Ферритовый фильтр — для чего он нужен
В нашем быту появилось огромное множество средств вычислительной техники, которая работает на токах высокой частоты. Ведь чем выше частота, тем выше скорость обработки информации.
Однако, высокочастотные токи накладывают ряд технических ограничений на соединительные кабели для передачи таких сигналов. В первую очередь это связано с побочными электромагнитными излучениями и наводками (ПЭМИН).
Особо заметно сказываются помехи на длинных проводах – ведь сигнал имеет свойство затухать, а сам кабель выступает как антенна и потому внутри него могут зарождаться паразитные токи. А это губительно сказывается на качестве проходящих через кабель сигналов.
Простейший способ борьбы с ПЭМИН – увеличить индуктивность.
Индуктивность – это показатель соотношения величины силы тока, проходящего через контур, и создаваемого им магнитного потока. Если речь идет о прямолинейных проводах, то под индуктивностью подразумевается величина, характеризующая энергию магнитного поля (здесь ток считается постоянной величиной).
Индуктивность можно увеличить применением специального ферритового кольца. Как выглядят на кабелях ферритовые фильтры, можно посмотреть на фото ниже.
Ферритовые кольца – это компоненты электрической цепи, которые используются как пассивные элементы для фильтрации высокочастотных помех за счет повышения индуктивности проводника и поглощения помех, превышающих заданный порог.
Такие свойства ферритовому фильтру придает материал, из которого он изготовлен – феррит.
Феррит – это общее название соединений на основе оксида железа и оксидов других металлов. Ферриты совмещают в себе свойства ферромагнетиков и полупроводников (иногда диэлектриков) и потому используются в качестве сердечников катушек, постоянных магнитов, выступают в качестве поглотителей электромагнитных волн высоких частот и т.д.
Ферритовые кабельные фильтры с защелкой — принцип работы
Работа ферритового фильтра напрямую зависит от характеристик материала, из которого он изготовлен. За счет специальных добавок оксидов различных металлов меняются свойства феррита.
Принципиально различают несколько способов применения ферритовых колец:
- На одножильных (однофазных) проводах он может, наоборот, поглощать излучение в определенном диапазоне, преобразуя наводки в тепловую энергию. Таким образом негативные частоты могут поглощаться (отсекаться) ферритовым кольцом.
- На одножильных проводах, где он работает как своеобразный усилитель, так как возвращает часть высокочастотного магнитного поля обратно в кабель, что приводит к усилению сигнала в заданном диапазоне.
- На многожильных проводах феррит работает как синфазный трансформатор, который пропускает несимметричные сигналы в кабеле (импульсы тока, например, в кабелях передачи данных или в цепях питания постоянным током) и гасит симметричные сигналы (которые потенциально могут вызываться в таких кабелях только электромагнитными наводками).
Где использовать и как выбрать ферритовый фильтр
Если говорить о практике применения, то на кабелях питания ферритовые кольца применяются для уменьшения помех, которые могут создать сами кабели, а на сигнальных (передающих данные) ферриты гасят возможные внешние помехи и наводки.
Ферритовые кабельные фильтры могут быть встроенными (кабель продается уже с ферритовым кольцом) или отдельными (чаще всего это защелкивающиеся вокруг провода модели), которые не требуют каких-либо доработок самого кабеля.
Провод может вставляться в центр ферритового фильтра (получается одновитковая катушка), а может образовывать вокруг кольца несколько витков (тороидальная обмотка). Последний способ значительно увеличивает эффективность работы фильтра.
Чтобы подобрать ферритовое кольцо под заданные требования, нужно знать характеристики материала, из которого оно изготовлено и габариты изделия.
Для примера ниже в таблице обозначены основные характеристики ферритовых фильтров, предлагаемых на рынке.
| Маркировка | RF-35М | RF-50М | RF-70М | RF-90М | RF-110S | RF-110A | RF-130S | RF-130A |
| Импеданс, Ом (для частоты в 50 Мгц) | 165 | 125 | 95 | 145 | 180 | 180 | 190 | 190 |
| График зависимости импеданса от частоты, на рисунке № | 4 | 5 | 6 | 7 | 3 | 8 | 3 | 3 |
| Диаметр отверстия, мм | 3.5 | 5 | 7 | 9 | 11 | 11 | 13 | 13 |
| Размер, мм | 25х12 | 25х13 | 30х16 | 35х20 | 35х20 | 33х23 | 39х30 | 39х30 |
| Вес, г | 6 | 6.5 | 12 | 22 | 44 | 40 | 50 | 50 |
График зависимости частоты и импеданса
Импеданс – это полное внутреннее сопротивление элемента электрической цепи к переменному (гармоническому) току (сигналу). Измеряется, как и обычное сопротивление, в омах.
Еще одним немаловажным параметром ферритовых фильтров является их магнитная проницаемость.
Магнитная проницаемость – это коэффициент, который характеризует связь между магнитной индукцией и напряженностью магнитного поля в веществе.
Исходя из вышесказанного, для того, чтобы обозначить основные свойства ферритовых фильтров, производители прибегают к следующей маркировке:
3000HH D * d * h, где:
- 3000 – это показатель начальной магнитной проницаемости феррита,
- HH – это марка феррита (чаще всего это HH – ферриты общего назначения, или HM – для слабых магнитных полей),
- D – наибольший (внешний) диаметр,
- d – меньший (внутренний) диаметр,
- h – высота тороида.
Приведем типовые примеры применения ферритов:
- Марка 100НН может использоваться для кабелей с частотами до 30 МГц,
- 400НН — с частотами не выше 3,5 МГц,
- 600НН — с частотами до 1,5 МГц
- 1000НН — до 400 кГц.
То есть, к примеру, антенный ферритовый фильтр должен быть марки HH.
А вот ферритовый фильтр для USB кабеля лучше всего выбрать с маркой HM (для кабелей со слабым магнитным полем).
Соотношение марок и частот выглядит следующим образом:
- 1000НМ — используется с кабелями, работающими с частотой не более 1 МГц,
- 1500НМ — не более 600 кГц,
- 2000НМ и 3000НМ — не свыше 450 кГц.
