגבוה.
כאשר זרם חשמלי זורם דרך חוט הפריט, נוצר שדה מגנטי בליבת הפריט, וכאשר עוצמת השדה המגנטי עולה על ערך מסוים, הליבה רוויה, החדירות פוחתת בחדות וההשראות פוחתת. לכן, כאשר זרם גדול זורם דרך המסנן, אובדן ההכנסה בתדר נמוך של המסנן משתנה. בתדרים גבוהים, החדירות של הליבה כבר נמוכה, ובתדרים גבוהים, מאפייני האובדן של עבודת הליבה העיקרית, ולזרם יש השפעה מועטה על מאפייני התדרים הגבוהים של המסנן.
למעשה, חרוזי פריט מוסברים טוב יותר על ידי הקשר המקביל של השראות והתנגדות. בתדרים נמוכים, המשרן מקצר את הנגד; בתדרים גבוהים, התגובה ההשראתית כה גבוהה שהזרם יכול לזרום רק דרך הנגד. חומרים פריטיים בעלי חדירות שונה נבחרים על פי תדירות דיכוי ההפרעות. ככל שהחדירות של חומר הפריטה גבוהה יותר, כך עכבת התדר הנמוך גדולה יותר ועכבת התדר הגבוה קטנה יותר.
בנוסף, לחומרים פריטיים בעלי חדירות גבוהה יש בדרך כלל קבוע דיאלקטרי גבוה יותר, וכאשר המוליך עובר, הקיבול הטפילי שנוצר גדול יותר, מה שמקטין גם את עכבת התדר הגבוה.
3. יישום פריטה
ליישומים שונים יש דרישות שונות לתכונות החומר הפריטי ולצורת ליבת הפריט.
היישום של פריטה הוא בעיקר בשלושת ההיבטים הבאים.
יישומי אות ברמה נמוכה: התכונות של חומר הפריט הנדרש נקבעות על ידי החדירות, אשר דורש לא רק הפסדים נמוכים בליבת פריט, אלא גם יציבות מגנטית טובה, כלומר זה לא משתנה הרבה עם הזמן והטמפרטורה. יישומי Ferrite בתחום זה כוללים משרני High-Q, משרנים במצב משותף ופס רחב, שנאי פולס מותאמים, אנטנות קליטת רדיו ואנטנות אקטיביות ופסיביות.
המרת הספק וסינון: חומרי פריט נדרשים להיות בעלי צפיפות שטף מגנטי גבוהה ואובדן נמוך בתדירות ההפעלה ובטמפרטורה. יישומים בתחום זה כוללים ספקי כוח מיתוג, מגברים מגנטיים, ממירי DC-DC, מסנני קווי חשמל, סלילי הדק ושנאים למיתוג ספקי כוח.
דיכוי הפרעות אלקטרומגנטיות: ההשפעה הגדולה ביותר על ביצועי הפריט היא החדירות של חומר הפריט, שהיא ביחס ישר לעכבה של ליבת הפריט.
פריטים בדרך כלל מדכאים הולכה לא רצויה או אותות מוקרנים בשלוש דרכים.
ראשית, היישום הנפוץ ביותר הוא השימוש בליבות פריט ישירות על מוליכי רכיבים או מעגלים ברמת הלוח. ביישום זה, ליבת הפריט מדכאת כל תנודות טפיליות, השראת הנחתה ואותות לא רצויים בתדר גבוה המשודרים אל מוליכי הרכיבים או מחוברים אליהם.
שנית, הפריט משמש כשרן ליצירת מסנן מעבר נמוך, המספק נתיבים אינדוקטיביים וקיבוליים בתדרים נמוכים והפסדים גדולים בתדרים גבוהים יותר.
לבסוף, יישומים פחות נפוצים הם השימוש בפריט כמגן ממשי לבידוד מוליכים, רכיבים או מעגלים משדות אלקטרומגנטיים מפוזרים בסביבה.
בשני היישומים הראשונים, ליבת פריטה מדכאת הפרעות שבוצעו על ידי ביטול או החלשה משמעותית של הזרמים בתדר גבוה של מקור ההפרעה האלקטרומגנטית.
פריטים משמשים כדי לספק עכבה גבוהה מספיק בתדר גבוה כדי להפחית זרמים בתדר גבוה. תיאורטית, פריט אידיאלי יספק עכבה גבוהה בתחום התדרים הגבוה ועכבה אפסית בכל תחומי התדרים האחרים. אך למעשה, העכבה של ליבת הפריט היא תלוית תדר, כאשר התדר נמוך מ- 1MHz, העכבה שלה היא הנמוכה ביותר, עבור חומרים פריטיים שונים, העכבה הגבוהה ביותר מופיעה בין 10~500MHz.