ROÈNÍK X/2005. ÈÍSLO 2 Dìjiny Z dìjin pøenosu vìdyzpráv a na techniky dálku Historie elektøiny a magtizmu ROÈNÍK LIV/2005. ÈÍSLO 2 V TOMTO SEŠITÌ Z dìjin vìdy a techniky... 1 Roèník 2004 na CD ROM... 2 Naskenované roèníky 1996 až 1998 na CD ROM... 2 FEROMAGNETICKÉ MATERIÁLY VE vf OBVODECH Úvod... 3 Katalogové údaje vybraných feromagtických materiálù... 8 Symetrizaèní èlánky... 25 Vf širokopásmové transformátory... 32 Praktická konstrukce toroidních cívek... 34 Pøíklady použití feromagtických materiálù... 36 KONSTRUKÈNÍ ELEKTRONIKA A RADIO Vydavatel: AMARO spol. s r. o. Redakce: Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax: 2 57 31 73 10. Šéfredaktor ing. Josef Kellr, sekretáøka redakce Eva Kelárková, tel. 2 57 31 73 14. Roènì vychází 6 èísel. Cena výtisku 36 Kè. Rozšiøuje PNS a. s., Transpress spol. s r. o., Mediaprint & Kapa a soukromí distributoøi. Pøedplatné v ÈR zajiš uje Amaro spol. s r. o. Michaela Jiráèková, Hana Merglová (Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel./fax: 2 57 31 73 13, 2 57 31 73 12. Distribuci pro pøedplatitele také provádí v zastoupení vydavatele spoleènost Mediaservis s. r. o., Abocentrum, Moravské námìstí 12D, P. O. BOX 351, 659 51 Brno; tel: 5 4123 3232; fax: 5 41 60; abocentrum@mediaservis.cz; reklamace tel.: 800 171 181. Objednávky a predplatné v Slovenskej republike vybavuje MAGNETPRESS Slovakia s. r. o., Teslova 12, P. O. BOX 169, 830 00 Bratislava 3, tel./ /fax (02) 44 45 45 59, (02) 44 45 06 97 predplatné, (02) 44 45 46 28 administratíva; email: magt@press.sk Podávání novinových zásilek povoleno Èeskou poštou øeditelstvím OZ Praha (è.j. nov 6005/96 ze d 9. 1. 1996). Inzerci v ÈR pøijímá redakce, Zborovská 27, 150 00 Praha 5, tel.: 2 57 31 73 11, tel./fax: 2 57 31 73 10. Inzerci v SR vyøizuje MAGNETPRESS Slovakia s. r. o., Teslova 12, 821 02 Bratislava, tel./ /fax (02) 44 45 06 93. Za pùvodnost a správnost pøíspìvkù odpovídá autor (platí i pro inzerci). Nevyžádané rukopisy vracíme. http://www.aradio.cz; Email: pe@aradio.cz ISSN 12113557, MK ÈR E 74 AMARO spol. s r. o. Již pøed èasem jsme pøisli životopisy zajímavých vìdcù, kteøí mìli vliv na rozvoj výpoèetní techniky (KE 5/02, 6/02, 1/03). Ds nìkolik zajímavostí o dalším z nich, který byl de facto prùkopníkem v oblasti moderní výpoèetní techniky. John Vincent Atanasoff John Vincent Atanasoff se narodil 4. øíjna 1903 v Hamiltonu, stát New York. Jeho pøedkové byli bulharského pùvodu. Již od mládí se velmi zajímal o matematiku. V pouhých deseti letech pronikl do zákonitostí logaritmického pravítka (tehdejší provedení Dietzgenovo) a s pomocí matky zaèal studovat matematiku z vysokoškolské uèebnice algebry krátce po tom. Rodina se pak pøestìhovala na Floridu a tam vystudoval nižší stupeò univerzity (Mulberry High School elektrotechnické inženýrství) v roce 1925. Studium zvládl za dva roky, byl zapsán do všech matematických kurzù, avšak z finanèních dùvodù byl øádným studentem koleje. Pak pokraèoval ve studiu matematiky na státní koleji v Iowì, kde graduoval jako bakaláø. Poznal tam i svou budoucí ženu Luru Meeks a oženil se zakrátko po absolvování. V roce 1930 skonèil jako doktor filozofie z teoretické fyziky na univerzitì ve Wisconsinu. Na koleji v Iowì, kde døíve studoval, se stal v roce 1936 odborným asistentem matematiky a fyziky. Po válce zaèal pracovat na rùzných místech ve vojenských laboratoøích, pozdìji se dostal na jvyšší posty ve významných organizacích (jako napø. Cybertics Inc.) a byl konzultantem u dalších firem (Control Data Corp., Hoywell apod.). V roce 1990 získal od prezidenta Bushe národní medaili za technologii. Jeho jvìtším objevem byla realizace myšlenky využít Booleovy algebry a elektrických velièin k sestrojení výpoèetního stroje. Od prvopoèátku se o matematické stroje, které tehdy existovaly, zajímal pøedevším o rùzné kalkulátory, jakými byly napø. stroje IBM. Záhy ale seznal, že jsou velmi pomalé a koènì i pøesné. Definoval zásady, které musí správný poèítaè splòovat: Musí pracovat s elektrickými signály jako vstupním médiem, jako jvhodnìjší je binární systém zpùsobu výpoètu s využitím principu Booleovy algebry, bo možnost pracovat pouze se dvìma symboly smírnì zjednoduší vlastní obvodovou realizaci poèítaèe a také zrychlí vlastní výpoèet, musí mít pamì (pro tu použil kondenzátory) a musí mít schopnost regerovat signál pøi výpadcích bo zmìnách napájecího napìtí, musí poèítat pøímo, nikoliv prostøednictvím dalších výpoètù, jak se to do té doby dìlo v analogových kalkulátorech. Na projektu pracoval se svým kolegou Cliffordem Berrym, který mu byl doporuèen jako èerstvý inženýr elektrotechniky. Prototyp poèítaèe mìli hotový v prosinci roku 1939. Když se ukázalo, že pracuje podle pøedpokladù a bezchybnì, podali patentovou pøihlášku na poèítaè ABC (= AtanasoffBerry Computer). Vydání patentu se však stále protahovalo. Poèítaè mìl pochopitelnì z dšního pohledu øadu dostatkù, bo jej bylo možné programovat a mìl procesorovou jednotku. Ovšem jeho architektura se stala základem pozdìjších moderních poèítaèù. V roce 1940 se Atanasoff zúèastnil na pøednáškách Dr. John W. Mauchlyho a mluvili spolu. Mauchly se seznámil s principem jeho poèítaèe a s myšlenkami, které mìl na další vylepšování. To se pozdìji ukázalo jako chyba, bo tyto myšlenky pak Mauchly využil pøi sestrojení poèítaèe, který je všeobecnì znám jako ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) a který je vìtší èástí populace dods považován za první digitální poèítaè. Jeho pùvodci jsou právì Dr. Mauchly a Dr. Eckert. Trvalo ještì 30 let, ž soudce Judge Larson prohlásil, že ENIAC byl sestrojen na základì principù použitých již Atanasoffem. Teprve od té doby je možné oficiálnì tvrdit, že vynálezcem digitálního poèítaèe pracujícího na binárním principu je Atanasoff. Dr. John Vincent Atanasoff zemøel 15. èervna 1995 ve vìku 91 let v Monrovii, USA. Nedoèkal se sice patentu na princip poèítaèe, ale je držitelem jiných 32 patentù v oborech, kterým se vìnoval. Mùžeme øíci, že jeho objevem zaèala nová éra éra výpoèetní techniky, která ohromným zpùsobem zmìnila život celého lidstva. Jak jeho objev zasáh do života lidí, to jistì v dobì, kdy na nìm pracoval, ani mohl tušit. Právem lze jeho jméno uvádìt v souvislosti s jinými vìdci, kteøí se na pokroku v oblasti matematických strojù podíleli, jako Charles Babbage, Presper Eckert, John Mauchly, Alan Turing, John von Neumann, Konrad Zuse a další. QX (Historie je ještì na 3. stranì obálky) Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 1
Roèník 2004 na CD ROM Vážení ètenáøi, nyní vychází nový CD ROM s roèníkem 2004 všech èasopisù našeho vydavatelství. CD ROM 2004 zahrnuje kompletní obsah èasopisù Praktická elektronika A Radio, Konstrukèní elektronika A Radio, Electus 2004 a Amatérské radio za rok 2004 (inzerce je vychána). Vše je zpracováno ve formátu pro elektronické publikování Adobe PDF. Na disku je nahrán prohlížecí program Adobe Acrobat Reader 6.02CECZ. Nelze použít starší verzi 3.0, proto si musíte vždy starý prohlížeè pøeinstalovat. Po nainstalování prohlížecího programu Acrobat Reader jsou tøi možnosti otevøení požadovaného èasopisu. První možností je otevøít pøímo soubor, napø. _PE07_2004.pdf a ukáže se první stránka èísla 7 Praktické elektroniky A Radia. V ní mùžeme listovat pomocí šipek v lištì nástrojù bo staèí kliknout na èíslo stránky v obsahu a ta se sama zobrazí. Druhou možností je otevøít soubor _Amaro2004.pdf. Objeví se dvì stránky se všemi titulními listy jednotlivých èasopisù. Staèí kliknout na jeden z nich, otevøe se žádaný èasopis na první stranì a dále pokraèujeme jako v pøedchozím odstavci. Poslední možnost je otevøít soubor _obsah2004.pdf, objeví se známý obsah z PE 12/2004 (bo na soubor obsahar2004.pdf pro obsah Amatérského radia) a kliknutím na èíslo stránky se otevøe pøímo požadovaný èlák. Na zbytek místa na CD ROM jsme nahráli: Aktualizovu vyhledávací databázi EC našich èasopisù. Pokraèování z CD ROM 1996 a 2001. Nejnovìjší testovací verzi známého programu pro kreslení schémat a návrh desek s plošnými spoji OrCAD 10.0. Katalog firmy Compo (katalog stavebnic). Katalog firmy PS electronic. Obsahuje katalogové listy souèástek. Programy ke konstrukcím uveøejnìným v PE a KE. Vìøíme, že se vám bude nový CD ROM líbit a že jím opìt rozšíøíte svou elektronickou knihovnu. Redakce Popsané CD ROM si lze objednat telefonicky na 257 317 312 a 257 317 313 bo na naší adrese: AMARO spol. s r. o., Zborovská 27, 150 00 Praha 5. CD ROM vám mohou být doruèeny na dobírku (k cenì bude pøièteno poštovné a balné) bo si je mùžete vyzvednout osobnì. CD ROM si také lze zakoupit v nìkterých prodejnách knih a souèástek. Objednávejte také pøes Intert: www.aradio.cz; Email: pe@aradio.cz Cena CD ROM PE 2004 je 350 Kè. Pøedplatitelé èasopisù u firmy AMARO mají výraznou slevu, mohou si jej zakoupit za 220 Kè. Cena CD