Как наматывать ферритовые кольца
В большинстве случаев достаточно подобрать правильный ферритовый фильтр и защелкнуть его на кабеле ближе к месту подключения к прибору.
Схема наматывания витков вокруг ферритового кольцаОднако, в отдельных случаях, для увеличения импеданса можно сделать кабелем несколько витков вокруг кольца феррита и тогда импеданс будет возрастать кратно квадрату числа витков. То есть с двух витков в 4 раза, а с 3 – уже в 9 раз.
На практике, конечно, реальный показатель увеличения немного меньше теоретического.
Для того чтобы после наматывания ферритовое кольцо защелкнулось, необходимо заранее определиться с количеством витков провода и рассчитать внутренний диаметр фильтра, чтобы он закрылся, не передавив кабель.
Ферритовые фильтры с защелкой на кабель, предназначенные для подавления шумов в кабеле, обеспечивают защиту от импульсных помех
Даже если устройство спроектировано с учетом присутствия помех и расположения элементов, предусмотрены заземление или фильтрация на плате, оно все равно может служить источником высокого уровня помех или быть восприимчивым к шумам при подсоединении других приборов с интерфейсным кабелем. В частности, поскольку кабели из-за большой длины обладают высокой удельной поверхностью, они могут излучать или принимать электромагнитные колебания. В этой связи, для подавления помех целесообразно применять специальные устройства, например,ферритовый фильтр с защёлкой на кабель (см. рисунок 1).
Внешний вид фильтра с защелкой на кабель показан на рисунке 1.
Ферритовый фильтр с защелкой на кабель состоит из ферритового сердечника, который представляет собой две половинки, помещенные в пластиковый гибкий корпус, характеризующийся долгим сроком службы. Данная конструкция позволяет закрепить его одним движением на кабеле без его отрезания. Поскольку такой фильтр может быть установлен после сборки устройства, его применение становится особенно актуальным в случаях, когда проблемы с помехами происходят непосредственно перед транспортировкой. На рисунке 1 b представлен фильтр, который монтируется на кабель внутри устройства.
Фильтр с защелкой на кабель состоит из ферритового сердечника, который представляет собой две половинки, помещенные в пластиковый гибкий корпус, характеризующийся долгим сроком службы. Для заказа доступно большое количество типов изделий, выпускаемых в соответствии с диаметрами кабелей.
•Тип синфазного фильтра
Когда говорят о фильтрах синфазных помех (далее будет сокращенно ФСП), часто имеют ввиду компонент, который устанавливается на печатную плату. Однако ферритовый фильтр с защелкой на кабель также является компонентом для устранения синфазных помех. В то же время, он подавляет только синфазные помехи, проходящие по интерфейсным кабелям, без ослабления дифференциальных токов. По сравнению с фильтрами синфазных помех, в которых реализуется намотка проводом, компонент с защелкой на кабель вызывает небольшую, практически незначительную паразитную емкость или индуктивную связь. В этом случае, дифференциальный импеданс остается низким в широком диапазоне частот, и негативное влияние на качество сигналов практически отсутствует. Несмотря на то, что фильтры с застежкой на кабель обладают достаточно низкими значениями синфазного импеданса, они демонстрируют стабильные характеристики импеданса, поскольку отсутствует воздействие от распределенной паразитной емкости, вызванной обмоткой, и саморезонанс не появляется вплоть до частоты около 1 ГГц.
•Регулировка величины обмотки
При намотке кабеля на фильтр с самозажимным механизмом в два или три оборота, эффективное сопротивление будет увеличено, что приведет к повышению степени затухания. Однако, поскольку количество обмотки повышается,величина паразитной емкости или индуктивной связи становится больше. Наиболее эффективное количество провода может быть определено путем выбора разной величины обмотки.
В качестве дополнения к сетевым адаптерам питания (АС), разнообразные периферийные устройства, такие как цифровые фотокамеры или мобильные телефоны, подключают при помощи различных интерфейсных кабелей к терминалам в виде переносных ПК. Фильтры с застежкой на кабель устанавливают на эти интерфейсные кабели, получают оценку их влияния на подавление помех.
•Подключение силового кабеля переменного тока
Спектр излучения шума от мобильного телефона до и после подключения фильтра с самозажимным механизмом ZCAT1518-0730 к силовому кабелю представлен на рисунке 2. В этом тестировании кабель имел двойную обмотку вокруг фильтра. Результаты измерений представлены на рисунке 3. Перед установкой шум фиксировался в диапазоне частот от 250 до 600 МГц, едва удовлетворяя стандарту VCCI класса B. После установки ферритового фильтра с защелкой на кабель, шум был снижен ориентировочно на 5…10 ДБ.
•Подключение мобильного телефона
Как показано на рисунке 4, переносной терминал был подключен к телефону с помощью эксклюзивного типа кабеля, фильтр ZCAT1518-0730 устанавливали на силовой кабель. Результаты измерений приведены на рисунке 5. Перед установкой фильтра шум фиксировался в широком диапазоне частот от 100 до 600 МГц. Как и в предыдущем тестировании после двойной обмотки эксклюзивного кабеля вокруг фильтра уровень шума был снижен до 5..10 дБ. Кроме того, было обнаружено, что помехи на частоте 600 МГц и выше, уровень которых не поменялся после установки фильтра, были вызваны другими источниками,а не кабелем.
При установке фильтра с защелкой на кабель не только снижается уровень шума, но также уменьшается вероятность появления ошибок, вызванных внешними источниками помех, таких как скачки напряжения или статическое электричество. Тест на ESD (электростатический разряд), основанный на международном стандарте IEC61000-4, для испытания устойчивости, проводился с целью исследования частоты или изменения количества ошибок до и после установки фильтра.
Электростатический разряд — это явление, которое происходит, когда электрический заряд, накопленный на поверхности тела вследствие таких причин, как трение с одеждой, разряжается при соприкосновении с корпусом электронного устройства. Помехоустойчивость — это сопротивление шуму от внешних источников.
