Современная электроника №8/2020

ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 57 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 8 2020 Рис. 1. Схемы измерений формы напряжения на согласованной нагрузке при отсутствии ФВ (а) и при наличии ФВ (б) В их структуре обычно присутствуют две кристаллические подрешётки, из которых по крайней мере одна обла- дает антиферромагнитными свой- ствами. Для изготовления ФВ, как пра- вило, используются никель-цинковые и магний-цинковые ферриты, обра- зованные твёрдыми растворами заме- щения в структуре шпинели. В фер- ритах этих типов кристаллическая подрешётка, включающая атомы цин- ка, не имеет собственного магнитного момента. Меняя концентрацию тех или иных ионов в объёме кристаллической решетки, можно варьировать электро- физические свойства ферритов, что и применяется для получения ФВ с наи- большим полным сопротивлением в той или иной полосе частот. Сложная кристаллическая структура ферритов определяет электрические свойства ФВ в цепи с некомпенсиро- ванными токами. В радиоэлектронных приложениях материалы в основном используются в полосах частот, в кото- рых не наблюдаются недопустимые потери, например на поляризацию диэ- лектриков. Но применение ФВ в каче- стве фильтров низких частот состав- ляет исключение. Смена ориентации вектора намагниченности для образца феррита сопровождается энергетиче- скими затратами, которые резко увели- чиваются на частотах свыше 1…10 МГц, т.е. в полосе заграждения, и проявляют- ся в виде увеличения полного сопро- тивления цепи с ФВ. В настоящее время для моделирова- ния цепей с ФВ широко применяется учитывающее этот факт представление о комплексной магнитной проницае- мости [6]. Рассмотрим систему, состоя- щуюиз проводника, проходящего через ФВ. Если не учитывать омические поте- ри в проводнике, то для сигнала с неко- торой частотой f импеданс составит Z = j 2 πμ fL 0 , где , L 0 — некоторый постоянный положительный коэффи- циент, соответствующий индуктивно- сти участка проводника в отсутствие ферритовой втулки; μ — относитель- ная магнитная проницаемость. Поте- ри на перемагничивание учитываются в значении μ, которая приобретает ком- плексный характер, т.е. μ = μ' – j μ''. Тогда , причём в функциях X ( f ) и R ( f ) должна быть учтена и зависимость μ ′ и μ ″ от частоты, которая, как будет показа- но ниже, может иметь весьма слож- ный характер. Приведённая форму- ла позволяет обосновать некоторые простые правила выбора конфигура- ции ФВ. Напряжённость магнитного поля вблизи достаточно протяжённо- го проводника с током I на удалении r от него составляет H = I /(2 π r ). Учиты- вая это, если требуется достичь боль- шего значения Z , то целесообразно использовать плотно прилегающие к проводу длинные втулки небольшой толщины. Если действительная и мнимая составляющие импеданса известны для некоторой полосы частот, то это позволяет выполнить моделирова- ние ФВ в составе какой-либо схемы или как отдельного помехоподавляю- щего элемента. Схема замещения ФВ будет состоять из частотно-зависимых индуктивности и активного сопротив- ления. Столь простое представление весьма сложной физики взаимодей- ствия ферритов с внешними магнит- ными полями позволяет использовать сравнительно простой способ опреде- ления функций X ( f ) и R ( f ) для заданной полосы частот. Определение функций X ( f ) и R ( f ) для заданной полосы частот на основе измерений во временной области Характерные зависимости X ( f ) и R ( f ), как это будет показано ниже, могут оказаться весьма сложными. Вместе с тем при выборе способа их экспе- риментального определения необхо- димо ориентироваться на доступную измерительную базу. Наиболее рас- пространенные способы измерений параметров сигналов базируются на использовании анализа во временной области, т.е. осциллографии. Как прави- ло, ферриты применяются для фильтра- ции помех в полосе частот до 1 ГГц, что более чем достижимо для современных средств измерений, например осцил- лографов компании Rohde & Schwarz серий RTO [7] и RTP [8]. В данном случае запас по рабочей полосе значительно повышает качество результатов изме- рений. Альтернативный предлагаемо- му ниже подход может быть построен на применении векторных анализа- торов цепей, которые, однако, имеют существенно более высокую стоимость, меньшее распространение и избыточ- ность по характеристикам, чрезмерную для рассматриваемой задачи. Предлагаемый метод определения функций X ( f ) и R ( f ) включает в себя измерительный и расчётный этапы. Для реализации первого из них использу- ют две схемы (см. рис.1), включающие в себя коаксиальный тракт с волновым сопротивлением 50 Ом с проводной вставкой небольшой длины и согла- сованной нагрузкой, которой может являться и входное сопротивление кана- ла осциллографа. В схеме на рисунке 1а провода вставки скручены в витуюпару, которая обычно имеет волновое сопро- а б (1)