ROM AR 1996 až 1998 je pro všechny jednotná 220 Kè. Zájemci na Slovensku si mohou CD ROM objednat u firmy MagtPress Slovakia s. r. o., P. O. BOX 169, 830 00 Bratislava, tel./fax (02) 672 019 3133, predplat@press.sk Naskenované roèníky 1996 až 1998 na CD ROM Vážení ètenáøi, na mnohé žádosti, že chcete mít naše èasopisy kompletní, nyní vydáváme naskenované roèníky 1996 až 1998 èasopisù Amatérské Radio øady A (èervené) a 1996 až 1997 øady B (modré). V tomto období naše vydavatelství tyto tituly vlastnilo, proto za jejich obsah a kvalitu mùžeme odpovídat. Zdùrazòujeme, že roèníky jsou naskenovány pøímo z èasopisù, protože z té doby jsou k dispozici podklady pro poèítaèové zpracování. Tím samozøejmì utrpìla kvalita, která ní taková, jako na pøedchozích CD ROM. Vše je umístìno na jednom CD ROM opìt ve formátu pro elektronické publikování Adobe PDF. Na disku je nahrán prohlížecí program Adobe Acrobat Reader 6.02CECZ. Nelze použít starší verzi 3.0, proto si musíte vždy starý prohlížeè pøeinstalovat. Po nainstalování prohlížecího programu Acrobat jsou dvì možnosti otevøení požadovaného èasopisu. První možností je otevøít pøímo soubor požadovaného èísla a ukáže se jeho první strana. Druhou možností je otevøít soubor požadovaného roèníku, napø. A1996.pdf. Objeví se stránka se všemi obrázky jednotlivých èasopisù. Staèí kliknout na jeden z nich a otevøe se žádaný èasopis. To je asi vše, co se dá o tomto CD ROM napsat. Vìøíme, že i pøes uvedené dostatky vám pomùže zkompletoval váš archiv. 2 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005
FEROMAGNETICKÉ MATERIÁLY VE vf OBVODECH Úvod Pøi prùchodu støídavého proudu cívkou navinutou na jádøe z feromagtického materiálu vzniká uvnitø magtické pole, které je pøíèinou vzniku víøivých proudù, projevujících se jako ztráta ergie. Ztráty víøivými proudy jsou do znaèné míry ovlivnìny nízkým mìrným odporem materiálu. Vliv tohoto odporu je ponìkud omezen tím, že jádro ní kompaktní celek, ale je složeno z jednotlivých od sebe vzájemnì izolovaných èástic. Tím je omezena dráha víøivých proudù. Pøi daném kmitoètu a magtické indukci lze ztráty víøivými proudy omezit dvìma zpùsoby: 1. Zmenšováním èástic. 2. Zvìtšením mìrného odporu materiálu. Pøi použití kovových feromagtických materiálù, kdy jsou cívek zhotovována ze vzájemnì izolovaných plechù (tedy èástice jsou tvoøeny kovovými lamelami), je zmenšování èástic (lamel) limitováno pøedevším výrobními náklady, které stoupají se zmenšující se tlouš kou plechu. Navíc roste i podíl izolaèních vrstev, což vede k vìtším rozmìrùm. Kovové materiály mají malý mìrný odpor, pokusy o jeho zvìtšení pøisly oèekávaný úspìch. Práškové materiály Snahy o omezení ztrát víøivými proudy tedy vedly k použití jiných materiálù, Ing. Martin Kratoška OK1RR@tiscali.cz Cívky a transformátory patøí k základním souèástkám vf elektroniky. Ne vždy je vhodné èi možné použít klasické vzduchové cívky, jen kvùli mnohdy znaènému poètu závitù cívky a jejím rozmìrùm, ale také kvùli skuteènosti, že magtické pole ve znaèné míøe vystupuje ze vzduchové cívky a mohou tak vzniknout jrùznìjší žádoucí vazby a ztráty. Proto se velmi èasto používají z jrùznìjších magtických materiálù. Ze známých magtik, tj. feromagtik, ferimagtik a paramagtik mají pro elektroniku zásadní význam pouze feromagtika. Používala se kovová (Al, mosaz èi rùzné slitiny permaloy, alsifer apod.), avšak bìžnìjší je používání feritových a práškových jader, která bývají konstruována jen jako válcová (šroubovací), ale též jako hrníèková, rámeèková, toroidní, dvouotvorová apod. Pro jnižší kmitoèty se používají rovnìž zhotovená z plechových lamel, jaké známe z bìžných sí ových transformátorù. I zde se však stále èastìji uplatòují feritové materiály. ž kovových. Významným technologickým krokem bylo zavedení práškových jader na bázi karbonylového železa, železa s redukovaným vodíkem, permaloye, alsiferu apod. Základem práškových feromagtických materiálù jsou èásteèky kovù bo slitin, vázané izolaèním prostøedím tak, že jsou vzájemnì oddìleny. Tímto zpùsobem se podaøilo dosáhnout významného zmenšení ztrát víøivými proudy, bo bylo dosaženo jak zmenšení èástic, tak i výrazného zvìtšení mìrného odporu materiálu. Nejvìtší permeability (kolem 120) bylo dosaženo u jader z práškového permaloye. Izolaèní pojivá hmota však pùsobí jako rozptýlená vzduchová mezera jejíž rozmìry lze ovlivnit, proto je celková permeabilita tìchto materiálù menší, ž u materiálù kovových. Majíli být cívky použity na vyšších kmitoètech, je nutné dále zmenšovat ztráty víøivými proudy, tedy zmenšovat velikost èástic, vlivem èehož permeabilita dále klesá. Feritové materiály Hledání materiálù s velkým mìrným odporem vedlo k použití kovových látek na bázi kyslièníkù železa a k feritùm. Poprvé se podaøilo pøipravit kovovou hmotu s feromagtickými vlastnostmi nìmeckému fyzikovi Hilpertovi roku 1909. Materiál mìl velmi vysoký mìrný odpor (øádovì 10 5 až 10 7 Ω cm) a tedy malé ztráty víøivými proudy, avšak celková permeabilita byla nízká a ztráty velké. První použitelné ferity (manganatoziènaté) pøipravil Snoek v roce 1933 spékáním smìsných krystalù feritù. Dosáhl rovnìž velkého mìrného odporu (øádovì 10 až 10 8 Ω cm) a poèáteèní permeability 10 až 3000. Pøíèinou velkého mìrného odporu feritových materiálù jsou elektrony, vázané valenèními silami. U kovových materiálù jsou elektrony vázány velmi volnì a k jejich uvolnìní z obìžných drah staèí velmi malá ergie. Odtud tedy velká vodivost (malý mìrný odpor) kovù a tedy i velké ztráty víøivými proudy. Ferity jsou chemické slouèeniny, které lze vyjádøit obecným vzorcem MeFe 2 O 3, kde Me je zpravidla dvojmocný kov, obvykle Mn, Ni, Zn, Mg, Cu, Fe èi Cd, z jednomocných Li. První pozorování magtismu byla provádìna u magtitu FeO. Zde se železo vyskytuje ve dvou valencích Fe 2+ a Fe 3+. Chemicky lze tedy magtit vyjádøit jako Fe 2+ Fe 3+ O 4 2 boli oxid železnatoželezitý, jinak ferit železitý. Jeho mìrný odpor je 10 2 Ω cm. I když je pomìrnì vìtší, ž u vlastního železa, je stále pøíliš malý na to, aby se výraznìji omezily ztráty víøivými proudy. Zjistilo se, že nahrazením železnatého iontu iontem nìkterého výše uvedeného dvojmocného (jednomocného) kovu se zvìtší mìrný odpor øádovì na 10 2 až 10 6 Ω cm, tedy na velikost, která je oproti kovovým feromagtickým materiálùm 10 6 až 10 12 krát vìtší. Aby se dosáhlo vysoké poèáteèní permeability, je nutné, aby intramolekulární napìtí bylo minimální. To vede ke kubické struktuøe, u které je smrštìní Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 3
pøi ochlazování stejné ve smìru všech krystalografických os. Tato vlastnost je velmi dùležitá, bo materiál se zpracovává (vypaluje) v rozmezí teplot 1 až 1400 C. Ferity krystalizují v tzv. spilové struktuøe, tedy stejnì, jako mirál spil MgAl 2 O 4. Zápornì nabité kyslíkové ionty vytváøejí tìsný kubický systém. V krystalové møížce jsou možné dva druhy poloh, ve kterých jsou umístìny ionty kovù: 1. Tetraedrická poloha, ve které je iont kovu obklopen ètyømi ionty kyslíku, umístìnými v rozích tetraedru. 2. Oktaedrická poloha, ve které je iont kovu obklopen šesti ionty kyslíku, umístìnými v rozích oktaedru. V elementární spilové buòce obsazují kovové ionty 8 tetraedrických a 16 oktaedrických poloh. Díky dvìma druhùm iontù a dvìma druhùm podmøížek jsou možná dvì umístìní kovových iontù v krystalu. První, normální spilová struktura, znamená obsazení tetraedrických poloh dvojmocnými ionty a oktaedrických trojmocnými. Tomuto uspoøádání odpovídá ziènatý a kademnatý ferit. Druhá, tzv. inverzní spilová struktura, má všechny dvojmocné ionty umístìny v oktaedrických polohách a trojmocné obsazují rovnomìrnì tetraedrické a zbývající oktaedrické polohy. Pouze ziènaté a kademnaté ferity jsou magtické a jako jediné vytváøejí normální spilovou strukturu. Ostatní ferity jsou magtické. Bìžnì vyrábìné ferity jsou tvoøeny smìsnými krystaly nìkolika jednoduchých feritù, z nichž jvýznamnìjší jsou manganatoziènaté a nikelnatoziènaté ferity. Elektromagtické vlastnosti feromagtických materiálù Permeabilita V praxi rozeznáváme permeabilitu poèáteèní, efektivní, cívkovou, vratnou, komplexní a amplitudovou. Poèáteèní permeabilita µ i je dána smìrnicí teèny magtizaèní charakteristiky v bodì, kde je H = 0 a B = 0. Poèáteèní permeabilita je: % µ L = OLP, (1) µ + + µ i je poèáteèní permeabilita, µ 0 je permeabilita vakua [H m 1 ], H, B jsou souøadnice bodù dané magtizaèní charakteristiky [A m 1, T]. Poèáteèní permeabilita je materiálová konstanta, která bývá v praxi nahrazována amplitudovou permeabilitou, mìøenou bez stejnosmìrné pøedmagtizace pøi malých amplitudách støídavé intenzity magtického pole (obvykle pøi H = 4 ma cm 1 ). Efektivní permeabilita µ e ní materiálovou konstantou, protože je vztažena vždy k urèitému tvaru a mùže zahrnovat též i pøípadnou vzduchovou mezeru, jeli