鐵氧體磁芯

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幾種不同的鐵芯

鐵氧體磁芯會簡稱鐵芯,是由鐵氧體製成的磁芯英语magnetic core,是变压器或是其他繞線元件(例如电感元件)的主要組成之一。鐵芯的特點是其高磁导率以及低電導率(避免渦電流)。鐵氧體在高頻時的損失較低,普遍的用在射頻變壓器、開關模式電源的电感元件、以及交流无线电接收机中的鐵芯環形天線英语loop antenna

鐵氧體[编辑]

鐵氧體是过渡金属氧化物的陶瓷材料,具有亚铁磁性,但不導電。用在变压器電磁鐵的鐵氧體多常是氧化鐵,也會含有及/或的化合物。這種鐵氧體的矯頑力低,會稱為軟鐵氧體(soft ferrites),以和另一種矯頑力高,常用來製作鐵氧體磁鐵的硬鐵氧體(hard ferrites)區分。軟鐵氧體的矯頑力低,表示材料的磁化強度比較容易變換方向,散失的能量(遲滯現象)也比較少,而材料的高電阻率可以避免鐵芯中的渦電流(這是另一種能量損失的原因)。常見兩種軟鐵氧體有:

  • 錳鋅鐵氧體(MnZn,其化學式是MnaZn(1−a)Fe2O4),這種鐵氧體的磁导率較高,飽和感應(saturation induction)都較鎳鋅鐵氧體要高。
  • 鎳鋅鐵氧體(NiZn,其化學式是NiaZn(1−a)Fe2O4),電阻率較錳鋅鐵氧體要高,比較適合用在頻率超過1 MHz的應用。

若是在5 MHz以下的應用,一般會選用錳鋅鐵氧體,若頻率更高,會選用鎳鋅鐵氧體。其中的例外是扼流圈,其考慮的頻率範圍是70 MHz以下或70 MHz以上[1]

任一種鐵氧體的混合物都是在最大可用頻率以及較高mu值之間的取拾,廠商會針對不同的應用產出各種的材料,可能是初始(低頻)電感量大的,或是低電壓,可用頻率較高的,或是抗干擾的鐵芯,頻率範圍廣,但其損失因子很高(品質因子Q很低)。

針對應用選擇適當的材料非常重要,像100 kHz開關模式電源用的鐵氧體(高電感,低損失,低頻率)就和射頻變壓器或鐵氧體棒形天線(高頻,低損失,低電感)不同,也和抗電磁干擾磁珠(高損失,寬頻段)不同。

應用[编辑]

鐵氧體磁芯的應用主要可分為兩種,其尺寸及工作頻率都不同:尺寸較小,頻率較高的信號變壓器,以及尺寸較大,頻率較低的功率變壓器。鐵氧體磁芯也可以依其形狀來分類,例如環狀鐵芯,殼形鐵芯或圓柱鐵芯。

功率變壓器用的鐵氧體磁芯其工作頻率較低(一般是1 to 200 kHz)[2],尺寸多半較大,形狀可能是環狀、殼形,或是英文字母C、D、E的形狀。這類鐵芯用在許多的開關上,特別是1 W到1000 W的電源設備上,若功率再高,已超過單一鐵氧體磁芯的功率範圍,需要使用晶粒取向疊片鐵芯。

信號變壓器用的鐵氧體磁芯其工作頻率從1 kHz到數MHz(可能會到300 MHz),常應用在電子設備中,例如調幅廣播射频识别標籤。

鐵氧體棒天線[编辑]

AM廣播的天線有二組繞組,一組針對長波接收,另一組針對中波(AM broadcast)接收。天線多半10公分長,多半藏在收音機接收器裡

鐵氧體棒天線(Ferrite rod aerials)屬於小磁環(small magnetic loop、SML)的天線[3][4],常用在AM廣播頻段的晶体管收音机裡,不過在1950年代的真空管收音機中已開始使用,也可以用在甚低频(VLF)收音機內[5],若使用適當的鐵氧體,有時針對大部份的短波也有很好的接收效果。鐵氧體棒天線是由鐵氧體棒和繞在上面的繞線組成(一般鐵氧體棒會比繞線長數英吋,但也有長超過一公尺的例子[6])。相較於空氣中的環形天線,磁芯可以集中電磁波的磁場[7],收到的信號會比較大,但其信號仍然比良好戶外電線天線的效果要差。

鐵氧體棒天線的名稱有loopstick antenna、ferrod、ferrite-rod antenna。而Ferroceptor[8]是鐵氧體棒天線早期的備用名稱,飛利浦公司特別常用,而磁芯可以稱為是Ferroxcube棒(這是國巨在2000年從飛利浦購買的品牌)

相關條目[编辑]

參考資料[编辑]