فریت بید

سیستم‌های فرکانس رادیویی و مبدلها با رزولوشن و عملکرد بالا نیاز به طراحی منبع تغذیه کم نویز دارند تا بهترین عملکرد را داشته باشند. بنابراین فیلتر کردن نویز منبع تغذیه و کاهش cross-talk یا هم‌شنوی در فرکانس‌های بالا در حوزه‌های آنالوگ و دیجیتال، مخصوصاً بر روی فرستنده-گیرنده ها و مبدل‌های سیگنال، لازم است.

یک تکنیک موثر که برای فیلتر کردن نویز فرکانس بالای منبع تغذیه در فرکانس‌های بالا استفاده می‌شود، فریت بید نامیده می‌شود. فریت بید یک المان پسیو است که برای فیلترکردن نویز فرکانس بالا در رنج فرکانسی گسترده استفاده می‌شود. در رنج فرکانس مورد نظر، تبدیل به مقاومت شده و انرژی نویز را به صورت گرما پراکنده می‌سازد. این قطعه می‌تواند بصورت سری با منبع تغدیه قرار گیرد. فریت بید معمولا با خازن‌هایی که در دو طرف آن به زمین متصل شده‌اند، همراه می‌شود و یک شبکه فیلتر پایین گذر (LPF) را تشکیل می‌دهد. بنابراین می‌توان گفت که به کمک این فیلتر، نویز فرکانس بالای منبع تغذیه کاهش می‌یابد.

فریت بید مهره‌ای به شکل استوانه توخالی از جنس فریت است که با روش ساده و مقرون به صرفه نویزهای فرکانس بالا را تضعیف یا خنثی می‌کند. برای اسامی دیگر فریت بید می‌توان به بلوک فریت، حلقه فریت، چوک (سیم پیچ) فریت یا فیلتر تداخل الکترومغناطیسی (EMI) اشاره کرد. فریت یک ماده سیاه نیمه مغناطیسی است. فریت برای حفظ و نگه‌داشتن مهره در سر جای خود با یک ماده پلاستیکی یا لاستیکی محصور می‌شود. وقتی فریت بید در سر راه تغذیه قرار بگیرد، این قطعه مانند تضعیف‌کننده RF عمل می‌کند.

رنج امپدانس فریت بید به فرکانس بستگی دارد، به این معنا که در فرکانس پایین، امپدانس کم و در فرکانس بالا، امپدانس بیشتر دارد. بنابراین در فرکانس‌های بالا دارای نویز تداخلی RF و تداخل الکترومغناطیسی است. در این باند فریت سرامیکی به منظور تولید المان برای فرو نشاندن نویز فرکانس بالا، از پراکندگی جریان فرکانس بالا استفاده می‌کند.مهره فریت به دو نوع مهره فریت تراشه و مهره فریت سیم پیچ طبقه بندی می‌شود. این دو نوع برای کاهش نویز، به‌صورت متفاوتی عمل می‌کند. برای مثال مهره فریت سیم پیچ، رنج فرکانس گسترده‌تری را پوشش می‌دهد و مقدار مقاومت DC (DCR) کمتری دارد. بنابراین در انتخاب فریت بید و استفاده از آن، باید به مشخصات الکترومغناطیسی و نحوه تغییر آن‌ها توجه کرد.

فریت یک ماده مغناطیسی است و روی خط تغذیه نقش منبع امپدانس القایی برای سیگنال‌های در حال عبور را دارد. در واقع مهره فریت یک المان غیرخطی است که مدار معادل ساده شده‌ی آن به درک مشخصه فرکانسی آن کمک می‌کند. اما باید این نکته را در نظر داشت که مشخصه فرکانسی می‌تواند با جریان و دما تغییر کند.مهره فریت بر اساس قانون فارادی عمل می‌کند. به این معنا که هسته مغناطیسی در محدوده یک رسانا، یک سیگنال بازگشتی (back EMF) در حضور یک سیگنال فرکانس بالا القا می‌کند که این سیگنال پاسخ فرکانسی مهره فریت را تضعیف می‌کند.

