Ferrite core

In electronics, a ferrite core is a type of magnetic core made of ferrite on which the windings of electric transformers and other wound components such as inductors are formed. It is used for its properties of high magnetic permeability coupled with low electrical conductivity (which helps prevent eddy currents). Moreover, because of its comparatively low losses at high frequencies, ferrite is extensively used for the cores of RF transformers and inductors in applications such as switched-mode power supplies and ferrite loopstick antennas for AM radio receivers.

Ferrites are ceramic compounds of the transition metals with oxygen, which are ferrimagnetic but non-conductive. Ferrites that are used in transformer or electromagneticcores contain iron oxides combined with nickel, zinc, and/or manganese compounds. They have a low coercivity and are called "soft ferrites" to distinguish them from "hard ferrites", which have a high coercivity and are used to make ferrite magnets. The low coercivity means the material's magnetization can easily reverse direction while dissipating very little energy (hysteresis losses); at the same time, the material's high resistivity prevents eddy currents in the core, another source of energy loss. The most common soft ferrites are:

• Manganese-zinc ferrite (MnZn, with the formula Mn_aZn_(1−a)Fe₂O₄). MnZn have higher permeability and saturation levels than NiZn.
• Nickel-zinc ferrite (NiZn, with the formula Ni_aZn_(1−a)Fe₂O₄). NiZn ferrites exhibit higher resistivity than MnZn, and are therefore more suitable for frequencies above 1 MHz.

For applications below 5 MHz, MnZn ferrites are used; above that, NiZn is the usual choice. The exception is with common mode inductors, where the threshold of choice is at 70 MHz.^[1]

بما أن أي مزيج معين له مقايضة بين أقصى تردد قابل للاستخدام، مقابل قيمة mu أعلى، ضمن كل مجموعة فرعية من هذه المجموعات، فإن الشركات المصنعة تنتج مجموعة شاملة من المواد لتطبيقات مختلفة ممزوجة لإعطاء إما حث أولي عالي (تردد منخفض) أو حث أقل وتردد أقصى أعلى، أو بالنسبة للفريتات لكبح التداخل، نطاق تردد واسع، ولكن غالبًا مع عامل فقد عالٍ جدًا ( Q منخفض ).

من الضروري اختيار المادة المناسبة للتطبيق، حيث أن الفريت الصحيح لمصدر تبديل بتردد  100 كيلو هرتز (حث عالي، فقد منخفض، تردد منخفض) يختلف تمامًا عن ذلك الخاص بمحول الترددات الراديوية أو هوائي قضيب الفريت (تردد عالي، فقد منخفض، ولكن حث أقل)، ويختلف مرة أخرى عن فريت الكبح (فقد عالي، نطاق ترددي واسع).

تم اختراع الفريتات في عام 1930 على يد يوغورو كاتو وتاكيشي تاكي في معهد طوكيو للتكنولوجيا . ^{[ 2 ]} بدأت شركة TDK الإنتاج الضخم لنوى الفريت في عام 1937 لأجهزة الراديو؛ وقد تم الاعتراف بتطوير مواد الفريت وتطبيقاتها كمعلم بارز من قبل معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) في عام 2009. ^{[ 3 ]}

تُستخدم النوى الفريتية في مجالين رئيسيين يختلفان في الحجم وتردد التشغيل: محولات الإشارة، وهي صغيرة الحجم وتعمل بترددات عالية، ومحولات الطاقة، وهي كبيرة الحجم وتعمل بترددات منخفضة. كما يمكن تصنيف النوى حسب شكلها، مثل النوى الحلقية ، والقشرية، والأسطوانية.

تعمل النوى الفريتية المستخدمة في محولات الطاقة ضمن نطاق الترددات المنخفضة (  عادةً من 1 إلى 200 كيلوهرتز ^{[ 4 ]} )، وهي كبيرة الحجم نسبيًا، ويمكن أن تكون حلقية أو قشرية أو على شكل الأحرف "C" أو "D" أو "E". وهي مفيدة في جميع أنواع أجهزة التبديل الإلكترونية ، وخاصة مصادر الطاقة التي تتراوح قدرتها من 1  واط إلى 1000  واط كحد أقصى، حيث أن التطبيقات الأكثر قوة عادةً ما تكون خارج نطاق النوى الفريتية أحادية النواة وتتطلب نوى صفائحية موجهة الحبيبات.

تتمتع النوى الفريتية المستخدمة للإشارات بمجموعة من التطبيقات من 1  كيلو هرتز إلى العديد من الميغاهرتز، وربما تصل إلى 300  ميغاهرتز، وقد وجدت تطبيقها الرئيسي في الإلكترونيات، كما هو الحال في أجهزة الراديو AM وعلامات RFID .

تُعدّ هوائيات قضبان الفريت نوعًا من هوائيات الحلقة المغناطيسية الصغيرة ^{[ 5 ] [ 6 ]،} وهي شائعة الاستخدام في أجهزة راديو الترانزستور التي تعمل بنطاق بث AM . مع ذلك، بدأ استخدامها في أجهزة الراديو ذات الصمامات المفرغة في خمسينيات القرن الماضي. كما أنها مفيدة في أجهزة استقبال الترددات المنخفضة جدًا ^{[ 7 ]} ، ويمكنها أحيانًا أن تُعطي نتائج جيدة على معظم ترددات الموجات القصيرة (بافتراض استخدام فريت مناسب). تتكون هذه الهوائيات من ملف سلكي ملفوف حول قلب من قضيب الفريت (عادةً ما يكون أطول من الملف ببضع بوصات). يُركّز هذا القلب المجال المغناطيسي لموجات الراديو ^{[ 8 ]} بفعالية ، مما يُعطي إشارة أقوى من تلك التي يُمكن الحصول عليها بواسطة هوائي حلقة ذي قلب هوائي بحجم مماثل، وإن كانت لا تزال أقل قوة من الإشارة التي يُمكن الحصول عليها بواسطة هوائي سلكي خارجي جيد.

تشمل الأسماء الأخرى "هوائي الحلقة العصوية" و"هوائي الفريت" و"هوائي قضيب الفريت". يُعدّ "Ferroceptor" ^{[ 9 ]} اسمًا بديلًا قديمًا لهوائي قضيب الفريت، وقد استخدمته شركة فيليبس بشكل أساسي ، حيث يُطلق على قلب الفريت اسم " Ferroxcube " (وهي علامة تجارية استحوذت عليها شركة Yageo من فيليبس عام 2000). تشير المصطلحات المختصرة "قضيب الفريت" أو "الحلقة العصوية" أحيانًا إلى تركيبة الملف مع الفريت التي تحل محل كل من الهوائي الخارجي ودائرة الرنين الأولى للراديو، أو إلى قلب الفريت نفسه (القضيب الأسطواني أو لوح الفريت المسطح).

تتميز هذه الهوائيات المصنوعة من قضبان الفريت المستخدمة في البث دائمًا بنفاذية تبلغ 125. ^{[ 10 ]}

• بالون
• خرزة الفريت
• الفريت (المغناطيس)
• الفريت (الحديد)
• قلب مغناطيسي
• المحاثات والمحولات الحلقية
• فيريت الزنك