•Способ измерения
Как показано на рисунке 6 в рабочих условиях осуществлялось соединение переносного терминала и принтера. На переносном терминале (ПК) происходил разряд статического электричества. Условия, при которых происходили ошибки, были записаны.Электрический разряд проводили 10 раз с интервалом в одну секунду по отношению к разъему кабеля ( в месте соединения с кабелем) на стороне переносного терминала. Приложение разряда осуществлялось по методу контактного разряда в соответствии с международным стандартом IEC61000-4-2. Осциллограмма импульсного сигнала для тестирования, описанного в стандарте IEC61000-4-2 , представлена на рисунке 7. Испытательное напряжение (уровни разряда) составляло: 2 кВ, 4 кВ и 6 кВ.
•Результаты тестирования
Результаты тестирования представлены в таблице 1. Когда фильтр еще не был установлен, при испытательном напряжении 4 кВ наблюдались такие ошибки как остановка некоторых операций принтера. При 6 кВ принтер полностью прекращал работу. При использовании фильтра ZCAT2035-0930A (одинарная обмотка) проблемы в результате выполнения операций при испытательном напряжении 4 кВ отсутствовали, а при 6 кВ было отмечено несколько ошибок в работе. При использовании фильтра с двойной обмоткой, ошибки не были обнаружены.Форма сигналов электростатического разряда до и после установки фильтра приведены на рисунке 8. Осуществлялась двойная обмотка. Электростатический разряд был значительно ослаблен благодаря фильтру. Сигналы наблюдались в положении вблизи фильтра на кабеле между фильтром и принтером.
Эффект подавления помех при электростатическом разряде с использованием ферритового фильтра с защелкой на кабель оценивали экспериментально при его установке на параллельную двухпроводную линию. Сравнение проводили на примере фильтра, рассмотренного выше.
•Установка для измерений
Установка для измерений приведена на рисунке 9. Два параллельных провода длиной 1 м были помещены на высоте 0,1 м от пластины заземления. Напряжение 6 кВ, сформированного электростатическим генератором, подавали на вход линии с помощью генератора электростатического разряда. Между электростатическим разрядом и линией появлялся контакт. Форма импульса статического электричества, генерируемая электростатическим генератором, соответствовала высокоскоростному пиковому напряжению с временем нарастания от 0,7 до 1 нс. Фильтры ZCAT2035-0930A (ZCAT) и синфазный дроссель, устанавливаемый на плате, ZJYS51R5-2P (ZJYS) были установлены по середине параллельных проводов. Далее наблюдали изменение формы сигнала электростатического разряда на выходе. Как показано на рисунке 10, использовали два типа плат, на которых устанавливались компоненты ZJYS. Первая плата имела толщину 1 мм, слой из медной фольги на обратной стороне отсутствовал. Толщина второй платы составляла 0,3 мм, вся поверхность обратной стороны являлась пластиной заземления.
•Эффект подавления импульсных помех высокого уровня
Форма импульса, наблюдаемая на выходе переносного терминала, показана на рисунке 11. Из данных рисунка 11 (а) видно, что примерно 40% помех было ослаблено после установки фильтра ZCAT. «Звон», сразу последовавший за подъемом напряжения, был также снижен. На рисунках 11 (b) и 11 (с) формы импульса в случаях, когда устанавливались компоненты ZJYS, показывают, что «звон» был снижен до того же уровня, что и в случае применения фильтра ZCAT, но при этом пиковое напряжение за время нарастания импульса не ослаблялось. В частности, затухание на плате А практически отсутствовало. Для изучения причины такого явления были измерены емкости на входе/выходе печатных плат [A] и [B]. Результаты показали, что емкость платы [А] составляла приблизительно 0,1 пФ, а емкость платы [В] соответствовала 7,3 пФ. По-видимому, в плате [B], большая паразитная емкость появлялась между платой и слоем медной фольги на поверхности компонентов. Таким образом, электростатический шум попадал на выход благодаря этой емкости, как показано на рисунке 12. В качестве сравнения, частотные характеристики импеданса фильтра ZCAT для плат [A] и [B], которые были использованы для эксперимента, показаны на рисунке 13. Из графика видно, что фильтры ZCAT характеризуются более высоким уровнем подавления бросков напряжения, чем дроссели, устанавливаемые на плате. Это происходит в связи с тем, что ферритовые сердечники у таких дросселей не могут также легко насыщаться даже при высоком уровне перенапряжения ввиду их больших физических емкостей. Поскольку фильтры ZCAT не устанавливаются на плату, необходимо брать во внимание емкостную связь между входом и выходом.
•Широкая линейка выпускаемых компонентов
В заключение, диаграмма выбора линейки фильтров серии ZCAT производства TDK показана в таблице 2. TDK предоставляет различные серии компонентов, охватывающих широкий спектр областей применения, от использования в кабелях общего назначения до плоских кабелей.
| Применение | Тип | Диаметр кабеля, (мм) | Код заказа | Изображение |
| Кабели | Самозажимной механизм | 3…5 | ZCAT1325-0530A (-BK) |  |
| 4…7 | ZCAT1730-0730A (-BK) | |||
| 6…9 | ZCAT2035-0930A (-BK) | |||
| 8…10 | ZCAT2235-1030A (-BK) | |||
| 10…13 | ZCAT2436-1330A (-BK) | |||
| Кабель крепится к корпусу нейлоновым ремешком | 7 макс. | ZCAT1518-0730 (-BK) |  |
|
| 9 макс. | ZCAT2017-0930 (-BK) | |||
| 9 макс. | ZCAT2032-0930 (-BK) | |||
| 11 макс. | ZCAT2132-1130 (-BK) | |||
| 13 макс. | ZCAT3035-1330 (-BK) | |||
| Плоские кабели | 20-жильные плоские кабели | 12 макс. | ZCAT3618-2630D (-BK) |  |
| 26-жильные плоские кабели | 13 макс. | ZCAT4625-3430D (-BK) | ||
| 40-жильные плоские кабели | 17 макс. | ZCAT6819-5230D (-BK) |
DIY: Борьба с помехами на радио от блоков питания видеорегистраторов/навигаторов | Персональный блог | Обзоры
Текстом ниже не пытаюсь «открыть Америку» для читателей, просто решил поделиться своим опытом…
Все началось приблизительно, год назад, когда я обратил внимание, что, при прослушивании радио в автомобиле, появились шумы, причем проявлялись они не всегда, а только в определенных точках города, где раньше проблем с приемом никогда не было. В тот момент подумал, что это связанно с работами на радиопередающей вышке, да и сам радиоэфир слушаю редко, все больше музыку с дисков, поэтому особого внимания проблеме не уделял.
