كيفية اختبار فقد الإدخال في النوى الحلقية الفريتية

1. فهم فقدان الإدخال

يقيس فقد الإدخال مقدار انخفاض قدرة الإشارة عند إدخال قلب حلقي من الفريت في دائرة كهربائية، ويُقاس بالديسيبل (dB). ويعكس هذا الفقد قدرة القلب على كبح التداخل الكهرومغناطيسي (EMI) عن طريق إضعاف الإشارات غير المرغوب فيها. صيغة فقد الإدخال هي:

حيث Vwithout core هو جهد الإشارة بدون النواة، و Vwith core هو الجهد مع إدخال النواة.

2. العوامل الرئيسية المؤثرة على فقدان الإدخال

• التركيب المادي : تتفوق الفريتات النيكل والزنك (NiZn) في التطبيقات عالية التردد (1 ميجاهرتز - 1 جيجاهرتز)، بينما تكون الفريتات المنجنيز والزنك (MnZn) أكثر ملاءمة للترددات المنخفضة (1 كيلوهرتز - 1 ميجاهرتز).
• هندسة القلب : يؤثر حجم القلب وشكله وعدد لفاته بشكل مباشر على مقاومته، وبالتالي على فقد الإدخال.
• التردد : يزداد فقد الإدخال مع التردد، ويبلغ ذروته عند تردد الرنين الأساسي قبل أن ينخفض.
• درجة الحرارة : يمكن أن تؤدي درجات الحرارة المرتفعة إلى تقليل النفاذية المغناطيسية للقلب، مما يؤدي إلى تغيير خصائص فقد الإدخال.

3. أساليب الاختبار

الطريقة الأولى: محلل الشبكة (الأكثر دقة)

يقوم محلل الشبكة بقياس مقاومة النواة عبر نطاق ترددي، مما يتيح حسابًا دقيقًا لفقد الإدخال.

الخطوات :

1. المعايرة : قم بمعايرة محلل الشبكة باستخدام مجموعة معايرة (معايير الدائرة المفتوحة والقصيرة والحمل) لضمان الدقة.
2. إعداد الاختبار:
   • قم بلف عدد محدد من اللفات (على سبيل المثال، 5-10) حول القلب باستخدام سلك ذي مقاومة ضئيلة.
   • قم بتوصيل الجهاز الأساسي بجهاز تحليل الشبكة عبر كابلات محورية أو تجهيزات اختبار.
   • تأكد من أن القلب مركزي وأن اللفات منتظمة لتقليل التأثيرات الطفيلية.
3. مسح التردد : قم بإجراء مسح للتردد (على سبيل المثال، من 1 ميجاهرتز إلى 1 جيجاهرتز) وسجل المعاوقة ( Z ) وزاوية الطور ( θ).).
4. حساب فقد الإدخال:
   • تحويل المعاوقة إلى معامل الانعكاس ( Γ ): Γ = Z + Z0 / Z - Z0 ، حيثZ0​ هي المعاوقة المميزة (عادةً 50 أوم).
   • احسب فقد الإدخال باستخدام معادلة فقد الإدخال (ديسيبل) = -20log10 |Γ| .

المزايا : دقة عالية، نطاق تردد واسع، والقدرة على تحليل المعاوقة والطور.

القيود : معدات باهظة الثمن وتتطلب خبرة فنية.

الطريقة الثانية: مولد الإشارة ومحلل الطيف (بديل فعال من حيث التكلفة)

تستخدم هذه الطريقة مولد إشارة لإنتاج إشارة اختبار ومحلل طيفي لقياس قوة الإشارة قبل وبعد إدخال القلب.

الخطوات :

1. إعداد الاختبار:
   • قم بتوصيل مولد الإشارة بمقسم الطاقة أو الموصل الاتجاهي لتقسيم الإشارة إلى مسارين: أحدهما مع النواة والآخر بدونها.
   • قم بلف عدد محدد من اللفات حول النواة وضعها في مسار واحد.
   • قم بتوصيل كلا المسارين بجهاز تحليل الطيف.
2. قياس قوة الإشارة:
   • سجل قوة الإشارة ( Pwithout core ​) بدون النواة.
   • أدخل النواة وسجل قوة الإشارة ( Pwith core).
3. حساب فقد الإدخال:
   • استخدم الصيغة : فقدان الإدخال (ديسيبل) = 10log10 (P مع النواة P بدون النواة) .

