¿Cómo funciona un terminal de cable de núcleo de ferrita para reducir la interferencia electromagnética (EMI)?

Question

La siguiente pregunta fue formulada en superusuario: ¿Qué es ese cilindro en los cables?

¿Cómo funciona ese cilindro? Hasta donde puedo ver, incluso si colocas uno en cada extremo del cable, cualquier señal de alta frecuencia debería pasar directamente por encima de él.

¿Existe un circuito equivalente que muestre mejor los principios?

EDICIÓN

Estaba asumiendo en mi pregunta que el cable pasa a través de un anillo hecho de ferrita. Existe por supuesto la otra posibilidad de que rodea la ferrita, creando un inductor (muy pequeño, de muy baja inductancia) en serie con el cable. ¿Es así?

Answer 1

Los ferritas reducen la radiación electromagnética al reducir las corrientes de modo común.

En primer lugar, ¿por qué reducir las corrientes de modo común reduce la radiación? Si tienes dos cables paralelos que transportan corrientes iguales y opuestas, es decir, sin corrientes de modo común, entonces a distancias significativamente mayores que la distancia entre los cables, los campos eléctricos y magnéticos creados por los cables se cancelan. Por lo tanto, no hay campo neto, por lo que no puede haber radiación. Ver línea de transmisión de doble hilo.

Entonces ¿cómo reduce un ferrita las corrientes de modo común? Aunque el cable pase por la ferrita solo una vez, aún forma un inductor. Pasar el cable por la ferrita más veces solo aumenta la inductancia. A veces se ve esto:

pero dado que los cables involucrados a menudo son voluminosos, y es difícil de hacer con maquinaria automatizada, generalmente es más fácil simplemente usar un núcleo más grande:

Entonces, esquemáticamente, un par de cables que pasan por una ferrita se ve así:

simula este circuito – Esquemático creado utilizando CircuitLab

Vamos a ver solo la mitad de esto de manera aislada, solo A. Cualquier corriente en A inducirá un campo magnético en el núcleo, al igual que un inductor común. Por lo tanto, obtienes una impedancia creciente con la frecuencia, al igual que lo harías con cualquier inductor.

Lo mismo es cierto para B, de manera aislada. Pero, si \$I_A = -I_B\$, es decir, las corrientes son iguales y opuestas, el campo magnético inducido por cada corriente se cancela exactamente en el núcleo. Si no hay campo magnético, entonces no hay inductancia, y por lo tanto no hay impedancia adicional.

Por lo tanto, esta disposición, llamada un filtro de modo común, presenta una alta impedancia a las corrientes de modo común, y una baja impedancia a las corrientes de modo diferencial. La alta impedancia del filtro evita que se desarrollen corrientes de modo común significativas, y los ferritas para estas aplicaciones están diseñados para ser absorbentes, por lo que los voltajes de modo común se convierten principalmente en calor en el núcleo.

En los cables blindados, el ferrita logra lo mismo, aunque de una manera ligeramente diferente. Por lo general, las señales de alta frecuencia que viajan en un cable blindado se ven obligadas a viajar en el exterior del blindaje por efecto piel. Sin embargo, si hay corriente en una dirección de un conductor dentro del blindaje, entonces la corriente de retorno en el blindaje será atraída hacia la superficie interior del blindaje. Es, en efecto, una jaula de Faraday, pero en este caso estamos impidiendo que los campos desde el interior salgan, en lugar de los campos desde el exterior entren. Ver cable coaxial.

Sin embargo, esto solo funciona si hay corrientes exactamente iguales y opuestas en el blindaje y los conductores en él. Cualquier corriente de blindaje no equilibrada por una corriente de conductor interno viajará en el exterior del blindaje. Si un ferrita se coloca alrededor del cable, entonces esto forma un inductor. Pero, este inductor solo es visto por corrientes en el exterior del blindaje, y estas son las corrientes que no deseas, porque existen solo cuando hay corrientes de modo común, y son las únicas corrientes que tienen un campo externo al cable, y por lo tanto el potencial de irradiar.

Answer 2

Es un inductor de modo común, con una sola vuelta. Las señales diferenciales no se ven afectadas, las señales de modo común son atenuadas.

El material de ferrita utilizado en estos componentes presenta una alta impedancia al ruido de modo común de alta frecuencia (MHz en adelante), por eso generalmente se los ve en cables de alimentación de CC y en cables planos que transportan señales de frecuencia relativamente baja.