obsažena. Pøedstavuje permeabilitu, kterou by mìl mít hypotetický homogenní materiál, aby bylo pøi stejných rozmìrech dosaženo stejné reluktance, jako má jádro, vyrobené z rùzných materiálù. Platí: Q / ON µ = H, (2) µ 1 $ N= N µ e je efektivní permeabilita, µ 0 je permeabilita vakua [H m 1 ], L je indukènost mìøicí cívky s jádrem [H], N je poèet závitù mìøicí cívky, l k je délka siloèáry ktého úseku [m], A k je prùøez ktého úseku [m 2 ]. Efektivní permeabilita ní materiálovou konstantou, bo se vztahuje k urèitému tvaru z daného materiálu, zpravidla se vzduchovou mezerou. Uvádí se u složených tvarù spolu s parametry výpoètu: A e je efektivní prùøez V e je efektivní objem l e je støední délka magtické siloèáry popø. Σ 1/A, vypoètené podle doporuèení IEC205. Cívková permeabilita µ app je permeabilita materiálu, vypoèítaná z pomìru indukènosti mìøicí cívky s jádrem a indukènosti mìøicí cívky bez : / µ DSS =, (3) / µ app je cívková permeabilita, L je indukènost mìøicí cívky s jádrem [H], L je indukènost téže cívky bez [H]. Cívková permeabilita závisí na tvaru a velikosti, na tvaru a poloze mìøicí cívky apod. Používá se pøedevším u otevøených magtických obvodù s cívkami, vinutými na závitových, tyèinkových, trubièkových jádrech, feritových antén atd. Vratná (reverzibilní) permeabilita µ rev je mezní hodnotou inkrementální permeability pro amplitudu støídavé složky magtického pole blížící se nule: µ UHY = OLP µ, (4) + µ rev je vratná permeabilita, B B H H Obr. 1. Inkrementální permeabilita µ H je amplituda støídavé složky magtického pole [A m], µ je inkrementální permeabilita. Inkrementální permeabilita (obr. 1) je permeabilita pro støídavé magtování za pøítomnosti stejnosmìrné pøedmagtizace: % µ =, (5) µ + µ je inkrementální permeabilita, µ 0 je permeabilita vakua [H m 1 ], H je amplituda støídavé složky magtického pole [A m], B je odpovídající amplituda magtické indukce. Pro výpoèet inkrementální permeability je tøeba znát (viz obr. 2): a) relativní smìr stejnosmìrného a støídavého pole, b) magtizaèní charakteristiku (dráhu), po níž se dospìlo k výchozímu bodu A støídavých zmìn, c) amplitudu støídavé složky intenzity magtického pole a její prùbìh. Komplexní permeabilita je pomìr vektorù (fázorù) indukce a intenzity magtického pole, dìlený permeabilitou vakua: % µ =, (6) µ + µ je komplexní permeabilita, µ 0 je permeabilita vakua [H m 1 ], + je vektor intenzity pole [A m 1 ], % je vektor indukce [T]. Uvažujemeli cívku o N závitech na uzavøeném feromagtickém jádru A A A Obr. 2. Urèení µ B H 4 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005
o délce l e a prùøezu A e, impedance této cívky je dána magtickými vlastnostmi. Vlastní kapacita vinutí a ztráty v mìdi jsou zadbatelné. Platí: β = M ω / µ, (7) β je vektor impedance cívky [Ω], ω je kruhová frekvence (ω = 2 π f), L 0 je indukènost pøi µ i = 1 pøi zmìnìném rozložení toku [H], µ je komplexní permeabilita. Za pøedpokladu µ i = 1 je indukènost L 0 dána vztahem: 1 / = (8) $ Máli jádro zbytkové ztráty, je tøeba pohlížet na permeabilitu jako na vektorovou velièinu, jejíž reálná složka zvìtšuje indukènost a imaginární složka zvìtšuje zbytkové ztráty. Uvažujme jdøív sériové náhradní schéma cívky s jádrem: β = M ω / µ M µ = = 5 V + M ω / V, (9) µ, µ jsou složky (reálná a imaginární) komplexní permeability pro sériové náhradní schéma cívky s jádrem, R s je sériový odpor zbytkových ztrát v jádøe [Ω], L s je sériová indukènost [H]. a Z rovnice (9) lze urèit: / V = / µ (10) 5 V = / µ (11) Tg δ, který je definován vztahem: 5V ω / V µ = = WJδ µ se nazývá ztrátový èinitel. (12) Prùbìhy µ a µ v závislosti na kmitoètu se zpravidla uvádìjí v katalogových listech pøíslušných materiálù. Z tìchto køivek lze pomìrnì snadno stvit typické hodnoty sériové indukènosti, odporu a zbytkových ztrát uvažovaného v celém rozsahu pracovních kmitoètù. Uvažujemeli paralelní náhradní schéma cívky s jádrem, lze odvodit: / S = / V + (13) 4 a 5 = 5 +, (14) U S V 4U ω / 5 V S 4 = = =, (15) U 5 ω / WJδ V S R p je paralelní odpor zbytkových ztrát v jádøe [Ω], L p je paralelní indukènost [H], R s je sériový odpor zbytkových ztrát v jádøe [Ω], L s je sériová indukènost [H], Q r je èinitel jakosti. Pokud by existovaly ztráty v jádøe, byla by admitance: < =. (16) M ω / µ Existujíli však zbytkové ztráty, lze admitanci vyjádøit pomocí složek komplexní permeability pro paralelní náhradní schéma analogicky k náhradnímu schématu sériovému: < = = M ω / µ S M µ S = +, (17) 5S M ω / S µ p je reálná složka komplexní permeability pro paralelní náhradní schéma, µ p je imaginární složka komplexní permeability pro paralelní náhradní schéma. a Z rovnice (17) vyplývá, že: S / S L / = µ, (18) 5 = ω µ (19) δ S / ω / S S WJ = =. (20) 5 S µ S S µ Komplexní permeabilita má význam pøedevším na vyšších kmitoètech, kde se hodnota poèáteèní permeability s kmitoètem prudce mìní a èinitel jakosti Q r je menší ž 10. Amplitudová permeabilita je pomìr amplitudy magtické indukce a intenzity magtického pole: % µ D =, (21) µ + D D µ a je amplitudová permeabilita, µ 0 je permeabilita vakua [H m 1 ], B a je amplituda magtické indukce [T], H a je amplituda intenzity magtického pole [A m 1 ]. Amplitudová permeabilita se používá pøedevším u jader, pracujících pøi vysokých hodnotách magtické indukce. Prùbìhy závislosti amplitudové permeability na magtické indukci a teplotì bývají uvedeny v katalogových listech pøíslušných jader. Indukce v nasycení B s Indukce v nasycení B s je ve srovnání s kovovými bo práškovými materiály malá. Proto se feritové materiály hodí pro výkonové aplikace na nízkých kmitoètech. Koercitivní síla H e Koercitivní síla H e je intenzita magtického pole, nutná k potlaèení remantní indukce B r. Hodnoty H e se uvádìjí v katalogových listech pøíslušných jader. Curieho teplota (bod) Curieho teplota je kritická teplota, pøi které materiál pøechází z feromagtického stavu do paramagtického. Tento pøechod je plynulý, proto bývá Curieho teplotu obtížné urèit. V praxi se Curieho teplota definuje jako teplota, pøi které poèáteèní permeabilita materiálu kles na polovinu pùvodní hodnoty. Rovnìž hodnoty Curieho teploty bývají uvedeny v katalogových listech. Teplotní koeficient poèáteèní permeability µ i a ztrátového èinitele tgd Teplotní koeficient poèáteèní permeability pro daný teplotní interval (støední koeficient) je podíl pomìrné zmìny poèáteèní permeability a zmìny teploty, která tuto zmìnu poèáteèní permeability vyvolala: 7. µ L µ 7 µ L =. (22) Teplotní koeficient poèáteèní permeability bývá obvykle definován pro teplotu 20 až 60 C. Teplotní koeficient pro du teplotu je mezní hodnotou støedního koeficientu pro velmi malou zmìnu teploty T 0: µ L 7. µ L = OLP 7 7 µ L, (23) µ i je zmìna poèáteèní permeability, T je zmìna teploty [K]. Tyto vztahy lze aplikovat i na ztrátový èinitel tgδ, efektivní permeabilitu µ e apod. Používá se také mìrný teplotní koeficient: µ 7. µ V =, (24) 7 µ TKµ s je mìrný teplotní koeficient [K 1 ], µ je zmìna permeability, T je zmìna teploty [K], µ je permeabilita pøi výchozí teplotì T. L Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 5
Hodnoty mìrného teplotního koeficientu bývají uvedeny v katalogových listech jader. Ztráty v jádøe Celkové ztráty v jádøe lze definovat jako výkon absorbovaný jádrem a pøemìnìný v teplo pøi periodicky promìnné magtické indukci. Ztráty pøi malých magtických indukcích v Rayleighovì oblasti lze rozdìlit na ztráty víøivými proudy, ztráty hysterezní a ztráty zbytkové (remantní). Rayleighova oblast je definována jako oblast, v níž platí (s dostateènou pøesností) kvadratická závislost magtické indukce na intenzitì podle vztahu: % = µ ( µ + ν + ) L D ( + D ) ν ± + + ±, (25) B je okamžitá hodnota indukce [T], µ 0 je permeabilita vakua [H m 1 ], µ i je poèáteèní permeabilita, ν je Rayleighùv hysterezní koeficient [A m 1 ], H a je amplituda intenzity magtického pole [A m 1 ], H je okamžitá hodnota intenzity magtického pole [A m 1 ]. Hysterezní ztráty V aplikacích s nízkým sycením bývají hysterezní ztráty malé a lze je proto zadbat ve srovnání s ostatními ztrátami. Jeli indukènost taková, že se hysterezní ztráty zaèínají uplatòovat, pak se stává podíl ztrátového èinitele a poèáteèní permeability (tgδ/µ i ) závislým na amplitudì, která je opìt závislá na rozmìrech magtického obvodu, indukènosti L a efektivní hodnotì støídavého proudu I. Oznaèímeli odpor, pøedstavující hysterezní ztráty R h a jeho nárùst (pøi f = 800 Hz) pøi zvìtšení proudu o 1 ma jako hysterezní koeficient q 2, pak pøi f < 50 khz platí: 5 T ] =, ω / / (26) a z toho: 5K T =, (27), I / / R h je rozdíl ztrátového odporu vlivem hysterezních ztrát, I je rozdíl proudù [A], L je indukènost [H], f je mìøicí kmitoèet [Hz]. Hodnoty hysterezního koeficientu bývají opìt uvedeny v katalogových listech materiálu. Uvádí se zpravidla pro jádro o objemu 24 cm 