۱. درک تلفات الحاقی
افت درج، میزان کاهش توان سیگنال را هنگام قرار دادن یک هسته فریت حلقوی در مدار، که بر حسب دسیبل (dB) بیان میشود، اندازهگیری میکند. این مقدار، توانایی هسته را در سرکوب تداخل الکترومغناطیسی (EMI) با تضعیف سیگنالهای ناخواسته نشان میدهد. فرمول افت درج عبارت است از:
تلفات الحاقی (dB) = 20 log10(V با هستهV بدون هسته)
که در آن Vبدون هسته ، ولتاژ سیگنال بدون هسته و Vبا هسته، ولتاژ با هسته درج شده است.
۲. عوامل کلیدی مؤثر بر تلفات الحاقی
- ترکیب مواد : فریتهای نیکل-روی (NiZn) در کاربردهای فرکانس بالا (1 مگاهرتز تا 1 گیگاهرتز) عالی هستند، در حالی که فریتهای منگنز-روی (MnZn) برای فرکانسهای پایینتر (1 کیلوهرتز تا 1 مگاهرتز) مناسبتر هستند.
- هندسه هسته : اندازه، شکل و تعداد دورهای هسته مستقیماً بر امپدانس آن و در نتیجه، تلفات الحاقی تأثیر میگذارد.
- فرکانس : تلفات الحاقی با افزایش فرکانس افزایش مییابد و قبل از کاهش در فرکانس رزونانس هسته به اوج خود میرسد.
- دما : دمای بالا میتواند نفوذپذیری مغناطیسی هسته را کاهش دهد و ویژگیهای تلفات الحاقی آن را تغییر دهد.
۳. روشهای آزمایش
روش ۱: آنالایزر شبکه (دقیقترین)
یک تحلیلگر شبکه، امپدانس هسته را در یک محدوده فرکانسی اندازهگیری میکند و امکان محاسبه دقیق تلفات الحاقی را فراهم میکند.
مراحل :
- کالیبراسیون : برای اطمینان از دقت، آنالایزر شبکه را با استفاده از کیت کالیبراسیون (استانداردهای اتصال باز، اتصال کوتاه و بار) کالیبره کنید.
- تنظیمات تست:
- با استفاده از سیمی با حداقل مقاومت، تعداد مشخصی دور (مثلاً ۵ تا ۱۰ دور) را دور هسته بپیچید.
- هسته را از طریق کابلهای کواکسیال یا وسایل تست به آنالایزر شبکه وصل کنید.
- مطمئن شوید که هسته در مرکز قرار گرفته و سیمپیچها یکنواخت هستند تا اثرات پارازیتی به حداقل برسد.
- جاروب فرکانس : یک جاروب فرکانسی (مثلاً ۱ مگاهرتز تا ۱ گیگاهرتز) انجام دهید و امپدانس ( Z ) و زاویه فاز ( θ) را ثبت کنید.
- محاسبه تلفات الحاقی:
- تبدیل امپدانس به ضریب بازتاب ( Γ ): Γ=Z+Z0Z−Z0 ، که در آنZ0 امپدانس مشخصه (معمولاً ۵۰ اهم) است.
- تلفات درج را با استفاده از محاسبه کنید. تلفات درج (dB)=−20log10∣Γ∣
مزایا : دقت بالا، محدوده فرکانسی وسیع و توانایی تحلیل امپدانس و فاز.
محدودیتها : تجهیزات گرانقیمت و نیاز به تخصص فنی.
روش ۲: مولد سیگنال و آنالایزر طیف (جایگزین مقرون به صرفه)
این روش از یک مولد سیگنال برای تولید سیگنال آزمایشی و یک تحلیلگر طیف برای اندازهگیری توان سیگنال قبل و بعد از قرار دادن هسته استفاده میکند.
مراحل :
- تنظیمات تست:
- مولد سیگنال را به یک تقسیمکننده توان یا کوپلر جهتدار وصل کنید تا سیگنال به دو مسیر تقسیم شود: یکی با هسته و دیگری بدون هسته.
- تعداد مشخصی دور هسته بپیچید و آن را در یک مسیر قرار دهید.
- هر دو مسیر را به دستگاه آنالیز طیف وصل کنید.