Но вот, совсем недавно, в сервисе «Вопрос-ответ» DNS встретил несколько вопросов по проблемам со штатными блоками питания видеорегистраторов и навигаторов и, при активном «гуглении», наткнулся на упоминание некачественной продукции, от которой идут наводки на автомагнитолы при прослушивании радио, и более того, помехи для GPS приемников навигаторов. «Шуметь» может как блок питания, так и устройство к нему подлюченное. Сопоставив данные факты с датой приобретения видеорегистратора Explay DVR-004 (как раз год назад), начали закрадываться подозрения, не он ли источник помех радио.
Покатался по городу, нашел точку, в которой начались помехи, вытащил блок питания видеорегистратора из прикуривателя и …
помехи пропали, радио стало слышно просто отлично!
Проблема локализована, пора заняться ее устранением 🙂
Снова изучение форумов, и приблизительный список решений:
- * Заменить некачественный блок питания на качественный.
- * Убрать импульсный блок питания и поставить стабилизатор на базе кр142ен5 или аналогов.
- * Запитать видеорегистратор от отдельного источника питания.
- * Экранировать корпус видеорегистратора и провод его питания.
- * Поставить на провод питания видеорегистратора ферритовые кольца.
- * Поставить сглаживающие фильтры по питанию на вход и/или выход блока питания регистратора.
Первый вариант я для себя отсек сразу, т.к. вскрытие блока питания моего видеорегистратора показало, что, схема, в принципе, достаточно грамотная, по крайней мере, соответствует типовой для микросхемы MC34063.
Второй вариант плох тем, что «кренки» сильно греются и их нужно хорошо охлаждать (радиатор площадью не меньше 10 см2), что достаточно пожароопасно.
Третий вариант для автомобиля совсем не подходит, не возить же с собой два аккумулятора.
Четвертый вариант, особенно в части корпуса видеорегистратора или навигатора, труднореализуем.
Для себя решил пробовать 5 или 6 вариант, т.е. ставить фильтр по питанию.
Под рукой, как раз был неисправный блок питания персонального компьютера, на входе у которого отдельной платкой стоял фильтр по питанию, решил попробовать его.
Замеры шумов при его подключении показали, что они «живее всех живых» 🙂
Тогда решил собрать из подручных средств П-образный сглаживающий фильтр, не заморачиваясь его расчетами.
Приблизительная схема:
Под рукой, как раз, были необходимые компоненты, а именно:
- * Конденсаторы 25V 1000uF (продаются в любом радиомагазине за сущие копейки).
- * Дроссель (выпаял из неисправного блока питания).
- * Штекер в прикуриватель автомобиля (позаимствован с неисправного автомобильного компрессора).
Первым делом поставил в штекер предохранитель, чтобы, в случае короткого замыкания, не спалить электронику автомобиля или блок питания видеорегистратора. Именно отсутствие предохранителя и стало причиной мучительной смерти компрессора, когда на морозе лопнула оплетка его провода и произошло короткое замыкание. Второй раз на эти грабли решил не вставать.
Для быстрой проверки изготовил «прототип» — распаял схемку «навесом». Получилась такая конструкция.
Первое же испытание «в поле» показало неплохой результат, уровень шумов снизился существенно, небольшие помехи остались, но их можно списать на действительно низкий уровень сигнала в некоторых местах нашего города. Также, не стал ставить ферритовые кольца на провод питания, т.к. их под рукой не оказалось, а полученный эффект меня устроил 🙂
Следующим шагом – облагородил схемку в небольшой корпус из под мышки Logitech, уж очень не хотелось снимать часть панели в авто и припаивать получившийся фильтр непосредственно к разъему «прикуривателя».
Для этого разобрал блок питания видеорегистратора
отпаял пружинку и минусовой контакт
Выкинул «потроха» мышки и разместил фильтр и блок питания внутри ее корпуса, закрепив элементы с помощью клеевого термопистолета.
Результат получился вполне симпатичный
На этом все, надеюсь мой опыт пригодится кому-нибудь еще.
Кабельный RFI фильтр
Вы когда-нибудь задумывались, зачем на некоторых кабелях стоят подозрительные пластиковые цилиндрики? Если интересно, данный микрообзор для Вас 🙂Цилиндрики эти представляют собой удлинённое ферритовое кольцо (цилиндр), которое насаживают на кабель при его изготовлении. Служит он для снижения помех излучения кабеля от сильно шумящего устройства. Кабель представляет собой своеобразную антенну и неплохо излучает в диапазоне десятков-сотен МГц, включающий в себя радиовещательный и телевизионный диапазоны. Устанавливаются фильтры на кабеле со стороны источника помех, либо сразу с обоих сторон, если неизвестно откуда идёт помеха. Фильтр помех на кабеле — это костыль, а не панацея. Правильнее встраивать фильтры в само устройство.
Подробнее о помехах можно прочитать в комментариях к обзору 🙂
Если у вас уже есть кабель без фильтра и он Вам реально необходим — продают разъёмные фильтры, о которых и идёт речь в этом обзоре.
Представляет собой две половинки ферритового цилиндра и пластиковый держатель, фиксирующий фильтр на кабеле защёлками.
Пакет
Каждый фильтр в своём пакетике
Цвет серый, внутренний размер 5мм для USB кабелей и тонких сетевых шнуров. Можно прицепить и на более тонкий кабель.
На USB кабеле выглядит так
Фильтры бывают разного цвета (серый, чёрный) и размера под кабель разных диаметров (5мм 7мм 10мм и т.д).
На сетевой шнур 2х0,75 этот фильтр не встаёт, надо брать большего размера (7мм).