2. Rozmìr hysterezního koeficientu je: +. (28) P$ Pro libovolný objem V a efektivní permeabilitu µ e lze hysterezní koeficient urèit ze vztahu: T = T µ H. 9 (29) Neníli prùøez konstantní, lze objem V vypoèítat ze vztahu: O $ 9 =. (30) O $ Hodnoty l a A lze pro bìžnì používané tvary jader urèit podle doporuèení IEC 205. Objem lze samozøejmì urèit i jinými metodami. V praxi se rovnìž používá tzv. mìrný hysterezní koeficient h/µ i 2, vztah mezi ním a koeficientem q 2 (24) je: K T =. (31) µ Ztrátový èinitel tgd a mìrný ztrátový èinitel tgd /µ Ztrátový úhel δ je úhel fázového posuvu mezi fázory B a H. Tangens tohoto úhlu se nazývá ztrátovým èinitelem a je podílem imaginární a reálné složky komplexní permeability bo podílem reálné a imaginární složky pøevrácené hodnoty komplexní permeability: µ µ δ = = = 5 ω / = S V S WJ, (32) µ µ S ω / V 5S µ je reálná složka komplexní permeability, µ je imaginární složka komplexní permeability, 1/µ p je reálná složka pøevrácené hodnoty komplexní permeability, 1/µ p je imaginární složka pøevrácené hodnoty komplexní permeability, R s je ztrátový odpor cívky pro sériové náhradní zapojení [Ω], ω L s je induktivní reaktance cívky pro sériové náhradní zapojení [Ω], ω L p je induktivní reaktance cívky pro paralelní náhradní zapojení [Ω], R p je ztrátový odpor cívky pro paralelní náhradní zapojení [Ω]. L Pokud je tgδ menší ž 0,1, lze jej dìlit na složky, odpovídající ztrátám hysterezním, ztrátám víøivými proudy a ztrátám zbytkovým: WJ δ WJδK + WJδH + WJδU, (33) tgδ h je tangens dílèího ztrátového úhlu, daného vlivem hystereze, tgδ e je tangens dílèího ztrátového úhlu, daného vlivem víøivých proudù, tgδ r je tangens dílèího ztrátového úhlu, daného vlivem zbytkových ztrát. Ve vf technice se èastìji používá èinitel jakosti Q, který je pøevrácenou hodnotou ztrátového úhlu: 4 =. (34) WJδ Kromì již uvedených velièin se také používá velièina zvaná mìrný ztrátový úhel, který je materiálovou konstantou. Je to pomìr ztrátového úhlu k poèáteèní permeabilitì. Pro obvody se vzduchovou mezerou (také pro práškové materiály) se používá mìrný ztrátový úhel, definovaný pomìrem ztrátového úhlu k efektivní permeabilitì. Hodnoty mìrného ztrátového úhlu lze najít v katalogových listech materiálu. Optimální frekvenèní oblast Nejsnazší metodou urèení optimální frekvenèní oblasti pro rezonanèní obvody je zjištìní pøíslušných hodnot èinitele jakosti Q z grafù pro daný typ. Pøi použití materiálu pro širokopásmové transformátory lze použít prùbìhu složek komplexní permeability µ a µ. Horní mezní kmitoèet f max Za horní mezní kmitoèet lze považovat takový, pøi nìmž Q pokles na 50, resp. tgδ na 0,02. Jádra se vzduchovou mezerou mají horní mezní kmitoèet vždy vyšší ž bez mezery. Dolní mezní kmitoèet f min V praxi se za dolní mezní kmitoèet považuje takový, pøi kterém je vhodné pøejít na jiný typ materiálu, èímž se dosáh snížení ztrát. Ztráty pøi vysoké indukci N v Jsou dùležité pøedevším pøi návrhu výkonových transformátorù. Udávají se v [mw g 1 ] bo v [mw cm 3 ]. Mìrný odpor r Hodnoty mìrného odporu pro pøíslušnou teplotu a proudovou hustotu bývají uvedeny v katalogových listech materiálu. Pøi mìøení mìrného odporu se používají rtu ové kontakty bo je na 6 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005
povrch materiálu nasena speciální grafitová emulze. Èinitel indukènosti Èinitel indukènosti patøí k jdùležitìjším parametrùm. Pøedstavuje indukènost, kterou by mìla cívka daného tvaru a rozmìrù, umístìná na jádru v dané poloze, kdyby byla tvoøena jedním závitem. Ve vf technice se èastìji setkáváme s èinitelem indukènosti pro 10, èi jiný poèet závitù, bo se zde setkáváme s jádry z materiálu s malou permeabilitou a použití pro vìtší poèet závitù vede k pøesnìjším výsledkùm. Platí, že: / $ / =, (35) 1 je èinitel indukènosti [H z 2 ], L je indukènost cívky [H], N je poèet závitù [z]. V praxi se spíš setkáme s jednotkami nh z 2 bo µh z 2. V nìkterých pøípadech se používá i tzv. èinitel závitù α, pøedstavující poèet závitù, který by musela mít cívka daného tvaru a rozmìrù, umístìná v dané poloze, aby se dosáhlo jednotkové indukènosti: 1 α =. (36) / Jeli napø. indukènost L uvedena v µh, pak vztah mezi α a bude: α =. (37) $ / Èinitel indukènosti musí být mìøen za podmínky, že mìøicí proud je urèen tak, aby H < 4 ma cm 1. V praxi lze poèet závitù cívky pro požadovu indukènost stvit z nomogramù, které bývají uvedeny v katalogových listech pro daný typ, bo lze použít vhodný program, který vybere pro daný kmitoèet vhodný typ, vypoèítá poèet závitù, urèí pøedpokládané Q cívky a popø. další parametry. Vhodné programy zdarma nabízejí nìkteøí výrobci feritových a práškových jader bo lze použít univerzální, vìtšinou komerèní software. Èinitel odporu A R S èinitelem odporu A R se ve vf technice setkáváme pøíliš èasto, bo se používají cívky o malé indukènosti (tedy s malým poètem závitù), vinuté zpravidla tlustším vodièem. Èinitel odporu A R bo také konstanta A R je analogií k èiniteli indukènosti. Pøedstavuje stejnosmìrný odpor R ss jednoho závitu: 5 5 =. (38) 1 VV $ Ze známých údajù vinutí lze èinitele odporu A R vypoèítat ze vztahu: $ O ] 5 = ρ IN $ ], (39) ρ je mìrný odpor materiálu vinutí (pro Cu je 1,72 mω cm), l z je støední délka závitu, A z je plocha jednoho závitu, f k je èinitel plnìní mìdi. Pøi použití uvedených jednotek má A R rozmìr [µω], tedy 10 6 Ω. Hodnoty èinitele plnìní mìdi jsou udávány pro cívková tìlíska obvykle pøi f k = 0,5. Pøepoèet pro jiné velikosti f k lze provést pomocí vztahu: $ 5 IN = $ 5. (40) I Na obr. 3 jsou uvedeny závislosti f k pro licnu (vf lanko) a na obr. 4 pro drát. N Èasová konstanta t Èasová konstanta je definována jako pomìr indukènosti L a ztrátového odporu R Z : / τ =, (41) 5 ] τ je èasová konstanta [s], L je indukènost [H], R Z je ztrátový odpor [Ω]. Pro nízké kmitoèty lze ztrátový odpor nahradit stejnosmìrným odporem R ss. Èasová konstanta pak bude: / τ VV =, (42) 5VV τ ss je èasová konstanta [s], L je indukènost [H], R ss je stejnosmìrný odpor [Ω]. Z výrazù (35) a (38) vyplývá: $ / τ VV =. () $ 5 Èasová stabilita permeability (desakomodace) Èasová stabilita permeability se také nazývá desakomodace. Je to pomìrná zmìna poèáteèní permeability, která vznik za urèitou dobu pøi stvené teplotì po úplném odmagtování bez pùsobení dalších vlivù (magtických, teplotních, mechanických atd.). Desakomodace je definována vztahem: µ µ L L ' =, (44) µ L D je desakomodace [%], 0,5 1,0 f k 0,4 0,3 0,07 0,07 0,04 0,1 0,05 0,05 0,15 f k 0,8 0,6 0,4 CuL CuLH 0,2 0,04 0,2 0,1 0 10 20 30 40 50 60 poèet vodièù Obr. 3. Závislosti èinitele plnìní mìdi f k na poètu a prùmìru vodièù v licnì. Plné èáry platí pro opøedené lanko, èárkované èáry pro lanko opøedené jednou vrstvou hedvábí 0,1 0,06 0,08 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 prùmìr vodièe Obr. 4. Závislost èinitele plnìní mìdi f k na prùmìru plného vodièe. Èára CuL platí pro drát izolovaný lakem, èára CuLH pro drát izolovaný lakem a jednou vrstvou hedvábí Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 7
µ i 1 je poèáteèní permeabilita mìøená v dané (krátké) dobì t 1 po úplném odmagtování, µ i 2 je poèáteèní permeabilita mìøená v dané (delší) dobì t 2 po úplném odmagtování. Èinitel desakomodace d je dán vztahem: µ µ L L G = W µ ORJ L W. (45) V praxi se používá t 1 = 10 min a t 2 = min. Pak log t 1 /t 2 = 1. Nìkdy se také používá mìrný èinitel desakomodace DF, který je dán vztahem: G ') =. (46) µ Používané jednotky Pojmy magtická indukce a intenzita magtického pole jsou èasto používány jako synonyma. V mnoha pøípadech je totiž možné z magtické indukce odvodit intenzitu magtického pole a obrácenì. Intenzita magtického pole H popisuje pole, vyvolané samotným proudem, protékajícím vodièem, zatímco magtická indukce B popisuje pole, urèené prùtokem proudu a spolupùsobením magtizaèního efektu v materiálu. Samotný materiál mùže indukci zmenšovat bo zvìtšovat, podle toho se nazývá paramagtický bo diamagtický. Souvislost mezi magtickou indukcí a intenzitou magtického pole ve vakuu, podobnì jako ve vzduchu bo jiném magtickém prostøedí, je konstantní a lze ji vyjádøit vztahem: L % = µ +, (47) kde µ 0 je permeabilita vakua [4 π 10 7 V/ /A m bo 1,256 V/A m]. Pro magtické materiály platí: % µ U µ +, (48) = kde µ r je relativní permeabilita materiálu. V mìrové soustavì SI má magtická indukce B jednotku 1 T (1 tesla) o rozmìru [V/A m 2 ]. Intenzita magtického pole H má jednotku 1 ampér na 1 metr a rozmìr [A m 1 ]. Ve starší mìrové soustavì má magtická indukce B jednotku 1 G (1 gauss) a platí 1 G = 10 4 T. Intenzita magtického pole H má jednotku 1 Oe (1 oersted) a platí 1 Oe = = 10 3 4 π 1 A m 1. Jednotky soustavy SI (Systeme Internationale) se používají ve vìtšinì evropských zemí, kde jsou pøedepsány. Tab. 1. Pøevod mezi nìkterými jednotkami z oblasti magtizmu 1 mt 1 G 1 ka m 1 1 Oe * Platí pro vzduch mt (militesla) 1,0000 0,0 1,2560* 0,0* Starší jednotky jsou používány mnoha výrobci a distrubutory v USA a je možné se s nimi velmi èasto se G (gauss) 10,000 1,0000 12,560* 1,0000* ka m 1 0,7960* 0,0796* 1,0000 0,0796 Oe (oersted) 10,000* 1,0000* 12,560 1,0000 tkat v jejich katalogových listech. Pøevod mezi nìkterými jednotkami je v tab. 1. Katalogové údaje vybraných feromagtických materiálù Feritová toroidní Amidon Feritová toroidní se vyrábìjí v rùzných velikostech z materiálù s permeabilitou v rozsahu od 20 do více ž 1. Jsou urèena k použití v rezonanèních obvodech, širokopásmových transformátorech a rovnìž jsou vhodná i pro vf tlumivky. Toroidní se dodávají o vnìjším prùmìru od do mm. Feritová toroidní jsou navržena pro vf aplikace a jejich relativnì velká permeabilita umožòuje konstruovat cívky s velkou indukèností pøi minimálním poètu závitù. Tím je také možné dosáhnout minimálních rozmìrù cívek. Používané feritové materiály lze rozdìlit do dvou skupin: 1. Nikelnatoziènaté s permeabilitou µ i v rozsahu 20 až 800. 