- اندازهگیری توان سیگنال:
- توان سیگنال ( P بدون هسته ) را بدون هسته ثبت کنید.
- هسته را وارد کنید و توان سیگنال را ثبت کنید ( Pبا هسته).
- محاسبه تلفات الحاقی:
- از فرمول تلفات عبوری (dB)=10log10(P با هستهP بدون هسته) استفاده کنید.
مزایا : هزینه کمتر در مقایسه با تحلیلگر شبکه و مناسب برای آزمایشهای اولیه.
محدودیتها : به دلیل خطاهای اندازهگیری احتمالی ناشی از تلفات کابل یا عدم تطابق امپدانس، دقت کمتری دارد.
روش ۳: LCR متر (تست فرکانس پایین)
یک LCR متر، اندوکتانس ( L )، مقاومت ( R ) و ضریب کیفیت ( Q ) را در فرکانسهای پایین (معمولاً کمتر از ۱ مگاهرتز) اندازهگیری میکند.
مراحل :
- تنظیمات تست:
- تعداد مشخصی دور هسته بپیچید.
- هسته را با استفاده از پرابهای تست به LCR متر وصل کنید.
- پارامترهای اندازهگیری:
- اندوکتانس ( L )، مقاومت ( R ) و ضریب کیفیت ( Q ) را در فرکانس تست ثبت کنید.
- تخمین تلفات الحاقی:
- برای کاربردهای فرکانس پایین، تلفات عبوری را میتوان با استفاده از امپدانس هسته ( Z=R+jωL ) و فرمول تلفات عبوری (dB)≈20log10(Z0∣Z∣) تقریب زد، که در آنZ0 امپدانس مشخصه است.
مزایا : ساده و مقرون به صرفه برای آزمایش با فرکانس پایین.
محدودیتها : محدود به فرکانسهای پایین است و فقط تخمینی از تلفات الحاقی ارائه میدهد.
۴. بهترین روشها برای آزمایش دقیق
- کالیبراسیون : همیشه قبل از آزمایش، تجهیزات خود را کالیبره کنید تا از دقت آنها اطمینان حاصل شود.
- سیمپیچهای یکنواخت : اطمینان حاصل کنید که سیم به طور یکنواخت در اطراف هسته پیچیده شده است تا تغییرات امپدانس به حداقل برسد.
- کنترل دما : آزمایشها را در دمای پایدار انجام دهید، زیرا نوسانات دما میتواند بر خواص مغناطیسی تأثیر بگذارد.
- از اثرات انگلی جلوگیری کنید : از سیمهای تست کوتاه استفاده کنید و مقاومت تماسی را به حداقل برسانید تا ظرفیت خازنی و سلف انگلی کاهش یابد.
- اندازهگیریهای چندگانه : در هر نقطه فرکانسی چندین اندازهگیری انجام دهید و میانگین نتایج را برای کاهش خطاهای تصادفی محاسبه کنید.
۵. تفسیر نتایج
- پاسخ فرکانسی : نمودار تلفات الحاقی را در مقابل فرکانس رسم کنید تا محدوده فرکانسی مؤثر هسته مشخص شود. تلفات الحاقی بالاتر نشان دهنده سرکوب بهتر تداخل الکترومغناطیسی است.
- پیک رزونانس : تلفات عبوری هسته در فرکانس رزونانس آن به پیک خود میرسد که به اندوکتانس و خازن پارازیتی آن بستگی دارد.
- مقایسه با مشخصات : نتایج آزمایش خود را با برگه اطلاعات سازنده مقایسه کنید تا مطمئن شوید که هسته معیارهای عملکرد مورد نیاز را برآورده میکند.
۶. کاربردهای تست تلفات الحاقی
- فیلتر EMI : هستههای فریت به طور گسترده در فیلترهای EMI برای سرکوب نویز فرکانس بالا در منابع تغذیه، تجهیزات صوتی و سیستمهای ارتباطی استفاده میشوند.
- یکپارچگی سیگنال : در مدارهای دیجیتال پرسرعت، هستههای فریت با کاهش تداخل تداخلی و الکترومغناطیسی به حفظ یکپارچگی سیگنال کمک میکنند.
- الکترونیک قدرت : هستههای فریت در سلفها و ترانسفورماتورها برای بهبود راندمان و کاهش تلفات انرژی استفاده میشوند.