В электронике ферритовый сердечник — это тип магнитного сердечника , изготовленного из феррита , на котором формируются обмотки электрических трансформаторов и других намотанных компонентов, таких как индукторы . Он используется из-за его свойств высокой магнитной проницаемости в сочетании с низкой электропроводностью (что помогает предотвратить вихревые токи ). Кроме того, из-за его сравнительно низких потерь на высоких частотах феррит широко используется для сердечников ВЧ- трансформаторов и индукторов в таких приложениях, как импульсные источники питания и ферритовые рамочные антенны для AM -радиоприемников .
Ферриты — это керамические соединения переходных металлов с кислородом , которые являются ферримагнитными , но непроводящими. Ферриты, которые используются в трансформаторных или электромагнитных сердечниках, содержат оксиды железа в сочетании с соединениями никеля , цинка и/или марганца . Они имеют низкую коэрцитивную силу и называются «мягкими ферритами», чтобы отличать их от «жестких ферритов», которые имеют высокую коэрцитивную силу и используются для изготовления ферритовых магнитов . Низкая коэрцитивная сила означает, что намагниченность материала может легко менять направление, рассеивая при этом очень мало энергии ( потери на гистерезис ); в то же время высокое удельное сопротивление материала предотвращает вихревые токи в сердечнике, еще один источник потерь энергии. Наиболее распространенными мягкими ферритами являются:
Для приложений ниже 5 МГц используются ферриты MnZn; выше этого значения обычным выбором является NiZn. Исключением являются синфазные индукторы , где порог выбора составляет 70 МГц. [1]
Поскольку любая данная смесь имеет компромисс между максимальной используемой частотой и более высоким значением mu, в каждой из этих подгрупп производители выпускают широкий спектр материалов для различных применений, смешанных для получения либо высокой начальной (низкочастотной) индуктивности, либо более низкой индуктивности и более высокой максимальной частоты, или для ферритов подавления помех — широкого диапазона частот, но часто с очень высоким коэффициентом потерь (низким Q ).
Важно выбрать подходящий материал для конкретного применения, поскольку правильный феррит для импульсного источника питания 100 кГц (высокая индуктивность, низкие потери, низкая частота) существенно отличается от феррита для ВЧ-трансформатора или ферритовой стержневой антенны (высокая частота, низкие потери, но более низкая индуктивность) и, в свою очередь, отличается от подавляющего феррита (высокие потери, широкая полоса пропускания).
Существует два основных применения ферритовых сердечников, которые различаются по размеру и частоте работы: сигнальные трансформаторы, которые имеют небольшой размер и более высокие частоты, и силовые трансформаторы, которые имеют большой размер и более низкие частоты. Сердечники также можно классифицировать по форме, например, тороидальные , оболочечные или цилиндрические.
Ферритовые сердечники, используемые для силовых трансформаторов, работают в диапазоне низких частот (обычно от 1 до 200 кГц [2] ) и имеют относительно большой размер, могут быть тороидальными, оболочечными или иметь форму букв «C», «D» или «E». Они полезны во всех видах электронных коммутационных устройств — особенно в источниках питания мощностью от 1 Вт до 1000 Вт максимум, поскольку более надежные приложения обычно выходят за рамки диапазона ферритового одинарного сердечника и требуют сердечников с ориентированной зернистостью.
Ферритовые сердечники, используемые для сигналов, имеют диапазон применения от 1 кГц до многих МГц, возможно, до 300 МГц, и нашли свое основное применение в электронике, например, в АМ-радиоприемниках и RFID- метках.
Антенны (или антенны) с ферритовым стержнем представляют собой тип антенны с малой магнитной петлей (SML) [3] [4], повсеместно встречающейся в транзисторных радиоприемниках AM- диапазона . Однако их начали использовать в радиоприемниках с электронными лампами («лампами») в 1950-х годах. Они также полезны в приемниках очень низкой частоты (ОНЧ) [5] и иногда могут давать хорошие результаты на большинстве коротковолновых частот (при условии использования подходящего феррита). Они состоят из катушки провода, намотанной вокруг ферритового стержневого сердечника (обычно на несколько дюймов длиннее катушки). Этот сердечник эффективно концентрирует магнитное поле радиоволн [6], чтобы дать более сильный сигнал, чем мог бы быть получен с помощью рамочной антенны с воздушным сердечником сопоставимого размера, хотя все еще не такой сильный, как сигнал, который можно было бы получить с помощью хорошей наружной проволочной антенны.
Другие названия включают «петлевая антенна», «феррод» и «ферритовая стержневая антенна». «Ферроцептор» [7] — это старое альтернативное название для ферритовой стержневой антенны, в основном используемое Philips , где ферритовый сердечник назывался стержнем « Ferroxcube » (торговая марка, приобретенная Yageo у Philips в 2000 году). Короткие термины «ферритовый стержень» или «петлевая стержень» иногда относятся к комбинации катушка-плюс-феррит, которая заменяет как внешнюю антенну, так и первую настроенную схему радиоприемника или просто сам ферритовый сердечник (цилиндрический стержень или плоская ферритовая пластина).
Эти вещательные антенны на основе ферритовых стержней почти всегда имеют проницаемость 125. [8]