2. Manganatoziènaté s permeabilitou µ i vìtší ž 800. Nikelnatoziènatá feritová se vyznaèují velkým objemovým odporem, støednì velkou teplotní stabilitou a vysokým Q v kmitoètovém rozsahu od 500 khz do MHz. Jsou také vhodná pro rezonanèní obvody, pracující s malým výkom, kde je požadována velká indukènost. Jejich malá permeabilita je vhodná rovnìž pro širokopásmové transformátory. Manganatoziènaté ferity mívají permeabilitu kolem 800, pomìrnì malý mìrný odpor a dovolují støední sycení. Dosahují vysokého èinitele jakosti Q v kmitoètovém rozsahu od 1 khz do 1 MHz. Jádra z manganatoziènatých feritù se èasto používají ve spínaných zdrojích, pracujících v kmitoètovém rozsahu 20 až khz. Tato jsou velmi vhodná ke konstrukci tlumivek, které potlaèují signály v kmitoètovém rozsahu od 20 do více ž 400 MHz. Zvìtšení prùrazného napìtí cívek je dosaženo vhodnou povrchovou úpravou. Dostupná jsou povrchovì upravená z materiálù F, J, W a H. Jako povrchová úprava se používá šedý a èerný lak, pøípadnì Parylen C. Jádra s povrchem ošetøeným vrstvou Parylenu C o tlouš ce 0,012 až 0,05 mm zaruèují prùrazné napìtí 760 V. Vrstva šedého laku o tlouš ce 0,1 až 0,2 mm zaruèuje prùrazné napìtí 500 V. Èerný lak mívá tlouš ku 0,012 až 0,05 mm, zvýšené prùrazné napìtí však ní zaruèeno. Charakteristiky feritových materiálù Amidon Materiál 33 (µ = 850) manganatoziènatý materiál s malým objemovým odporem. Používá se pro feritové antény pro pásmo 1 khz až 1 MHz. Vyrábìjí se pouze tyèky. Materiál (µ = 850) má velký mìrný odpor. Je vhodný pro støedovlnné cívky, širokopásmové transformátory do 50 MHz a tlumivky, které potlaèují signály o kmitoètech 40 až 400 MHz. Vyrábìjí se toroidní, perly, víceotvorová a speciální tvary pro vf tlumivky. Materiál (µ = 125) vyznaèuje se støední teplotní stabilitou a vysokým Q v rozsahu 0,2 až 15 MHz. Je vhodný pro širokopásmové transformátory do 200 MHz a pro tlumivky pro kmitoèty nad 200 MHz. Vyrábìjí se toroidní, tyèky, cívkovitá a víceotvorová. Materiál 63 (µ = 40) je vhodný pro cívky s vysokým Q v pásmu 15 až 25 MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní. Materiál 64 (µ = 250) materiál, urèený pøedevším pro feritové perly. Má velký mìrný odpor, vynikající teplotní stabilitu a je velmi vhodný ke konstrukci tlumivek nad 400 MHz. 8 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005
Materiál 67 (µ = 40) je podobný materiálu 63. Dovoluje vìtší sycení a má velmi dobrou teplotní stabilitu. Je vhodný pro cívky s vysokým Q pro kmitoèty 10 až 80 MHz a pro širokopásmové transformátory do 200 MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní. Materiál 68 (µ = 20) vyznaèuje se velkým objemovým odporem a vynikající teplotní stabilitou. Je vhodný pro rezonanèní obvody s vysokým Q, které pracují v rozsahu 80 až 180 MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní. Výroba byla ukonèena, nahrazují jej materiály a 67. Materiál 73 (µ = 2 500) materiál, urèený pøedevším pro feritové perly. Je vhodný pro tlumivky na kmitoètech 1 až 50 MHz. Vyrábìjí se perly a víceotvorová. Materiál 77 (µ = 2 000) dovoluje velké sycení pøi vyšších teplotách. Vykazuje nízké ztráty v rozsahu 1 khz až 1 MHz. Používá se pro transformátory malého výkonu ve spínaných zdrojích a pro širokopásmové transformátory a tlumivky v kmitoètovém rozsahu 0,5 až 50 MHz. Vyrábìjí se toroidní, hrníèková a E, perly, pro širokopásmové baluny a trubièková. Materiál je zdokonalením staršího materiálu 72, který se sice stále dodává v nìkolika provedeních, ale v nových konstrukcích by mìl být používán materiál 77. Materiál F (µ = ) dovoluje velké sycení pøi vysokých teplotách. Vhodný pro transformátory ve spínaných zdrojích a mìnièích. Dobøe tlumí signály v kmitoètovém rozsahu od 0,5 do 50 MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní. Materiál J (materiál 75) (µ = = ) má malý mìrný odpor a malé ztráty v kmitoètovém pásmu 1 khz až 1 MHz. Používá se pro pulsní transformátory a širokopásmové transformátory malého výkonu. Výbornì tlumí signály v pásmu od 0,5 do 20 MHz. Vyrábìjí se toroidní a feritové perly, které bývají skladem, vyskytují se rovnìž hrníèková, RM, E a U, ovšem pouze na objednávku. Tab. 2. Magtické vlastnosti feritových materiálù Amidon. Údaje o kmitoètových oblastech využitelnosti jader platí pøi malých výkoch a pro malá. Pøi vìtších výkoch jsou skuteèné kmitoèty nižší ž uvedené Materiál 33 64 67 68 73 Poèáteèní permeabilita 800 850 125 250 40 20 2 500 Maximální permeabilita 1 380 450 375 125 40 4 000 Maximální indukce pøi 10 Oe [G] 2 500 2 750 2 350 2 200 2 000 4 000 Zbytková indukce [G] 1 350 1 200 1 200 1 1 000 1 000 Mìrný odpor [Ω cm 1 ] 1x 10 2 1x 10 5 1x 10 8 1x 10 8 1x 10 7 1x 10 7 1x 10 2 Teplotní souèinitel v rozmezí 20 až +70 C [%/ C] 0,1 1 0,15 0,15 0,13 0,06 0,8 Ztrátový èinitel 3x 10 6 na 0,2 MHz 20x 10 6 na 0,1 MHz 32x 10 6 na 2,5 MHz x 10 6 na 2,5 MHz 150x 10 6 na 50 MHz 400x 10 6 na 0,1 MHz 7x 10 6 na 0,1 MHz Koercitivní síla [Oe] 0,3 0,3 1,6 1,4 10 0,18 Curieova teplota [ C] 150 130 350 210 500 500 160 Použití v rezonanèních obvodech [MHz] 0,1 až 1 0,01 až 1 0,2 až 10 0,05 až 4 10 až 80 80 až 180 0,001 až 1 Oblast použití [MHz] 1 až 30 1 až 30 10 až 200 50 až 500 200 až 1 000 0,5 až 30 0,2 až 15 Tlumivky [MHz] 20 až 80 30 až 200 30 až 10 GHz 200 až >1 GHz >10 GHz 1 až 40 Materiál 77 83 F J K W H Poèáteèní permeabilita 2 000 300 290 10 000 1 Maximální permeabilita 6 000 3 600 4 300 9 500 400 20 000 2 Maximální indukce pøi 10 Oe [G] 4 600 3 900 4 700 4 300 330 4 300 4 200 Zbytková indukce [G] 1 150 3 450 900 500 250 800 800 Mìrný odpor [Ω cm 1 ] 1x 10 2 x 10 3 1x 10 2 1x 10 2 20x 10 7 0,15x 10 2 1x 10 2 Teplotní souèinitel v rozmezí 20 až +70 C [%/ C] 0,25 0,4 0,25 0,4 0,15 46 0,4 Ztrátový èinitel 4,5x 10 6 na 0,1 MHz 50x 10 6 na 0,1 MHz 4x 10 6 na 0,1 MHz 15x 10 6 na 0,1 MHz 28x 10 6 na 1 MHz 7x 10 6 na 10 khz 15x 10 6 na 10 khz Koercitivní síla [Oe] 0,22 0,45 0,2 0,1 1,0 0,04 0,04 Curieova teplota [ C] 200 300 250 140 280 125 120 Použití v rezonanèních obvodech [MHz] 0,001 až 2 0,001 až 5 0,001 až 1 0,001 až 1 0,0001 až 30 0,001 až 0,25 0,001 až 0,15 Oblast použití [MHz] 0,5 až 30 1 až 15 0,5 až 30 1 až 15 200 až 1 000 0,001 až 1 0,001 až 1 Tlumivky [MHz] 1 až 40 0,5 až 20 1 až 20 0,5 až 10 >1 GHz 0,1 až 1 0,001 až 0,5 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 9
Tab. 3. Rozmìry feritových toroidních jader Amidon Vnìjší prùmìr Vnitøní prùmìr Výška Materiál Permeabilita µ i Vnìjší prùmìr Vnitøní prùmìr Výška Materiál Permeabilita µ i FT114 29,0 7,5 850 FT24067,0 67 40 FT114 29,0 7,5 125 FT24077,0 2 000 FT11467 29,0 7,5 67 40 FT240F,0 F FT11468 29,0 7,5 68 20 FT240J,0 J FT11477 29,0 7,5 77 2 000 FT240K,0 K 290 FT114F 29,0 7,5 F FT240W,0 W 10 000 FT114H 29,0 7,5 H 1 FT290 73,7 38,9 850 FT114J 29,0 7,5 J FT29077 73,7 38,9 77 2 000 FT114W 29,0 7,5 W 10 000 FT290F 73,7 38,9 F FT114A 29,0 13,8 850 FT290J 73,7 38,9 J FT114A 29,0 13,8 125 FT290W 73,7 38,9 W 10 000 FT114A77 29,0 13,8 77 2 000 FT37 4,7 850 FT125K K 290 FT37 4,7 125 FT140 22,9 850 FT3767 4,7 67 40 FT140 22,9 125 FT3768 4,7 68 20 FT14067 22,9 67 40 FT37F 4,7 F FT14077 22,9 77 2 000 FT37H 4,7 H 1 FT140AF 36,0 2 15,0 F FT37J 4,7 J FT140AJ 36,0 2 15,0 J FT37W 4,7 W 10 000 FT140AW 36,0 2 15,0 W 10 000 FT50 7,1 850 FT150F 38,1 F FT50 7,1 125 FT150J 38,1 J FT5067 7,1 67 40 FT150W 38,1 W 10 000 FT5068 7,1 68 20 FT150AF 38,1 F FT50F 7,1 F FT150AJ 38,1 J FT50H 7,1 H 1 FT150AK 38,1 K 290 FT50J 7,1 J FT150AW 38,1 W 10 000 FT50W 7,1 W 10 000 FT193F 49,1 15,9 F FT50A 850 FT193J 49,1 15,9 J FT50A 125 FT193W 49,1 15,9 W 10 000 FT50A67 67 40 FT193AF 49,1 F FT50A68 68 20 FT193AJ 49,1 J FT50A77 77 2 000 FT193AW 49,1 W 10 000 FT50AF F FT23 850 FT50AH H 1 FT23 125 FT50AJ J FT2363 63 40 FT50AW W 10 000 FT2367 67 40 FT50B 850 FT2368 68 20 FT50B 125 FT23F F FT50B67 67 40 FT23H H 1 FT50B75 75 FT23J J FT50B77 77 2 000 FT23W W 10 000 FT82 21,0 13,1 850 FT240,0 850 FT82 21,0 13,1 125 FT240,0 125 FT8267 21,0 13,1 67 40 10 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005