المزايا : تكلفة أقل مقارنة بمحلل الشبكة ومناسب للاختبارات الأساسية.

القيود : أقل دقة بسبب أخطاء القياس المحتملة الناتجة عن فقدان الكابلات أو عدم تطابق المعاوقة.

الطريقة الثالثة: مقياس LCR (اختبار التردد المنخفض)

يقيس مقياس LCR الحث ( L ) والمقاومة ( R ) وعامل الجودة ( Q ) عند الترددات المنخفضة (عادة أقل من 1 ميجاهرتز).

الخطوات :

1. إعداد الاختبار:
   • لف عددًا محددًا من اللفات حول القلب.
   • قم بتوصيل القلب بجهاز قياس LCR باستخدام أسلاك الاختبار.
2. معايير القياس:
   • سجل الحث ( L ) والمقاومة ( R ) وعامل الجودة ( Q ) عند تردد الاختبار.
3. تقدير فقد الإدخال:
   • بالنسبة للتطبيقات منخفضة التردد، يمكن تقريب فقد الإدخال باستخدام معاوقة القلب ( Z = R + jωL ) والصيغة التالية : فقد الإدخال (ديسيبل) ≈ 20 log10(Z0 | Z|) ، حيثZ0​ هي المعاوقة المميزة.

المزايا : بسيط وفعال من حيث التكلفة للاختبارات منخفضة التردد.

القيود : يقتصر على الترددات المنخفضة ولا يقدم سوى تقدير لفقدان الإدخال.

4. أفضل الممارسات لإجراء اختبارات دقيقة

• المعايرة : قم دائمًا بمعايرة جهازك قبل الاختبار لضمان الدقة.
• اللفات المنتظمة : تأكد من لف السلك بشكل منتظم حول القلب لتقليل الاختلافات في المعاوقة.
• التحكم في درجة الحرارة : قم بإجراء الاختبارات عند درجة حرارة ثابتة، حيث يمكن أن تؤثر تقلبات درجة الحرارة على الخصائص المغناطيسية.
• تجنب التأثيرات الطفيلية : استخدم أسلاك اختبار قصيرة وقلل مقاومة التلامس لتقليل السعة والحث الطفيليين.
• قياسات متعددة : قم بإجراء قياسات متعددة عند كل نقطة تردد واحسب متوسط ​​النتائج لتقليل الأخطاء العشوائية.

5. تفسير النتائج

• استجابة التردد : ارسم منحنى فقد الإدخال مقابل التردد لتحديد نطاق التردد الفعال للنواة. يشير ارتفاع فقد الإدخال إلى تحسين كبح التداخل الكهرومغناطيسي.
• ذروة الرنين : ستبلغ خسارة الإدخال للقلب ذروتها عند تردد الرنين الخاص به، والذي يعتمد على محاثته وسعته الطفيلية.
• المقارنة مع المواصفات : قارن نتائج الاختبار الخاصة بك مع ورقة بيانات الشركة المصنعة للتأكد من أن النواة تلبي معايير الأداء المطلوبة.

6. تطبيقات اختبار فقد الإدخال

• ترشيح التداخل الكهرومغناطيسي : تُستخدم النوى الفريتية على نطاق واسع في مرشحات التداخل الكهرومغناطيسي لقمع الضوضاء عالية التردد في مصادر الطاقة ومعدات الصوت وأنظمة الاتصالات.
• سلامة الإشارة : في الدوائر الرقمية عالية السرعة، تساعد النوى الفريتية في الحفاظ على سلامة الإشارة عن طريق تقليل التشويش المتبادل والتداخل الكهرومغناطيسي.
• إلكترونيات الطاقة : تُستخدم النوى الفريتية في المحاثات والمحولات لتحسين الكفاءة وتقليل فقد الطاقة.