Elektromagnetische Störungen (RFI/EMI) können die Leistung sorgfältig entwickelter Schaltungen erheblich beeinträchtigen und sie oft funktionsunfähig machen. Diese technische Herausforderung stellt nicht nur ein technisches Problem dar, sondern auch eine erhebliche Verschwendung von Zeit und Ressourcen.
Zwei primäre Ferritfamilien, jede mit deutlichen Vorteilen
Ferritmaterialien werden typischerweise in zwei Hauptkategorien unterteilt, die jeweils für unterschiedliche Frequenzbereiche und Leistungseigenschaften optimiert sind:
1. Nickel-Zink (NiZn)-Ferrite – Mix 43, 52, 61: Die ideale Wahl für Hochfrequenzanwendungen
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Niedriger Permeabilitätsbereich (20–850 µ):
Gewährleistet eine höhere Stabilität bei hohen Frequenzen mit reduziertem Sättigungsrisiko
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Hoher spezifischer Widerstand:
Minimiert Wirbelstromverluste für verbesserte Effizienz
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Moderate Temperaturstabilität:
Zuverlässige Leistung über Betriebstemperaturbereiche
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Hoher Q-Faktor:
Liefert schärfere Resonanzspitzen in abgestimmten Schaltungen
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Optimaler Frequenzbereich:
500 kHz–100 MHz, wodurch sie sich perfekt für Hochfrequenzanwendungen eignen
Anwendungen:
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Leistungsarme, hochinduktive Resonanzkreise
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Breitbandtransformatoren
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Baluns und Ununs (unsymmetrisch-zu-unsymmetrisch-Transformatoren)
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Hochfrequenz-RFI/EMI-Unterdrückung
Leistungsvorteile:
NiZn-Ferrite zeigen eine optimale Leistung zwischen 2 MHz und mehreren hundert MHz und sind damit die bevorzugte Wahl für die meisten Baluns, Ununs und Hochfrequenz-RFI/EMI-Unterdrückungsanwendungen.
2. Mangan-Zink (MnZn)-Ferrite – Mix 31, 73, 75, 77: Das Kraftpaket für Niederfrequenzanwendungen
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Hohe Permeabilitätswerte (typischerweise über 850 µ):
Bietet eine höhere Impedanz bei niedrigen Frequenzen für eine effektivere Störunterdrückung
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Niedrigerer spezifischer Widerstand:
Geeignet für Anwendungen, die eine höhere Strombelastbarkeit erfordern
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Moderate Sättigungsflussdichte:
Kann erhebliche Leistungspegel verarbeiten
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Außergewöhnliche Niederfrequenzleistung:
Hervorragende RFI/EMI-Unterdrückung im Niederfrequenzspektrum
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Optimaler Frequenzbereich:
1 kHz–1 MHz, speziell für Niederfrequenzanwendungen konzipiert
Anwendungen:
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Schaltnetzteiltransformatoren (20–100 kHz)
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Niederfrequenz-RFI/EMI-Unterdrückung
Schnellauswahlhilfe
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NiZn (Mix 43, 52, 61):
Am besten für Breitband-Hochfrequenzanwendungen, einschließlich Baluns, Ununs und Hochfrequenz-RFI/EMI-Unterdrückung
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MnZn (Mix 31, 73, 75, 77):
Ideal für Niederfrequenz-Hochimpedanz-RFI-Unterdrückung und Netzfilterung, einschließlich Gleichtaktdrosseln und Netzstörungsunterdrückung
Technische Spezifikationen von Ferritmaterialien
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Mix #
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Material
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Anfangspermeabilität
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RFI/EMI-Unterdrückungsbereich
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Abgestimmte Schaltungen
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Breitbandtransformatoren
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31
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MnZn
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1500
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1–300 MHz
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–
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1:1, <300 MHz
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43
|
NiZn
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800
|
25–300 MHz
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<10 MHz
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3–60 MHz
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52
|
NiZn
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250
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200–1000 MHz
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<20 MHz
|
1–60 MHz
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61
|
NiZn
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125
|
200–1000 MHz
|
<100 MHz
|
1–300 MHz
|
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73
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MnZn
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2500
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<50 MHz
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<2 MHz
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<10 MHz
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75/J
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MnZn
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5000
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150 kHz–10 MHz
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<0,75 MHz
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0,1–10 MHz
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Was sind Ferrite?
Ferrite sind keramische Materialien mit einzigartigen elektromagnetischen Eigenschaften. Sie sind steif und spröde, mit Farben, die von silbergrau bis schwarz reichen. Ihre elektromagnetischen Eigenschaften können durch Betriebsbedingungen wie Temperatur, Druck, Feldstärke, Frequenz und Zeit beeinflusst werden.
Es gibt zwei grundlegende Arten von Ferriten: „weiche“ Ferrite, die keine signifikante Magnetisierung beibehalten, und „harte“ Ferrite mit permanenten Magnetisierungseigenschaften. Die in diesem Artikel besprochenen Materialien sind alle „weiche“ Ferrite.
Ferrite haben eine kubische Kristallstruktur mit der chemischen Formel MO·Fe
2
O
3
, wobei MO eine Kombination aus zweiwertigen Metalloxiden (wie Zink, Nickel, Mangan und Kupfer) darstellt. Durch Variieren dieser Metalloxidkombinationen entstehen Materialien mit Eigenschaften, die auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten sind.
Historischer Hintergrund
Die Geschichte der Ferrite (magnetischen Oxide) reicht Jahrhunderte vor Christus mit der Entdeckung von natürlich magnetischen Steinen zurück. Die reichlichsten Vorkommen wurden in der Region Magnesia in Kleinasien gefunden, was zur Bezeichnung Magnetit (Fe
3
O
4
) führte.
Frühe Anwendungen umfassten Lodestone, die von Navigatoren zur Ortung des magnetischen Nordens verwendet wurden. Das wissenschaftliche Verständnis wurde durch Beiträge von William Gilbert, Hans Christian Ørsted, Michael Faraday, James Clerk Maxwell, Heinrich Hertz und anderen vorangetrieben.
Die moderne Ferritentwicklung begann in den 1930er Jahren in Japan und den Niederlanden, wobei J.L. Snoek in den Philips Research Laboratories 1945 die ersten kommerziell brauchbaren „weichen“ Ferrite erreichte. Heute dienen Ferrite drei primären elektronischen Anwendungen: Signalverarbeitung auf niedrigem Niveau, Leistungsanwendungen und elektromagnetische Interferenz (EMI)-Unterdrückung.
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