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Ferrit-Grundlagen

Ein Ferritkern ist ein Bauteil aus Ferrit, das als Kern einer Spule (Drossel oder Transformator) deren Induktivität erhöht oder das magnetische Feld führt.

Charakteristischer Verlauf der Impedanzkennlinie
Z … Gesamtimpedanz
XL … Induktiver Anteil
R … Ohmscher Anteil

Im einfachsten Fall besteht die 'Spule' oder Wicklung nur aus einem durch einen Ring- oder Lochkern hindurchgeführten Draht oder einer elektrischen Leitung.

Ersatz-Schaltbild:


 siehe auch SMD-Ferrit und Ferrit-Perlen
und deren Verwendung in den Amigas


Ferritkern als Speicher

Großaufnahme von Ringkernen mit Schreib-/Leseleitungen

Der sogenannte Kernspeicher wurde 1949 als eine Form der magnetischen Datenspeicherung erfunden. Diese Erfindung ersetzte zum Teil die Williamsröhre und wurde erst vor wenigen Jahrzehnten durch den Halbleiterspeicher abgelöst. Kernspeicher nutzten hartmagnetische, d.h. magnetisierbare Ferrit-Ringkerne.

Alle anderen Ferritkerne bestehen aus weichmagnetischem Ferrit, d.h. aus Ferrit, der möglichst keine Dauermagneteigenschaften aufweist.

Ferritkern als Entstörfilter

Mantelwellenfilter

Elektronische Geräte, die hochfrequente Störungen verursachen, wie z. B. Computer, können hochfrequente Energie über angeschlossene Kabel unerwünschterweise abstrahlen. Dabei wird die Störung als Mantelwelle, also als Gleichtaktstörung aus dem Gerät geführt und vom Kabel abgestrahlt – das gesamte Kabel bzw. dessen Abschirmung wirkt dabei als Antenne.

Ferritkerne als Mantelwellenfilter zur Störungsunterdrückung

Um diese Störungen zu dämpfen, werden die Kabel im gesamten Querschnitt (ggf. auch mehrfach) durch einen Ferritkern geführt. Für die Gleichtaktstörung wirkt diese Anordnung durch ihre Induktivität wie eine Drossel mit einer bzw. ggf. mehreren Windungen. Das Nutzsignal jedoch, welches als Gegentaktsignal übertragen wird, sieht keine Induktivität, da sich die Magnetfelder der auf verschiedenen Adern innerhalb des Kabels hin- und rückfließenden Ströme kompensieren. Die Wirkungsweise entspricht derjenigen von stromkompensierten Drosseln, die oft ebenfalls aus Ringkernen aufgebaut sind.

Mantelwellenfilter werden z.B. bei folgenden Kabeln benutzt:

* Universal Serial Bus USB-Kabel (besonders bei USB 2.0) * IEEE-1394-Kabel (aka FireWire) * VGA-Kabel * Zuleitung und Ausgangsleitungen von Schaltnetzteilen * Flachbandkabel in Geräten (Flachbandkabelferrite)

Zum nachträglichen Anbringen von Entstörkernen um Leitungen gibt es geteilte, rastbare Ring- und Flachbandkabelferrite welche an elektrischen Leitungen angebracht werden können. Diese Mantelwellenfilter werden auch als Klappferrite bezeichnet.

Mantelwellenfilter werden meistens aus den Materialien wie Eisen-Nickel-Zink hergestellt aber es gibt sie auch aus Eisen-Mangan-Zink. Erstere sind für Störungen zwischen 10 MHz bis zu 2 GHz geeignet, zweitere sind eher für Störungen im unteren Frequenzbereich im Bereich von 500 kHz bis 20 MHz als Filter anzuwenden.

Störunterdrückung durch Ferritperlen

Zwei Ferritperlen mit durchgestecktem Draht (1 Windung)

Um hochfrequente Störungen auf Leitungen zu dämpfen, die Signale niedriger Frequenz oder Gleichspannungen führen, z. B. Stromversorgungsleitungen oder Leitungen von EIA-232-Signalen (Serielle Schnittstelle), werden die Signaladern – im Gegensatz zu den Mantelwellenfiltern – einzeln durch Ferritperlen geführt. Andere Bezeichnungen sind Dämpfungsperle (engl. ferrite bead). Es gibt hierfür auch Kerne mit mehreren Löchern, durch die bereits Drähte geführt sind.

Deren vom Zweck her identischer, aber im Aufbau abweichendes Pendant in SMD-Bauform trägt die Bezeichnung SMD-Ferrit.

Ferritkerne, durch welche Leiter geführt werden, wirken wie eine Drossel mit geringer Induktivität. Bei sehr hohen Frequenzen wirkt das Bauteil wie eine Induktivität mit starken Verlusten und großem Blindwiderstand. Die Verluste verhindern Resonanzen mit Parasitär- und Leitungskapazitäten. Aus diesem Grund eignen sich Induktivitäten mit hoher Güte meist nicht gut als Störfilter.

Hinzu kommt die im Vergleich zur Luft hohe Permeabilität des Ferritmaterials und damit geringere Windungszahl bei vergleichbarer Induktivität. Wenige oder eine Windung bedeutet eine geringere Parasitärkapazität und entsprechend geringere Koppelkapazität.

Ferritperlen dämpfen hochfrequente Störimpulse auf Signal- und Versorgungsleitungen von Geräten beziehungsweise reduzieren deren Austreten aus dem Gerät bzw. die Ausbreitung auf den angeschlossenen Leitungen. Steile Flanken und Überschwinger des Signals werden abgeflacht und verringern die durch sie entstehenden Störungen. Auch die Drahtbeine elektronischer Bauelemente werden erforderlichenfalls damit versehen, um Störungen am Ort ihres Entstehens zu vermindern. Ein Beispiel ist die Verringerung der Auswirkungen der Sperrerholzeit von Dioden.

Diese Art der Filterung erfolgt am oder im Gerät in unmittelbarer Nähe der Steckverbinder. Hierfür gibt es Steckverbinder mit einem eingebauten großen Stück Ferrit, welches mit Löchern für jeden Stift versehen ist.

Ferritkerne in Spulen

In Hochfrequenz-Spulen, zum Beispiel in Bandfiltern, werden Ferritkerne zum Abgleichen bzw. Einstellen der Induktivität benutzt. Sie sind hierzu mit Gewinden versehen, um sie mit einem Werkzeug im Inneren der Spule verschieben zu können.


www.amigawiki.de

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Zuletzt geändert: 2015/03/10 00:57

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