Проверял фильтр на USB удлинителе, подключенном к самой гадкой из имеющихся USB зарядок 5V 1A от какого-то безродного смартфона. В качестве приёмника помех выступал рядом стоящий музыкальный центр AIWA, настроенный на самую слабую волну (лёгкое шипение в паузах отчётливо прослушивалось). При включении зарядки без провода, никаких изменений сигнала не было. При подключении провода, также ничего не изменилось. При подключение нагрузки 1А, шум в радиоприёмнике заметно возрос. Прицепил на кабель фильтр непосредственно около зарядки — шум вернулся к первоначальному значению. Отключил зарядку — снижения шума не заметил. На сколько именно децибел фильтр давит помеху — неизвестно, но на слух разница отчётливо заметна.
Остальные имеющиеся зарядки и без фильтра не шумели 🙂
Это не тестирование, а всего-лишь проверка работоспособности.
Устройство реально позволяет снизить помеху например от не шибко качественного USB БП на рядом расположенный радиоприёмник. Проверено — работает! 🙂
Для чего нужен ферритовый фильтр или кольцо на кабеле
Для чего нужен ферритовый фильтр или кольцо на кабеле
Вы наверное замечали и не раз, что на проводах от ноутбука, монитора и иной электронной техники встречаются непонятные утолщения в виде цилиндра. Это сделано не просто так или для красоты. Дело в том, что пластиковый цилиндр — это специальный ферритовый фильтр. В народе его часто называют, как фильтр для подавления высокочастотных помех или проще — «шумовой» фильтр. Зачем и для чего он нужен?
Дело в том, что любое устройство, подключенное к электрической сети, является источником электромагнитных волн, которые являются, в свою очередь, высокочастотными помехами, влияющими на работу других устройств, находящихся поблизости. Длинные внешние силовые и интерфейсные кабели работают как своего рода антенны, которых довольно-таки сильно излучают во внешнюю среду помехи, которые создаются аппаратурой при работе. Это может сильно влиять на работу беспроводных сетей WiFi, радиоаппаратуры и точных приборов.Чтобы этого не происходило, кабель надо экранировать. Но тогда значительно подскочит его цена! На помощь пришли ферритовое кольцо и фильтры из этого материала.
Как работает ферритовый фильтр
Феррит — это специальный материал, состоящий из соединения оксида железа и ряда других металлов, который не проводит ток и эффективно поглощает электромагнитные волны. Ферритовое кольцо является отличным магнитным изолятором и за счёт этого обеспечивает фильтрацию высокочастотных помех и электромагнитных шумов. Он принимает на себя электромагнитные волны на выходе из электронной аппаратуры, прежде чем они усилятся в кабеле, как в антенне.
Ферритовый фильтр представляет собой сердечник из этого материала в виде цилиндра, который надевается на кабель либо сразу на производстве, либо позднее. При самостоятельной установке его необходимо расположить максимально близко к источнику помех. Только это позволить предотвратить передачу помех через другие элементы конструкции аппарата, где их отфильтровать гораздо труднее.
Поделитесть полезным с друзьями:
Качественный фильтр сетевых помех для аудио + своими руками
В последние годы ваш HiFi или даже High-End аудио комплекс всё меньше радует детальностью, сочностью и прозрачностью звучания? Вы подумываете обновить всю систему? Или вы уже подыскиваете качественный сетевой фильтр? Если последнее — вы на верном пути 😉
Посчитаем?
В этом веке количество источников электромагнитных помех в наших домах растёт по экспоненте. Оглядитесь, попробуйте посчитать, сколько на вид безобидных лёгких и маленьких зарядных устройств, экономичных ламп, «электронных трансформаторов» для галогенок, компьютеров, принтеров, и прочей электроники с питанием от сети и/или всевозможными «зарядниками» пришло в ваш дом за последнее десятилетие? Пальцев не хватило, даже вместе с ногами, женой и… то-то! 🙂
Сегодня пожалуй 95% источников сетевого питания построены на базе высокочастотного преобразователя и не используют старые громоздкие и тяжёлые, гудящие трансформаторы на 50 (60) Герц. Ура, партия зелёных торжествует: большинство таких преобразователей весьма экономичны, компактны и… каждый такой импульсный блок питания а) свистит на частоте преобразования и гармониках и б) создаёт броски зарядного тока во входном выпрямителе (весьма широкополосная помеха — и прямиком в сеть).
В по-настоящему качественных (и дорогих) импульсных источниках питания с помехами борются весьма успешно, но всё равно недостаточно, чтобы весь производимый ими электромусор остался незаметным для чувствительных ушей меломана. Да что там меломаны… У нас в доме старый добрый 39-мегагерцовый радио-телефон. Постепенно он начал гудеть и жужжать так, что я серьёзно собирался сменить аппарат. Но пользуемся мы им относительно редко и проблема однажды решилась сама собою, когда я в погоне за красивым звуком повырубал к чертям все импульсные блоки питания вкупе с компьютерами в доме. После того эксперимента, кстати, и появились у нас вот эти бочёнки.
Так что же покупить?
В этой статье я не подскажу, какой сетевой фильтр надо покупать. Причины две: за разумные деньги я не встречал адекватных фильтров; а те фильтры, что я мог бы порекомендовать — стоили совершенно несообразно, да и места занимали много больше, чем выполняемая ими функция того требует. Тем не менее решение существует: для умелых рук — собирать фильтры самому, и я постараюсь разъяснить его работу настолько, что любой, кто дружен с паяльником, сможет снабдить свою аппаратуру адекватной защитой от электромагнитных помех, проникающих из питающей сети. Если же вы не имеете возможности, либо желания дышать канифолью — покажите статью товарищу, который сможет вам помочь.
Грамотные производители должны были всё предусмотреть!
Фиг-вам! (изба такая индейская (с) кот Матроскин)
Открываем CD-проигрыватель, купленный в своё время за шесть сотен «зелёных». И что мы видим: рудиментарный сетевой фильтр тут имеется, но увы, лишь нарисованный шелкографией на плате, на дросселе и конденсаторах сэкономили. Вполне допускаю, что в их комнатах прослушивания, с идеальной фильтрацией питания, фильтр тот был и не нужен — не услышали «гуру» разницы от отсутствия фильтра. Ну и внесли «рацуху» — пошёл аппарат в массы голенький и беззащитный супротиву нового поколения электронных домов…
За работу!