Tab. 3 (dokonèení). Rozmìry feritových toroidních jader Amidon Vnìjší prùmìr Vnitøní prùmìr Výška Materiál Permeabilita µ i Vnìjší prùmìr Vnitøní prùmìr Výška Materiál Permeabilita µ i FT8268 21,0 13,1 68 20 FT87H 22,1 13,7 H 1 FT8275 21,0 13,1 75 FT87J 22,1 13,7 J FT8277 21,0 13,1 77 2 000 FT87W 22,1 13,7 W 10 000 FT87 22,1 13,7 850 FT87AF 22,1 13,7 F FT87 22,1 13,7 125 FT87AH 22,1 13,7 H 1 FT8777 22,1 13,7 77 2 000 FT87AJ 22,1 13,7 J FT87F 22,1 13,7 F FT87AW 22,1 13,7 W 10 000 Tab. 4a. Materiál, permeabilita 850 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Výška l e A e V e [mh/0 z] FT23 3 1,34 0,021 0,029 188 FT37 4,7 2,15 0,076 0,163 420 FT50 7,1 2 0,133 0,401 523 FT50A 3,68 0,152 0,559 570 FT50B 3,18 0,303 0,963 1 140 FT82 21 13,1 5,26 0,246 1,290 557 FT114 29 19 7,5 7,42 0,375 2,790 603 FT140 22,9 9,02 0,806 7,280 952 FT240 1 1,0 23,900 1 240 Tab. 4b. Materiál 67, permeabilita 40 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Výška l e A e V e [mh/0 z] FT2367 3 1,34 0,021 0,029 7,8 FT3767 4,7 2,15 0,076 0,163 19,7 FT5067 7,1 2 0,133 0,401 22,0 FT50A67 3,68 0,152 0,559 24,0 FT50B67 3,18 0,303 0,963 48,0 FT8267 21 13,1 5,26 0,246 1,290 22,4 FT11467 29 19 7,5 7,42 0,375 2,790 25,4 FT14067 22,9 9,02 0,806 7,280 45, FT24067 1 1,0 23,900 50,0 Tab. 4d. Materiál F, permeabilita (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Výška l e A e V e [mh/0 z] FT87AF 22,1 13,7 5,42 0,315 1,710 3 700 FT114F 29 19 7,5 7,42 0,375 2,783 1 902 FT150F 38,1 19 8,3 0,591 4,905 2 640 FT150AF 38,1 19 8,3 1,110 9,213 5 020 FT193F 49 15,9 12,31 1,360 16,742 3 640 FT193AF 49 19 12,31 1,620 19,942 4 460 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 11
Tab. 4c. Materiál 77, permeabilita 2 000 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Výška l e A e V e [mh/0 z] FT2377 3 1,34 0,021 0,029 396 FT3777 4,7 2,15 0,076 0,163 884 FT5077 7,1 2 0,133 0,401 1 FT50A77 3,68 0,152 0,559 1 200 FT50B77 3,18 0,303 0,963 2 400 FT8277 21 13,1 5,26 0,246 1,294 1 170 FT11477 29 19 7,5 7,42 0,375 2,783 1 270 FT114A77 29 19 13,8 7,42 0,690 5,120 2 340 FT14077 22,9 9,02 0,806 7,270 2 250 FT24077 1 1,0 22,608 3 130 Tab. 4e. Materiál J (75), permeabilita (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Výška l e A e V e [mh/0 z] FT23J 3 1,34 0,021 0,029 990 FT37J 4,7 2,15 0,076 0,163 2 110 FT50J 7,1 2 0,133 0,401 2 750 FT50AJ 3,68 0,152 0,559 2 990 FT87J 22,1 13,7 5,42 0,2 1,414 3 020 FT87AJ 22,1 13,7 5,42 0,315 1,710 6 040 FT114J 29 19 7,5 7,42 0,375 2,783 3 170 FT140AJ 22,9 15 9,02 0,806 7,270 6 736 FT150J 38,1 19 8,3 0,591 4,905 4 400 FT150AJ 38,1 19 8,3 1,110 9,213 8 370 FT193J 49 15,9 12,31 1,360 16,742 6 065 FT193AJ 49 19 12,31 1,620 19,942 7 5 FT24077 14,4 70 22,608 6 845 FT337J 85,7 pouze na objednávku Tab. 4g. Materiál W, permeabilita 10 000 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Výška l e A e V e [mh/0 z] FT50AW 3,68 0,152 0,559 5 936 FT87W 22,1 13,7 5,42 0,2 1,414 6 040 FT150AW 38,1 19 8,3 1,110 9,213 16 700 FT193W 49 33,8 15,9 12,31 1,360 16,742 11 800 FT240W 14,4 70 22,608 13 690 Tab. 4h. Materiál H, permeabilita 1 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Výška l e A e V e [mh/0 z] FT23H 3 1,34 0,021 0,029 2 940 FT37H 4,7 2,15 0,076 0,163 6 590 12 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005
Tab. 4f. Materiál K, permeabilita 290 (sortiment feritových toroidních jader Amidon podle materiálu) Výška l e A e V e [mh/0 z] FT115K 19 8,05 0,7 4,970 2 5 FT150AK 38,1 19 8,3 1,110 9,213 1 508 FT200K 50,8 30,5 12,9 1,290 16,641 5 353 FT240K 14,4 70 22,608 4 912 Tab. 5. Vlastnosti a rozmìry dvouotvorových feritových jader Amidon Typ Obrázek Typická 1) impedance [Ω] 25 MHz MHz Materiál Hmotnost [g] A B 2) C E H BN2402 28002402 obr. 5a 7,0 ±0,25 6,2 ±0,25 4,2 ±0,25 2,9 ±0,1 1,7 +0,2 BN302 2800302 obr. 5a 130 2,6 13,3 ±0,6 10,3 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 BN202 2800202 obr. 5a 180 3,7 13,3 ±0,6 14,35 ±0,5 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 BN3312 28010302 obr. 5c 400 18 19,45 ±0,4 25,4 ±0,7 ±0,25 9,9 ±0,25 4,75 ±0,2 28001802 obr. 5b 119 0,8 6,35 ±0,25 6,15 ±0,25 2,75 ±0,2 1,1 +0,3 2873001702 73 obr. 5b 200 1,6 6,35 ±0,25 12,0 ±0,35 2,75 ±0,2 1,1 +0,3 28001702 obr. 5b 256 1,6 6,35 ±0,25 12,0 ±0,35 2,75 ±0,2 1,1 +0,3 28001702 obr. 5b 230 1,6 6,35 ±0,25 12,0 ±0,35 2,75 ±0,2 1,1 +0,3 2873001502 73 obr. 5a 50 1,7 13,3 ±0,6 6,6 ±0,25 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 28001502 obr. 5a 88 1,7 13,3 ±0,6 6,6 ±0,25 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 28001502 obr. 5a 69 1,7 13,3 ±0,6 6,6 ±0,25 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2873000302 73 obr. 5a 75 2,6 13,3 ±0,6 10,3 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 28000302 obr. 5a 106 2,6 13,3 ±0,6 10,3 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2873000102 73 obr. 5a 94 3,5 13,3 ±0,6 13,4 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 28000102 obr. 5a 175 3,5 13,3 ±0,6 13,4 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 28000102 obr. 5a 138 3,5 13,3 ±0,6 13,4 ±0,3 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2873000202 73 obr. 5a 106 3,7 13,3 ±0,6 14,35 ±0,5 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 28000202 obr. 5a 150 3,7 13,3 ±0,6 14,35 ±0,5 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 2873006802 73 obr. 5a 180 7,0 13,3 ±0,6 27,0 ±0,75 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 28006802 obr. 5a 300 7,0 13,3 ±0,6 27,0 ±0,75 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 28006802 obr. 5a 280 7,0 13,3 ±0,6 27,0 ±0,75 7,5 ±0,35 5,7 ±0,25 3,8 ±0,25 28010402 obr. 5c 200 7,5 19,45 ±0,4 ±0,5 ±0,25 9,9 ±0,25 4,75 ±0,2 28009902 obr. 5c 500 48 28,7 ±0,6 28,7 ±0,7 14,25 ±0,3 14,0 ±0,3 6,35 ±0,15 28002 obr. 5c 600 45 30,2 ±0,6 28,7 ±0,7 15,0 ±0,4 14,0 ±0,3 6,8 ±0,2 1) Typická impedance jednoho závitu vodièe procházejícího obìma otvory. Zaruèovaná minimální impedance je o 20 % menší. 2) Rozmìr B lze pøizpùsobit požadavkùm odbìratele. a) b) c) Obr. 5. Používané tvary dvouotvorových jader Amidon Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 13
Tab. 6. Feritové perly Amidon (xx je èíslo materiálu) Vnìjší prùmìr A Prùmìr otvoru Výška B Tvar µ = 125 64 µ = 250 µ = 850 Materiál 73 µ = 2 500 75 µ = 77 µ = 2 000 FBxx101 3,5 1,3 5 1 otvor (obr. 6) FBxx201 1,93 1,09 3,81 1 otvor (obr. 6) FBxx301 3,5 1,3 6,0 1 otvor (obr. 6) FBxx401 5,08 2 6,35 1 otvor (obr. 6) FBxx801 4,52 2,39 4,54 1 otvor (obr. 6) FBxx901 6,35 1,27 10,6 2 otvory (obr. 5b) FBxx1501 3,5 1,6 5 1 otvor (obr. 6) FBxx1801 5,08 2 11,1 1 otvor (obr. 6) FBxx2401 9,65 5,0 3 1 otvor (obr. 6) FBxx5111 6,0 0,96 10,0 6 otvorù (obr. 7) FBxx6301 4,9 10,4 1 otvor (obr. 6) Materiál K (µ = 290) používá se pro linkové transformátory v pásmu od 1 do 50 MHz. Bývá dostupný skladem, avšak pouze toroidní v nìkolika rozmìrech. Materiál W (µ = 10 000) materiál s velkou permeabilitou, používaný pro tlumivky, které potlaèují signály od khz do 1 MHz v EMI/RFI filtrech. Používá se také pro širokopásmové transformátory. Na skladì jsou toroidní. Lze objednat i hrníèková, EP a RM. Materiál H (µ = 1) materiál s velkou permeabilitou, používaný pro tlumivky, které potlaèují signály o kmitoètu nižším ž 200 khz. Používá se rovnìž pro širokopásmové transformátory. Vyrábìjí se pouze toroidní. Magtické vlastnosti feritových materiálù Amidon Podrobnìjší údaje o magtických vlastnostech feritových materiálù Amidon jsou shrnuty v tab. 2, která je umístìna na stranì 9. Rozmìry feritových toroidních jader Amidon Podrobnìjší údaje o rozmìrech feritových toroidních jader Amidon jsou shrnuty v tab. 3, která je umístìna na stranách 10 a 11. Sortiment feritových toroidních jader Amidon Sortiment feritových toroidních jader Amidon rozèlenìný podle druhu materiálù je uveden v tab. 4a až tab. 4h, které jsou umístìny na stranách 11 až 13. Dvouotvorová feritová Amidon Dvouotvorová jsou urèena pro baluny a širokopásmové transformátory. Jádra se dodávají leštìná. Používané tvary dvouotvorových jader a jejich vlastnosti jsou uvedeny na stranì 13 na obr. 5 a v tab. 5. Feritové perly Feritové perly se navlékají na vývody vf tranzistorù, aby se zabránilo jejich parazitnímu kmitání. Perly též mohou sloužit jako tlumivky pro potlaèení žádoucích velmi vysokých kmitoètù na napájecích a signálních vodièích. Rozmìry a vlastnosti feritových perel Amidon jsou uvedeny na obr. 6 a obr. 7 a v tab. 6. V tab. 6 je ve sloupcích s oznaèením materiálu uvedena dostupnost perel zhotovených z pøíslušného materiálu. Pokud ve sloupci Materiál ní uvedeno, perla existuje. Èíslo materiálu se v oznaèení perly dosadí za znaky xx (napø. FB101 apod.). Firma Palomar vyrábí shodné perly, avšak typ materiálu uvádí až na konci oznaèení. Platí, že: Amidon FB101 je Palomar FB1 Amidon FBxx201 je Palomar FB2xx, Amidon FBxx301 je Palomar FB3xx, Amidon FBxx801 je Palomar FB8xx, Amidon FBxx1801 je Palomar FB18xx, Amidon FBxx2401 je Palomar FB24xx, Amidon FBxx6301 je Palomar FB63xx, Amidon FBxx1020 je Palomar FB102xx, Amidon FBxx2401 je Palomar FB24xx. Obr. 6. Feritová perla Amidon Obr. 7. Feritová perla se šesti otvory Feritová toroidní firmy Palomar Engiers Pøehled sortimentu feritových toroidních jader firmy Palomar s uvedenými orientaèními cenami v US dolarech je v tab. 7. Charakteristiky jednotlivých materiálù jsou v tab. 8. Feritová toroidní dalších firem Popisy konstrukcí v literatuøe èasto uvádìjí, která jsou buï obtížnì dostupná bo se již vyrábìjí. K vyhledání náhrady mohou posloužit nasledující tab. 9 a tab. 10. Feritová toroidní Palomar s oznaèením F jsou shodná s jádry Amidon s oznaèením FT. Železová prášková Palomar i Amidon jsou oznaèena shodnì. 14 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005