ازآنجا که امپدانس مهره فریت به صورت القایی است، سلف آن برای تضعیف سیگنال‌های فرکانس بالا در قطعات الکتریکی استفاده می‌شود. وقتی مهره فریت بر روی خط تغذیه قرار می‌گیرد و به یک دستگاه وصل می‌شود، نویز فرکانس بالایی که روی اتصال تغذیه رخ می‌دهد را تضعیف می‌کند.استفاده از گیره فریت، یکی روش‌های کنترل نویز مانند نویز ناشی از منبع تغذیه سوئیچینگ یا SMPS است. بنابراین کاربرد مهره فریت مانند فیلتر فریتی است که امکان کنترل و حذف تداخل الکترومغناطیسی (EMI) را فراهم می‌سازد.

مقدار جریان عبوری از فریت بید به خصوص در مواقعی که از آن به صورت یک فیلتر الکترومغناطیسی استفاده می‌شود، بسیار اهمیت دارد. به این معنا که اگر جریان از مقدار نامی آن بیشتر شود، قطعه آسیب می‌بیند. چالش اصلی در استفاده از فریت بید این است که مقدار جریان بسیار به گرما وابسته است. با افزایش دما مقدار جریان نامی به سرعت کاهش می یابد. به علاوه جریان نامی امپدانس فریت را نیز تحت تأثیر قرار می‌دهد. با افزایش جریان، فریت بید اشباع می‌شود و اندوکتانس آن کاهش پیدا می‌کند. در جریان‌های زیاد، اشباع شدن فریت می‌تواند امپدانس آن را تا 90 درصد کاهش دهد.

حالا که با مهره فریت بید آشنا شدید زمان آن رسیده است که یک نمونه فریت بید برای دستگاه خود انتخاب کنید. انتخاب مهره فریت سخت نیست و تنها باید به مشخصات آن توجه کنید. اگر مدار در رنج فرکانسی خاصی تداخل الکترومغناطیسی دارد برای تضعیف آن به فریت بید نیاز است و باید با توجه به رنج فرکانسی، آن را انتخاب کنید.

بر اساس رفتار سلفی فریت بید می‌توان گفت که این قطعه به‌راحتی و بدون در نظر داشتن ملاحظات خاصی می‌تواند فرکانس‌های بالا را تضعیف کند. درحالی‌که باید توجه کرد که فریت بید مثل یک فیلتر پایین گذر با پهنای باند زیاد عمل نمی‌کند و تنها می‌تواند یک رنج فرکانسی مشخصی را فیلتر کند. مهره فریت را باید به‌گونه‌ای انتخاب کنید که فرکانس‌هایی که می‌خواهید تضعیف شود، در باند مقاومتی آن قرار بگیرد. در مشخصه فرکانسی فریت بید اگر ذره ای رنج فرکانسی کم یا زیاد شود، نتیجه مطلوب حاصل نمی‌شود.قبل از انتخاب دقیق مهره برای طراحی مدار، باید منحنی امپدانس برحسب جریان بار را مشاهده نمایید. اگر جریان‌های بار بسیار زیاد باشد، باید مهره ای را انتخاب کنید که در رنج فرکانسی مورد نظر، امپدانس آن کاهش پیدا نکند و همچنین اشباع نشود.

مهره فریت هم میتواند تداخلات مغناطیسی یا EMI خود دستگاه را تضعیف کند و هم از تاثیر EMI روی دستگاه جلوگیری میکند. در صورتی که دستگاه انرژی RF تولید کند، یک کابل رسانا میتواند مانند یک آنتن عمل کند و باعث تولید تشعشعات ناخواسته شود. بنابراین، استفاده از فریت بید ضروری به نظر میرسد.از طرف دیگر، اگر منابع EMI دیگری مانند لوازم خانگی در محیط باشد، فریت بید از تاثیر تداخلات مغناطیسی روی دستگاه جلوگیری میکند. بنابراین، فریت بید هم از تبدیل کابل به آنتن جلوگیری میکند و هم مانع از تاثیر تداخلات مغناطیسی وسایل دیگر روی دستگاه میشود.