В принципе, качественные фильтры промышленность выпускает. Только стОят они опять же дороговато. Этакие полностью экранированные коробочки со схемкой на боку. Катушечки там, конденсаторчики. Давайте же разберёмся, что там для чего, и соберём сами из доступных деталюх. Кстати, в пику аудиоманьякам я утверждаю, что грамотный сетевой фильтр в устройстве, собранный из качественных обычных (не аудиофильских) компонентов — гораздо эффективнее и «звучит» лучше, нежели любые самые эзотерические кабели питания, а так же и большинство «аудиофильских» же фильтров питания. Спорим? 😉
Скажи мне, кто твой враг
1) Дифференциальное напряжение помехи. Это такой «вредный» сигнал, который приходит вместе с «полезным» напряжением питания (или сигналом), его измеряют между двумя соединительными проводниками, «горячим» и «общим» проводами, или проще говоря — между двумя шинами питания.
2) Синфазное напряжение помехи. Этот сигнал измеряется между корпусом прибора (землей) и любым соединительным проводником. Особенность этой помехи в том, что она будет идентична на обоих проводах питания, т.е. в отличие от дифференциальной помехи её не поймать между проводами и она просачивается внутрь в обход обычных фильтров.
Блокировочный конденсатор
Конденсатор шунтирует дифференциальные ВЧ помехи и не пускает их дальше в аппарат. Надо не забыть разрядить его при выключении аппарата, а то взявшись нечаянно за вилку можно получить весьма ощутимую «мотивацию». Для этого ставим резистор, мирно греющийся в нормальном режиме работы. Ох не водить мне дружбы с «зелёными»…
Дроссель
Индуктивность (обыкновенный небольшой дроссель) формирует уже Г-образный LP фильтр с совместно с конденсатором. Конкретная частота среза фильтра нас не очень интересует. Дроссель потолще (лишь бы был рассчитан на _постоянный_ ток в несколько раз выше тока, потребляемого аппаратом), конденсатор побольше на напряжение не менее 310 вольт — и все довольны.
Синфазный трансформатор
Обмотки в таком трансформаторе идентичны и включены встречно, таким образом он беспрепятственно пропускает всё, что приходит как разница потенциалов между L и N. Иначе можно объяснить так: нормальный ток нагрузки создаёт встречные идентичные поля в сердечнике, которые взаимно компенсируются. Тогда зачем это всё — спросите вы?
Сердечник такого трансформатора остаётся неподмагниченным основной нагрузкой. Если же представить себе провода питания L и N вместе как один провод — то мы имеем немалую индуктивность на пути уже синфазной помехи, т.е. всего того, что наводится на обоих проводах одновременно. Провода же те, будь то обычный кабель питания за доллар, или экзотическое аудиофильское чудо — суть антенна, принимающая и станцию «Маяк», и всё, что излучают домашние электронные вонючки. Внутри же аудио агрегата нам и синфазная помеха ни к чему: через емкостную связь она может проникать в кишочки наших любимцев весьма агрессивно.
Два маленьких компаньона
Два маленьких конденсатора в компанию синфазному трансформатору. Они закорачивают на защитное заземление именно синфазную помеху и создают уже вкупе с синфазным трансформатором тоже своего рода Г-образный фильтр для синфазной помехи, не пускают её дальше в аппарат. Без них синфазная помеха, пусть и встретившая на своём пути немалое сопротивление нашего трансформатора — всё равно пойдёт искать свою жертву внутрь аппарата.
Антизвон
Антизвонная цепочка, или RC-цепь Цобеля. Несколько мистический зверёк, но очень полезный. Тут совместно с первичной обмоткой трансформатора в аппарате мы формируем колебательный контур с низкой добротностью, чтобы «поймать» то, что «выскочит» из первички при отключении питания. Искрогаситель. Защита остального фильтра и самого трансформатора от ЭДС самоиндукции при отключении в неудачный момент (при большом токе через первичку). Он так же вносит свою лепту в перевод ВЧ помех в тепло.
Не было бы конденсатора — такой низкоомный резистор просто взорвался бы от напряжения сети. Не было бы резистора — получили бы относительно высокодобротный контур совместно с первичкой и/или дросселем фильтра.
Другой взгляд: привносим чисто резистивную и весьма низкоомную составляющую импеданса нагрузки на ВЧ… Кто может объяснить лучше — милости прошу, помещу «в книжку» с сохранением авторства 😉
#ground_loop
Разрываем контур заземления
Резистор в параллель со встречно включенными диодами. В другой версии это мог бы быть дроссель. Включено это дело между защитным заземлением и корпусом прибора. Зачем, спросите вы — это, вроде, к фильтрации помех никакого отношения не имеет? Давайте разбираться.
Встречно включенные диоды успешно закоротят любую сильноточную утечку внутри корпуса прибора (коротыш какой, пробой) на защитное заземление. Тем самым мы соблюдаем требования техники безопасности: в случае аварии на корпусе прибора не должно появится опасного для жизни и здоровья человека напряжения. При этом диоды «разрывают» цепь для небольших напряжений.
Резистор создаёт путь для небольших токов. Если бы его не было, а внутренности прибора неплохо отвязаны от земли, то даже небольшие утечки создавали бы избыточный размах напряжения на корпусе относительно земли, и через емкостные связи это всё проникало бы в прибор.
Так для чего же всё-таки «отвязывать» защитную землю от корпуса? Дело в том, что на защитном заземлении могут наводиться напряжения: например той самой синфазной помехой, что мы отфильтровываем. Так же, увы, нередко встречается такая разводка сети, когда защитное заземление одновременно является и возвратным проводом для собственно напряжения сети. В этом случае даже на небольшом сопротивлении проводки немалый ток потребления создаёт ощутимое падение напряжения. Все эти факторы могут «разогнать» в нормальных условиях до десятков и даже сотен милливольт разницы потенциалов между защитными заземлениями разных агрегатов. Теперь, если мы передаём аудио-сигнал через соединения, заведённые одним проводом на корпус (RCA разъёмы «колокольчики», к сожалению так популярные в бытовом HiFi), то эта самая разность потенциалов между корпусами приборов будет напрямую замешана в сигнал.
