Wie funktioniert ein Ferritkern-Drahtabschluss, um die EMV zu reduzieren?

Die folgende Frage wurde am Superuser gestellt: Was ist dieser Zylinder an Kabeln?

Wie funktioniert dieser Zylinder? Soweit ich das beurteilen kann, sollte jedes HF-Signal direkt daran vorbeikommen, auch wenn Sie eines an einem Ende des Kabels anbringen.

Gibt es eine Ersatzschaltung, die die Prinzipien besser zeigt?

BEARBEITEN

Bei meiner Frage ging ich davon aus, dass der Draht durch einen Ring aus Ferrit verläuft. Es besteht natürlich die andere Möglichkeit, dass es sich um den Ferrit schleift und eine Induktivität (mit sehr geringer Induktivität) in Reihe mit dem Kabel erzeugt. Ist das so?

Ferrite reduzieren die elektromagnetische Strahlung durch Reduzierung der Gleichtaktströme.

Erstens, warum reduziert die Reduzierung von Gleichtaktströmen die Strahlung? Wenn Sie zwei parallele Drähte haben, die gleiche und entgegengesetzte Ströme führen, dh keine Gleichtaktströme, dann heben sich die von den Drähten erzeugten elektrischen und magnetischen Felder in Abständen auf, die wesentlich größer sind als der Abstand zwischen den Drähten. Es gibt also kein Nettofeld, also keine Strahlung. Siehe doppelte Übertragungsleitung .

So wie kommt ein Ferrit Gleichtaktströme verringern? Auch wenn der Draht nur einmal durch den Ferrit geführt wird, bildet er dennoch eine Induktivität. Wenn der Draht mehrmals durch den Ferrit geführt wird, erhöht sich lediglich die Induktivität. Sie sehen das manchmal:

Da die Kabel jedoch häufig sperrig sind und es mit automatisierten Maschinen schwierig ist, dies zu tun, ist es normalerweise einfacher, nur einen größeren Kern zu verwenden:

So sieht ein Paar Drähte, die durch einen Ferrit verlaufen, schematisch aus:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schaltplan erstellt mit CircuitLab}

Lassen Sie uns einfach Blick auf die Hälfte davon in Isolation, nur A . Jeder Strom in A induziert ein Magnetfeld im Kern, genau wie ein gewöhnlicher Induktor. Somit erhalten Sie eine zunehmende Impedanz mit zunehmender Frequenz, wie Sie es bei jeder Induktivität tun würden.

$I_A = -I_B$

Somit weist diese Anordnung, die als Gleichtaktdrossel bezeichnet wird , eine hohe Impedanz für Gleichtaktströme und eine niedrige Impedanz für Gegentaktströme auf. Die hohe Impedanz der Drossel verhindert, dass sich signifikante Gleichtaktströme entwickeln, und die Ferrite für diese Anwendungen sind so ausgelegt, dass sie verlustbehaftet sind, sodass Gleichtaktspannungen im Kern zumeist in Wärme umgewandelt werden.

Bei abgeschirmten Kabeln erreicht der Ferrit dasselbe, wenn auch auf etwas andere Weise. Gewöhnlich werden Hochfrequenzsignale auf ein abgeschirmtes Kabel Reisen auf der Außenseite des Schildes um die Reise gezwungen werden Skineffekt . Wenn jedoch Strom in einer Richtung eines Leiters in der Abschirmung fließt, wird der Rückstrom auf der Abschirmung zur Innenfläche der Abschirmung gezogen. Eigentlich handelt es sich um einen Faradayschen Käfig , aber in diesem Fall verhindern wir, dass Felder von innen nach außen und nicht von außen nach innen gelangen. Siehe Koaxialkabel .

Dies funktioniert jedoch nur, wenn der Schirm und die Leiter in ihm exakt gleiche und entgegengesetzte Ströme haben. Jeglicher Schirmstrom, der nicht durch den internen Leiterstrom ausgeglichen wird, fließt an der Außenseite des Schirms. Wird ein Ferrit um das Kabel geklemmt, so bildet dies eine Induktivität. Diese Induktivität wird jedoch nur von Strömen an der Außenseite der Abschirmung wahrgenommen, und dies sind die Ströme, die Sie nicht wollen, da sie nur existieren, wenn Gleichtaktströme vorhanden sind, und sie sind die einzigen Ströme, die ein externes Feld haben zum Kabel und damit zum Strahlungspotential.

Es ist ein Gleichtakt-Induktor - einer mit einer einzigen Windung. Differenzsignale werden nicht beeinflusst, Gleichtaktsignale werden gedämpft.

Das in diesen Dingen verwendete Ferritmaterial weist eine hohe Impedanz gegenüber hochfrequentem (MHz und höher) Gleichtaktrauschen auf, weshalb man sie üblicherweise auf Gleichstromkabeln und auf Bandkabeln sieht, die Signale mit relativ niedriger Frequenz führen.