Tab. 7. Pøehled sortimentu feritových toroidních jader firmy Palomar Jádro [In.] [inch] Tlouš ka [inch] Orientaèní cena Používané hmoty F240 2,40 60,96 1,40 35,56 0,50 $ 13,65,, 77 F140 1,40 35,56 0,90 22,86 0,50 $ 6,25,, 77 F114A 1,14 28,96 0,75 5 0,55 13,97 $ 4,50, 77 F114 1,14 28,96 0,75 5 0,30 7,62 $ 3,50,, 67, 77 F82 0,82 20,83 0,52 11 0,25 6,35 $ 1,70,, 67, 68, 77 F50B 0,50 0,30 7,62 0,50 $ 1,60,, 67, 77 F50A 0,50 0,30 7,62 0,25 6,35 $ 1,45,, 67, 75, 77 F50 0,50 0,30 7,62 0,20 5,08 $ 1,10,, 67, 68, 75, 77 F37 0,37 9,4 0,20 5,08 0,12 5 $ 0,85,, 67, 68, 75, 77 F23 0,23 4 0,12 5 0,06 2 $ 0,75,, 67, 68, 77 Tab. 8. Použití jednotlivých materiálù a využitelný kmitoètový rozsah Hmota Permeabilita µ i Odrušovací tlumivky Cívky Transformátory 75 1 až 30 khz 1 až 300 khz 77 1 800 0,5 až MHz 1 až khz 1 khz až 2 MHz 850 1 až 1 000 MHz 0,01 až 1 MHz 0,01 až 10 MHz 125 až 2 000 MHz 0,2 až 10 MHz 0,2 až MHz 67 40 10 až 80 MHz 10 až 800 MHz 68 20 80 až 180 MHz 80 až 1800 MHz Tab. 9. feritových toroidních jader podle rozmìrù 2,4 1,14 0,82 0,50 0,37 0,23 125 40 40 20 850 1 800 1 800 mm 29 mm 21 mm mm mm 6 mm Katalogové èíslo Palomar F240 F114 F82 F50A F37 F23 Katalogové èíslo Indiana Geral F5681 F622 F62419 F6278 F6259 F3031 Tab. 10. feritových materiálù rùznými výrobci Permeabilita µ Palomar 63 67 68 75 77 73 Indiana Geral Q1 Q2 Q2 Q3 H O6 TC9 Stackpole C/11 C/12 C/12 C/14 C/7D C/24B C/24 Starší katalogové èíslo Indiana Geral CF123 CF114 CF111 CF108 CF102 CF101 Ferroxcube 4C4 SD3 3E2A 3B7/3B9 3C8 Pozn.: Hmota 67 nahrazuje starší hmotu 63. Hmota 77 nahrazuje starší hmotu 73. Vždy je nutné uvádìt rozmìr i hmotu, napø. F50 Feritové materiály PRAMET Šumperk Magtické vlastnosti feritových materiálù øady H a N firmy PRAMET Šumperk jsou uvedeny v tab. 11 a tab. 12 na stranách 16 a 17. Železová prášková toroidní Amidon Tato jsou tvoøena smìsí pøesnì definovaných železových èástic, které jsou vzájemnì od sebe izolované a propojené pojivem. Železový prášek a pojivo jsou smíchány, pod velkým tlakem stlaèeny a jádro je vypáleno za vysoké teploty. Charakteristiky jsou urèeny jeho velikostí a hustotou použitého materiálu a vlastnostmi železového prášku. Železová prášková dovolují velké sycení, mají výbornou teplotní stabilitu a vysoké Q, materiál má však malou permeabilitu (jvýše µ i = 110). Výborná teplotní stabilita pøedurèuje tato ke konstrukci úzkopásmových filtrù, ladìných transformátorù, oscilátorù a pøizpùsobovacích obvodù. Železová prášková se vyrábìjí v mnoha provedeních a tvarech toroidní a E, hrníèková, trubièky atd. a bývají zhotovena z mnoha rùz Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 15
Tab. 11. Magtické vlastnosti feritových materiálù øady H firmy PRAMET Šumperk Materiál H6 H7 H10 H11 H12 H7 H18 Barevné oznaèení èerná sv. zelená bílá sv. modrá 1) fialová Poèáteèní permeabilita µ 600 ±20 % 700 ±20 % 1 300 ±20 % 1 ±20 % 1 260 ±20 % 2 200 ±20 % 1 800 ±20 % Magtická indukce B [mt] pøi intenzitì magtického pole H [A m 1 ] 440 1 000 440 360 1 000 360 420 1 000 390 360 1 000 Koercitivní síla H e [A m 1 ] 70 70 30 30 30 20 20 Mìrný ztrátový èinitel tgδ/µ i [10 6 ] pøi kmitoètu f [khz] < 30 0 < 45 0 < 20 < 10 < 3,5 < 0,8 Hysterezní konstanta nb [10 3 T 1 ] < 1,8 < 1,6 < 0,4 Curieova teplota T [ C] > 200 > 200 > 120 > 160 > 160 > 130 > Mìrný teplotní èinitel ρ [10 6 K 1 ] 0,5 až 3,5 < 2 0 až 3 0,4 až 1,0 < 2,5 Mìrný odpor ρ [Ω m] 1 0,5 0,5 0,5 1 3 1 Èinitel desakomodace DF [10 6 ] 5 3 Mìrná hmotnost y [kg m 3 ] 4 400 4 400 4 800 4 800 4 800 4 700 4 700 Materiál H20 H21 H22 H24 H40 H60 H23 Barevné oznaèení šedá hnìdá oranžová 1) okr tmavý 1) sv. krémová Poèáteèní permeabilita µ 2 000 ±20 % 1 900 ±20 % 2 200 ±20 % 2 ±20 % 4 300 ±20 % 6 000 ±20 % 2 300 ±20 % Magtická indukce B [mt] pøi intenzitì magtického pole H [A m 1 ] 400 1 000 505 360 1 000 505 380 1 000 380 1 000 410 1 000 Koercitivní síla H e [A m 1 ] 20 20 20 18 13 6 20 Mìrný ztrátový èinitel tgδ/µ i [10 6 ] pøi kmitoètu f [khz] < 22 < 8 20 < 0,8 Hysterezní konstanta nb [10 3 T 1 ] < 3,7 < 1,4 < 1,1 < 1,1 < 0,9 Curieova teplota T [ C] > 140 > 200 > > 200 > 130 > 130 > 150 Mìrný teplotní èinitel ρ [10 6 K 1 ] < 4,5 < 2 < 1 0,4 až Mìrný odpor ρ [Ω m] 0,5 3 0,5 4 0,5 0,2 1 Èinitel desakomodace DF [10 6 ] 5 Mìrná hmotnost y [kg m 3 ] 4 800 4 800 4 800 4 800 4 800 4 900 4 800 1) Materiál se zatím sériovì navyrábí, jedná se o pøedbìžná data. Výrobky z materiálu H60 jsou již omezenì v prodeji ných materiálù. K základním materiálùm patøí karbonylové železo a železo s redukovaným vodíkem. Jádra z karbonylového železa vynikají svojí teplotní stabilitou a konstantními parametry pøi rùzných hodnotách magtické indukce. Permeabilita µ i tohoto materiálu se pohybuje v rozmezí 3 až 35 a rovnìž lze dosáhnout velmi vysokého èinitele jakosti Q v rozsahu 50 khz až 200 MHz. Jádra z tohoto materiálu jsou vhodná pøedevším pro vf aplikace, kde je kladen dùraz na vysoké Q a stabilitu. Èasto se na nì vinou cívky širokopásmových obvodù, pracujících s velkým výkom. Jádra z železa s redukovaným vodíkem mají vìtší permeabilitu v rozmezí 35 až 110. V rezonanèních obvodech však vykazují ponìkud nižší Q. Hlavními oblastmi použití tìchto materiálù jsou EMI filtry a tlumivky pro nízké kmitoèty. Èasto se také používají ve filtrech spínaných zdrojù. Toroidní jsou obecnì považována za jeden z jefektivnìjších tvarù. Významný je samostínicí úèik toroidního, bo magtické siloèáry jsou prakticky soustøedìny uvnitø a jejich rozptyl smìrem ven je minimální. Siloèáry mají jednotný prùbìh po celé délce magtické dráhy a vnìjší magtická pole mohou cívku ovlivnit jen minimálnì, proto je málokdy nutné toroidní cívku stínit. Charakteristiky železových práškových materiálù Amidon Materiál 0 (µ i = 1, barva svìtle hnìdá/bez barvy). Používají se pro kmitoèty vyšší ž MHz. Vyrábìjí se pouze toroidní. Z povahy materiálu vyplývá pomìrnì znaèný rozptyl souèinitele poètu závitù. Závislost indukènosti na poètu závitù se mìní a je velmi závislá na technice vinutí. Materiál 1 (µ i = 20, barva modrá/ /bez barvy). Materiál z karbonylového 16 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005
Tab. 12. Magtické vlastnosti feritových materiálù øady N firmy PRAMET Šumperk (pozn. 1) viz tab. 11) Materiál N01P N01 N02 N05 N08P N1 N2 N3 N7 Barevné oznaèení rùžová èervená sv. zelená tm. modrá žlutá tm. zelená 1) Poèáteèní permeabilita µ 11 ±20 % 10 ±20 % 20 ±20 % 50 ±20 % 80 ±20 % 120 ±20 % 200 ±20 % 250 ±20 % 700 ±20 % Magtická indukce B [mt] pøi intenzitì magtického pole H [A m 1 ] 200 10 000 270 8 000 300 350 400 400 250 Koercitivní síla H e [A m 1 ] 1 500 2) 1 500 1 200 460 120 2) 250 120 120 50 Mìrný ztrátový èinitel tgδ/µ i [10 6 ] pøi kmitoètu f [MHz] < 1250 200 < 800 < 600 40 < 200 20 < 150 12 < 10 < 50 1 < 50 1 < 1 Hysterezní konstanta nb [10 3 T 1 ] < 36 Curieova teplota T [ C] > 500 > 550 > 450 > 350 > 350 > 260 > 200 > 200 > 125 Mìrný teplotní èinitel ρ [10 6 K 1 ] 0 až 80 < 50 3 až 14 0 až 50 1 až 6 < 10 < 10 0 až 10 Mìrný odpor ρ [kω m] 10 1 0,1 10 0,1 0,1 1 Mìrná hmotnost y [kg m 3 ] 4 400 4 400 4 300 4 600 4 300 4 700 4 700 4 700 4 700 železa C, velmi podobný materiálu 3 (šedá), od kterého se liší jen menší permeabilitou, ale zejména vìtším objemovým odporem a lepší stabilitou. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková. Materiál 2 (µ i = 10, barva èervená/ /bez barvy). Materiál z karbonylového železa E s velkým objemovým odporem. Má velmi vysoké Q v rozsahu od 2 do 30 MHz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková. Materiál 3 (µ i = 35, barva šedá/ /bez barvy). Materiál z karbonylového železa HP má vynikající stabilitu a vysoké Q v rozsahu 50 až 500 khz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková. Materiál 6 (µ i = 8, barva žlutá/bez barvy). Karbonylové železo SF vykazuje vysoké Q a velmi dobrou teplotní stabilitu v rozsahu 20 až 50 MHz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková. Materiál 7 (µ i = 9, barva bílá/bez barvy). Karbonylové železo TH, je velmi podobné materiálùm 2 (èervená/bez barvy) a 6 (žlutá/ bez barvy), avšak má lepší teplotní stabilitu ž oba tyto materiály. Je velmi vhodné pro rozsah 5 až 35 MHz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková. Materiál 10 (µ i = 6, barva èerná/ /bez barvy). Materiál z karbonylového železa W má vysoké Q a velmi dobrou teplotní stabilitu v rozsahu 40 až MHz. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková. Materiál 12 (µ i = 4, barva zelená/ /bílá). Materiál ze syntetického oxidu železa má vysoké Q a prùmìrnou stabilitu v rozsahu 50 až 200 MHz. Jeli kladen dùraz na vysoké Q, bývá tomuto materiálu dávána pøednost. Jeli však požadována pøedevším stabilita, bývá vhodnìjší materiál 17 (modrá/žlutá). jakost Q 160 140 120 80 60 40 40 60 Materiál 12 je dostupný ve formì toroidních jader až do rozmìru T94, hrníèková se však vyrábìjí. Materiál 15 (µ i = 25, barva èervená/bílá). Karbonylové železo GS6, vyznaèuje se vynikající stabilitou a vysokým Q v pásmu rozhlasových kmitoètù. Vyrábìjí se pouze toroidní. Materiál 17 (µ i = 4, barva modrá/ /žlutá). Nový materiál z karbonylového železa, který je velmi podobný materiálu 12, avšak má lepší teplotní stabilitu. Ve srovnání s materiálem 12 má však v rozsahu 50 až MHz nižší Q o 10 %, nad MHz má Q nižší o 20 %. Vyrábìjí se toroidní a hrníèková. Materiál 26 (µ i = 75, barva žlutá/ /bílá). Materiál z železa s redukovaným vodíkem. Používá se vìtšinou pro EMI filtry, sí ové filtry a stejnosmìrné tlumivky. Materiál 26 je levnìjší ž materiál 52 a používá se v levnìjších, ménì nároèných aplikacích. Materiál 52 (µ i = 75, barva zelená/ /modrá). Tento materiál je podobný materiálu 26, má však menší ztráty a lepší vf vlastnosti. Je pøibližnì o 20 % dražší ž materiál 26. Je velmi vhodný pro vf tlumivky. Materiál 18 (µ i = 55, barva zelená/ /èervená). Materiál z železa s redukovaným vodíkem, vhodný k použití v mís 80 140 200 280 400 kmitoèet f [MHz] Obr. 8. Závislost èinitele jakosti Q na kmitoètu u rùzných cívek na toroidních jádrech z železového práškového materiálu 0 (µ i = 1) a 12 (µ i = 4) Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 17
jakost Q 220 200 180 160 Obr. 9 (nahoøe). Závislost èinitele jakosti Q na kmitoètu u rùzných cívek na toroidních jádrech z železového práškového materiálu 2 (µ i = 10) a 6 (µ i = 8) Obr. 10 (dole). Závislost èinitele jakosti Q na kmitoètu u rùzných cívek na toroidních jádrech z železového práškového materiálu 6 (µ i = 8) jakost Q 140 120 360 340 320 300 280 260 240 1 2 3 4 5 7 10 kmitoèet f [MHz] 2 4 6 8 10 14 20 kmitoèet f [MHz] tech s vysokou teplotou. Má liární charakteristiky a pomìrnì dobré vf vlastnosti. Je vhodný ke konstrukci tlumivek pro zdroje UPS. Materiál 8 (µ i = 35, barva žlutá/ /èervená). Vysokofrekvenèní materiál. Má jnižší ztráty, patøí však k jdražším. Je vhodný ke konstrukci vf filtrù, tlumivek atd. Materiál 45 (µ i =, barva èerná). Materiál s jvìtší permeabilitou, který je vhodnou alternativou k materiálu 52. Vykazuje pomìrnì velké ztráty v jádøe. Je vhodný pro aplikace na nižších kmitoètech. Uvedené materiály patøí k jbìžnìjším. Mùžete se setkat i s jinými materiály, napø. materiály znaèenými 00 až 09, které však jsou shodné s materiály 0 až 9, tj. napø. materiál 06 ní shodný s materiálem 6. Podrobnìjší údaje ani barevné znaèení však byly k dispozici, na tuto zmínku jsem narazil pouze v propagaèních materiálech firmy Amidon, avšak nikoli v materiálech distributorù. Existují i materiály 11, 16, 19, 23, 27, 28 a další, ani u nich byly k dispozici potøebné údaje. Údaje o toroidních jádrech z jpoužívanìjších materiálù najdete v tab. 13a až tab. 13k. Grafy závislosti èinitele jakosti Q na kmitoètu pro rùznì provedené cívky na železových toroidních jádrech Amidon jsou na obr. 8 až obr. 10. Tab. 13a. Železová prášková toroidní Amidon Materiál 0, permeabilita µ i = 1, kmit. rozsah až 300 MHz, barva svìtle hnìdá/bez barvy Výška l e A e V e [µh/ z] T120 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 T160 4,1 2,0 0,95 0,016 0,015 T200 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 3,5 T250 6,5 2,4 0 0,042 0,063 4,5 T300 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 6,0 T370 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 4,9 T440 11,2 4,0 2,67 0,107 0,286 6,5 T500 7,7 3 0,121 0,367 T680 17,5 9,4 4,24 0,196 0,831 7,5 T800 20,2 12,6 5,15 0,242 1,246 8,5 T940 23,9 14,2 6,00 0,385 2,310 10,6 T1060 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 18,0 T1300 3 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 15,0 18 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005
Tab. 13b. Železová prášková toroidní Amidon Materiál 1, permeabilita µ i = 20, kmitoètový rozsah 0,5 až 5 MHz, barva modrá/bez barvy Výška l e A e V e [µh/ z] T121 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 48 T1 4,1 2,0 0,95 0,016 0,015 44 T201 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 52 T251 6,5 2,4 0 0,042 0,063 70 T301 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 85 T371 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 80 T441 11,2 4,0 2,67 0,107 0,286 105 T501 7,7 3 0,121 0,367 T681 17,5 9,4 4,24 0,196 0,831 115 T801 20,2 12,6 5,15 0,242 1,246 115 T941 23,9 14,2 6,00 0,385 2,310 160 T10 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 325 T1301 3 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 200 T1571 39,9 24,1 14,5 10,05 1,140 11,457 320 T1841 46,7 18,0 11,12 2,040 22,685 500 T2001 50,8 14,0 12,97 1,330 17,250 250 Tab. 13c. Železová prášková toroidní Amidon Materiál 2, permeabilita µ i = 10, kmitoètový rozsah 2 až 30 MHz, barva èervená/bez barvy Výška l e A e V e [µh/ z] T122 T162 T202 T252 T302 T372 T442 T502 T682 T802 T942 T1062 T1302 T1572 T1842 T2002 T200A2 T2252 T225A2 T3002 T300A2 T4002 T400A2 T5202 4,1 5,1 6,5 7,8 11,2 17,5 20,2 23,9 26,9 3 39,9 46,7 50,8 50,8 57,2 57,2 77,4 77,4 101,6 101,6 132,1 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 20 2,0 0,95 0,016 0,015 22 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 25 2,4 0 0,042 0,063 34 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 40 4,0 2,67 0,107 0,286 52 7,7 3 0,121 0,367 49 9,4 4,24 0,196 0,831 57 12,6 5,15 0,242 1,246 55 14,2 6,00 0,385 2,310 84 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 135 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 110 24,1 14,5 10,05 1,140 11,457 140 18,0 11,12 2,040 22,685 240 14,0 12,97 1,330 17,250 120 25,4 12,97 2,240 29,050 218 35,7 14,0 14,56 08 21,956 120 35,7 25,4 14,56 2,730 39,749 215 48,9 19,83 1,810 392 114 48,9 25,4 19,83 3,580 70,991 228 57,2 16,5 24,93 3,660 91,244 180 57,2 3 24,93 7,2 185,250 360 78,2 20,3 33,16 5,460 181,000 207 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005 19
Tab. 13d. Železová prášková toroidní Amidon Materiál 3, permeabilita µ i = 35, kmitoètový rozsah 0,05 až 0,5 MHz, barva šedá/bez barvy Výška l e A e V e [µh/ z] T123 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 60 T163 4,1 2,0 0,95 0,016 0,015 T203 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 76 T253 6,5 2,4 0 0,042 0,063 T303 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 140 T373 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 120 T4 11,2 4,0 2,67 0,107 0,286 180 T503 7,7 3 0,121 0,367 175 T683 17,5 9,4 4,24 0,196 0,831 195 T803 20,2 12,6 5,15 0,242 1,246 180 T9 23,9 14,2 6,00 0,385 2,310 248 T1063 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 450 T1303 3 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 350 T1573 39,9 24,1 14,5 10,05 1,140 11,457 420 T18 46,7 18,0 11,12 2,040 22,685 720 T2003 50,8 14,0 12,97 1,330 17,250 425 T200A3 50,8 25,4 12,97 2,240 29,050 460 T2253 57,2 35,7 14,0 14,56 08 21,956 425 Tab. 13e. Železová prášková toroidní Amidon Materiál 6, permeabilita µ i = 8, kmitoètový rozsah 10 až 50 MHz, barva žlutá/bez barvy Výška l e A e V e [µh/ z] T126 1,6 1,3 0,74 0,010 0,007 17 T166 4,1 2,0 0,95 0,016 0,015 19 T206 5,1 2,2 1,8 1,15 0,025 0,029 22 T256 6,5 2,4 0 0,042 0,063 27 T306 7,8 3,8 3,3 1,83 0,065 0,119 36 T376 5,2 3,3 2,32 0,070 0,162 30 T446 11,2 4,0 2,67 0,107 0,286 42 T506 7,7 3 0,121 0,367 46 T686 17,5 9,4 4,24 0,196 0,831 47 T806 20,2 12,6 5,15 0,242 1,246 45 T946 23,9 14,2 6,00 0,385 2,310 70 T1066 26,9 14,5 11,1 6,50 0,690 4,485 116 T1306 3 19,8 11,1 8,29 0,730 6,052 96 T1576 39,9 24,1 14,5 10,05 1,140 11,457 115 T1846 46,7 18,0 11,12 2,040 22,685 195 T2006 50,8 14,0 12,97 1,330 17,250 T200A6 50,8 25,4 12,97 2,240 29,050 180 T2256 57,2 35,7 14,0 14,56 08 21,956 20 Konstrukèní elektronika A Radio 2/2005