Итого, отвязывая корпус прибора (а в большинстве случаев это значит — и сигнальную землю оного) от защитного заземления, мы тем самым ощутимо уменьшаем замешивание любых «чудачеств», что могут случиться в розетке — прямиком в сигнал. Конечно же, уважающий себя любитель качественного звуковоспроизведения будет использовать исключительно балансные соединения, иммунные к синфазной помехе. Только, увы, у меня ещё не все аппараты соединены исключительно балансными кабелями. А как с этим дело обстоит у вас, дорогой читатель? 😉
Собираем
Выключатель питания пристроен по принципу — где меньше искра будет. В остальном фильтр не сильно отличается от того, что ставят в дорогих компьютерных блоках питания. Кстати, оттуда же можно и детальками разжиться.
Тот фирменный аппарат, что я упомянул вначале статьи, тоже получил свою дозу фильтрации, подробности здесь.
А ещё лучше — можно?
Можно! Экстремалы включают «встречно» огромные трансформаторы и фильтруют всё в низковольтной части. Результат несколько лучше, бюджет — на порядки выше.
Так же мы опустили MOV (варисторы) «искрогасители» и прочие устройства защиты от импульсных перенапряжений. Этим как раз занимаются все подряд сетевые фильтры за десять баксов. Опять же можно из компьютерного БП вытащить и поставить на входе, сразу за предохранителем. Качества звука это не добавит, но может спасти аппарат в грозу. Так же варистор способен уберечь конденсаторы фильтра от деградации, хоть бы они и были «самовосстанавливающимися». Постепенная деградация фильтров связана с нефатальными пробоями, вызванными кратковременными бросками напряжения сети, неизбежными при наличии коммутируемой индуктивной нагрузки, и кстати, совсем не обязательно в самом защищаемом аппарате.
Если аппарат очень мощный — нелишним будет терморезистор или более сложная схема плавного старта, чтобы не поубивать проводку во всём доме в момент включения аппарата током заряда огромных банок фильтров питания…
Если знаете, как сделать ещё лучше — напишите в комментариях!
Что дальше?
Неужели вы добрались так далеко? 😉 Значит статья чем-то заинтересовала. Тогда может и кто-то из друзей и знакомых скажет Вам спасибо за ссылочку на эту статью, или «лайк» в любимой соц-сети…
Если же вы действительно цените качественное звуковоспроизведение, не омрачаемое всевозможными помехами из электросети — у нас есть готовое решение для вас: набор для самостоятельной сборки качественного сетевого фильтра для аудио-аппаратуры.
Или возможно, вы захотите подарить своему лучшему другу — меломану недорогой подарок, за который он будет вам искренне благодарен? 😉 Взвесьте все за и против, и примите верное решение! Сетевой фильтр в вопросах и ответах.
Как выбрать сетевой фильтр | Сетевые фильтры | Блог
С развитием технологий растет и количество полезных приборов, без которых уже трудно представить свою жизнь. Сегодня все бытовые приборы и гаджеты необходимо подключать к электросети для постоянной работы или подзарядки, поэтому потребность в большом количестве розеток постоянно растет. Сетевые фильтры оснащают защитой от короткого замыкания, отдельными или общими выключателями. Кроме этого, продвинутые и дорогие модели фильтруют высокочастотные помехи, которые образуются из-за большого количества подключенных к электрической сети приборов и плохой, старой проводки.
Как это работает?
Сетевой фильтр, в зависимости от стоимости, выполняет следующие функции:
1. Защита от короткого замыкания;
2. Фильтрация высокочастотных помех;
3. Защита от кратковременных импульсов напряжения.
Короткое замыкание – состояние электрической цепи, когда фаза и ноль соединены напрямую без нагрузки. Т.е. если где-то обрыв провода, если что-то в каком-то приборе замкнуло, то сетевой фильтр должен вырубиться и защитить оставшуюся аппаратуру.
Помехи – следствие работы приборов, подключенных к сети. Почти вся электроника сейчас на импульсных источниках питания – телевизоры, компьютеры и т.д. Импульсные блоки питания неизбежно дают помехи в сеть. Кроме них помехи дают и приборы с индуктивной нагрузкой, например холодильник.
Высокочастотные помехи не вредят электронике, но сказываются на её работе. Например, в аудиотехнике могут появиться посторонние звуки, на экране аналогового телевизора или монитора рябь и искажения.
Импульсы напряжения возникают из-за подключения к сети любой реактивной нагрузки, опять же холодильник, сварочные аппараты и прочее. Чтобы случайно ничего не сгорело, в сетевые фильтры ставят варристоры, которые поглощают эти имульсы. Но от длительного воздействия высокого напряжения они редко защищают.
Типы сетевых фильтров
Удлинитель – самый простой прибор, состоящий из провода и розеток. У него нет фильтров и автоматов для предотвращения короткого замыкания.
Сетевой фильтр – тоже, что и удлинитель, но еще с высокочастотным фильтром, т.е. устраняет высокочастотные помехи. В дополнении к этому с выключателем и зачастую с терморазмыкателем.
Тройник , разветвитель – обычный разветвитель на несколько розеток без провода.
Ваттметр – измерительный прибор, определяет мощность потребления электричества.
Энергомер – по принципу работы похож на ваттметр, в дополнении регистрирует потребляемую мощность по аналогии со счетчиком .
Количество и тип розеток
В современных сетевых фильтрах бывает до восьми розеток. Следовательно, в одну настенную розетку вы можете через фильтр подключить до восьми сетевых приборов – это несомненный плюс. Но стоит учитывать: подключение к фильтру большого количества приборов может привести к его автоматическому отключению из-за перегрузки.
Существует множество различных видов разъемов, в сетевых фильтрах выделяют два типа розеток:
— Тип С и тип F. Европейский вид розетки, два круглых штырька. Отличие типа F в том, что у него присутствуют контактные пластины для заземления, чего нет у типа С. Заземление розетки позволяет избежать неприятных, а порой и опасных ситуаций. Многие сталкивались с проблемой, когда при прикосновении к стиральной машине или электроплите ударяет током, это возникает по причине отсутствия заземления. В большинстве квартир заземление сделано только у плиты.
