Kako testirati gubitak umetanja feritnih toroidnih jezgri

1. Razumijevanje gubitka umetanja

Umetnuti gubitak kvantificira smanjenje snage signala kada se feritna toroidna jezgra umetne u strujni krug, izraženo u decibelima (dB). Odražava sposobnost jezgre da suzbije elektromagnetske smetnje (EMI) slabljenjem neželjenih signala. Formula za umetnuti gubitak je:

gdje je Vbez jezgre​ napon signala bez jezgre, a Vs jezgrom​ napon s umetnutom jezgrom.

2. Ključni čimbenici koji utječu na umetnuti gubitak

• Sastav materijala : Nikal-cinkovi (NiZn) feriti izvrsni su u visokofrekventnim primjenama (1 MHz – 1 GHz), dok su mangan-cinkovi (MnZn) feriti prikladniji za niže frekvencije (1 kHz – 1 MHz).
• Geometrija jezgre : Veličina, oblik i broj zavoja jezgre izravno utječu na njezinu impedanciju i, posljedično, na uneseni gubitak.
• Frekvencija : Umetnuti gubitak raste s frekvencijom, dostižući vrhunac na rezonantnoj frekvenciji jezgre prije nego što opadne.
• Temperatura : Povišene temperature mogu smanjiti magnetsku permeabilnost jezgre, mijenjajući njezine karakteristike gubitka umetanja.

3. Metode ispitivanja

Metoda 1: Analizator mreže (najtočniji)

Analizator mreže mjeri impedanciju jezgre u frekvencijskom rasponu, omogućujući precizan izračun unesenog gubitka.

Koraci :

1. Kalibracija : Kalibrirajte mrežni analizator pomoću kalibracijskog kompleta (otvoreni, kratki spoj i standardi opterećenja) kako biste osigurali točnost.
2. Postavljanje testa:
   • Namotajte određeni broj zavoja (npr. 5–10) oko jezgre koristeći žicu s minimalnim otporom.
   • Spojite jezgru s analizatorom mreže putem koaksijalnih kabela ili ispitnih uređaja.
   • Osigurajte da je jezgra centrirana, a namoti ujednačeni kako biste smanjili parazitske učinke.
3. Frekvencijsko pomicanje : Izvršite frekvencijsko pomicanje (npr. 1 MHz – 1 GHz) i zabilježite impedanciju ( Z ) i fazni kut ( θ).
4. Izračunajte gubitak umetanja:
   • Pretvori impedanciju u koeficijent refleksije ( Γ ): Γ=Z+Z0​Z−Z0​​ , gdje jeZ0​ je karakteristična impedancija (obično 50 Ω).
   • Izračunajte gubitak umetanja koristeći gubitak umetanja (dB)=−20log10​∣Γ∣ .

Prednosti : Visoka točnost, širok frekvencijski raspon i mogućnost analize impedancije i faze.

Ograničenja : Skupa oprema i zahtijeva tehničku stručnost.

Metoda 2: Generator signala i analizator spektra (isplativa alternativa)

Ova metoda koristi generator signala za stvaranje testnog signala i analizator spektra za mjerenje snage signala prije i nakon umetanja jezgre.

Koraci :

1. Postavljanje testa:
   • Spojite generator signala na razdjelnik snage ili usmjereni sprežnik kako biste signal podijelili na dva puta: jedan s jezgrom i jedan bez nje.
   • Namotajte određeni broj zavoja oko jezgre i postavite je u jednu putanju.
   • Spojite oba puta na analizator spektra.
2. Mjerenje snage signala:
   • Zabilježite snagu signala ( Pbez jezgre ) bez jezgre.
   • Umetnite jezgru i zabilježite snagu signala ( Ps jezgrom).
3. Izračunajte gubitak umetanja:
   • Koristite formulu Gubitak umetanja (dB) = 10log10 (Ps jezgrom Pbez jezgre) .

Prednosti : Niža cijena u usporedbi s mrežnim analizatorom i prikladan za osnovno testiranje.

Ograničenja : Manja točnost zbog potencijalnih pogrešaka mjerenja uzrokovanih gubicima u kabelu ili neusklađenosti impedancije.

Metoda 3: LCR mjerač (Ispitivanje niske frekvencije)

LCR mjerač mjeri induktivitet ( L ), otpor ( R ) i faktor kvalitete ( Q ) na niskim frekvencijama (obično ispod 1 MHz).

Koraci :

1. Postavljanje testa:
   • Namotajte određeni broj zavoja oko jezgre.
   • Spojite jezgru na LCR mjerač pomoću mjernih kabela.
2. Parametri mjerenja:
   • Zabilježite induktivitet ( L ), otpor ( R ) i faktor kvalitete ( Q ) na ispitnoj frekvenciji.
3. Procijenite gubitak umetanja:
   • Za niskofrekventne primjene, uneseni gubitak može se aproksimirati korištenjem impedancije jezgre ( Z=R+jωL ) i formule Uneseni gubitak (dB)≈20log10​(Z0​∣Z∣​) , gdje jeZ0​ je karakteristična impedancija.

Prednosti : Jednostavno i isplativo za niskofrekventno ispitivanje.

Ograničenja : Ograničeno na niske frekvencije i pruža samo procjenu unesenog gubitka.

4. Najbolje prakse za točno testiranje

• Kalibracija : Uvijek kalibrirajte svoju opremu prije testiranja kako biste osigurali točnost.
• Ravnomjerno namotavanje : Osigurajte da je žica ravnomjerno namotana oko jezgre kako biste smanjili varijacije impedancije.
• Kontrola temperature : Provodite ispitivanja na stabilnoj temperaturi, jer temperaturne fluktuacije mogu utjecati na magnetska svojstva.
• Izbjegavajte parazitske učinke : Koristite kratke mjerne vodove i smanjite kontaktni otpor kako biste smanjili parazitski kapacitet i induktivitet.
• Višestruka mjerenja : Napravite više mjerenja na svakoj frekvencijskoj točki i usrednite rezultate kako biste smanjili slučajne pogreške.

5. Tumačenje rezultata

• Frekvencijski odziv : Nacrtajte uneseni gubitak u odnosu na frekvenciju kako biste odredili efektivni frekvencijski raspon jezgre. Veći uneseni gubitak ukazuje na bolje supresiranje EMI-ja.
• Rezonantni vrh : Gubitak umetnutog signala jezgre dosegnut će vrhunac na rezonantnoj frekvenciji, koja ovisi o njezinoj induktivnosti i parazitskom kapacitetu.
• Usporedba sa specifikacijama : Usporedite rezultate ispitivanja s podatkovnim listom proizvođača kako biste osigurali da jezgra zadovoljava potrebne kriterije performansi.

6. Primjena testiranja umetnutih gubitaka

• EMI filtriranje : Feritne jezgre se široko koriste u EMI filterima za suzbijanje visokofrekventne buke u napajanjima, audio opremi i komunikacijskim sustavima.
• Integritet signala : U brzim digitalnim sklopovima, feritne jezgre pomažu u održavanju integriteta signala smanjenjem preslušavanja i elektromagnetskih smetnji.
• Energetska elektronika : Feritne jezgre se koriste u induktorima i transformatorima za poboljšanje učinkovitosti i smanjenje gubitka energije.