Производители выпускают фильтры с вилкой IEC C14 (компьютерная). Данный тип разъема используется для прямого соединения к источнику бесперебойного питания. Сетевой фильтр подключенный напрямую через ИБП способствует более надежной защите оборудования от скачков напряжения и отключения электричества.
Основные параметры сетевых фильтров
Выбирая сетевой фильтр следует обратить внимание на максимальную мощность подключенной нагрузки и максимальный ток нагрузки. Эти параметры позволяют рассчитать целесообразность приобретения различных моделей. При расчете максимальной мощности ток необходимо умножить на напряжение (к примеру: 5 А умножаем на 220 В и получаем 1100 Вт). Затем складываем мощность приборов, которые планируется подключать через сетевой фильтр. Если суммарная мощность техники выше максимально допустимой мощности фильтра, то следует подобрать модель, выдерживающую более высокую нагрузку.
К примеру: при подключении к сетевому фильтру ПК и периферии, он будет работать без нареканий, так как мощность потребления у этих приборов невысокая. Но если планируется использовать сетевой фильтр на кухне, подключать одновременно электрочайник, плиту, водонагреватель, то при одновременной работе всех приборов фильтр отключится.
Уровни защиты
По степени защиты сетевые фильтры можно условно разделить на:
1. Базовый уровень защиты (Essential). Такие фильтры имеют самую простую (базовую) защиту. При импульсах напряжения принимают удар на себя, характеризуются не высокой стоимостью и простотой в конструкции. Применять их лучше с недорогой и маломощной техникой. Служат альтернативой обычным удлинителям.
2. Продвинутый уровень защиты (Home/Office). Подходят для большинства приборов в доме и офисе, представлены на рынке широким ассортиментным рядом и лояльной стоимостью по отношению к качеству.
3. Профессиональный уровень защиты (Performance). Гасит практически все помехи, рекомендуется к приобретению для дорогой чувствительной к помехам технике. Сетевые фильтры с профессиональным уровнем защиты дороже по стоимости в отличии от предыдущих, но их надежность полностью окупает издержки.
Защита от кратковременных скачков/импульсов напряжения – практически все фильтры оснащены данной функцией, принцип ее действия заключается в поглощении кратковременных высковольтных импульсов. От длительного повышенного напряжения она не защищает. Если в вашем доме большую часть времени повышенное или пониженное напряжение, то лучше отдать предпочтение стабилизатору, так как сетевой фильтр будет бесполезен.
Отключение при перегреве — за отключение отвечает датчик перегрева, при возрастании температуры выше предельно допустимой сетевой фильтр обесточивается. При использовании фильтра вблизи отопительных приборов или на максимальной мощности потребления датчик перегрева поможет избежать его поломки или возникновения опасных ситуаций.
Подавление помех — на территории России частота подачи электроэнергии составляет 50 Гц, но так же в сети присутствуют дополнительные высокочастотные гармоники. Фильтр устраняет высокочастотную «грязь», снижает ее до минимума, тем самым оставляя чистый 50 Гц синус без лишних гармоник.
Выключатель
Сетевые фильтры оборудованы выключателем для того чтобы постоянно не выдергивать вилку из розетки, выключатель бережет время и безопасен в использовании.
Выключатели встречаются нескольких видов:
Индивидуальные – установлены для каждой розетки сетевого фильтра, нет необходимости выдергивать из фильтра конкретный прибор, можно просто нажать кнопку.
Общие – устанавливаются на верхней или боковой стороне фильтра, обесточивают все приборы, подключенные к сетевому фильтру.
Пульты ДУ – модели сетевых фильтров с пультом ДУ встречаются редко, цена на них высока, но за удобство приходится платить. Удобны в использовании, подходят для людей с ограниченными возможностями.
Длина кабеля
Длинный кабель обеспечивает мобильность, увеличивает площадь, на которой можно использовать подключаемый прибор. Длинные кабели удобны в помещениях с большой площадью для строительных инструментов, пылесосов и прочей переносной техники. Но в небольших помещениях нет необходимости брать удлинитель «с запасом», достаточно ограничиться моделями со средней длиной кабеля, иначе он будет мешать и путаться. Наиболее распространенными длинами сетевых фильтров считается: 1,5; 1,8; 3; 4; 5; 10.
Дополнительные особенности
Индикатор – информирует о включении сетевого фильтра, часто совмещен с кнопкой выключателя. В зависимости от модели может быть общим или индивидуальным для каждой розетки сетевого фильтра.
Крепление на стену – некоторые фильтры оснащены петлями с обратной стороны. Такое дополнение призвано снизить риск повреждения проводов, упростить уборку. Сетевой фильтр удобно крепить к стене или же к внутренней стороне компьютерного стола, провода не будут мешать под ногами.
Крепление для проводов – необходимо если к фильтру подключено большое количество приборов, предотвращает спутывание и залом провода.
Порты USB – созданы для прямого подключения гаджетов к электросети без использования индивидуального зарядного устройства. Стандарт USB получил свое широкое распространение во всем мире, можно заряжать аккумуляторы и при этом не занимать розетку.
Ценовой диапазон
Сетевой фильтр это тот прибор, который может себе позволить каждый, незаменимая вещь в любом доме. Помимо широкого ассортиментного ряда фильтры имеют и большой ценовой диапазон. Стоимость варьируется в зависимости от производителя, степени защиты, максимальной мощности и дополнительных функций. Если нет необходимости в высокой степени защиты, если в вашем доме скачки напряжения редкое явление, то нет смысла переплачивать. В случае постоянных помех электросети сетевой фильтр с высокой степенью защиты незаменим. Следует отметить, что дешевой моделью лучше не ограничиваться, как известно, «скупой платит дважды». Ниже приведена примерная стоимость в зависимости от типа изделия:
Ваттметр — от 890 р.
Разветвитель — от 270 р.
Удлинитель — от 270 до 1400 р.
Тройник — от 290 р.
Сетевой фильтр — от 300 до 3000 р.
Энергомер -от 1300 р.
