núcleo de ferrita

En electrónica , un núcleo de ferrita es un tipo de núcleo magnético hecho de ferrita sobre el cual se forman los devanados de transformadores eléctricos y otros componentes bobinados, como inductores . Se utiliza por sus propiedades de alta permeabilidad magnética junto con baja conductividad eléctrica (lo que ayuda a prevenir corrientes parásitas ). Además, debido a sus pérdidas relativamente bajas a altas frecuencias, la ferrita se utiliza ampliamente para los núcleos de transformadores de RF e inductores en aplicaciones como fuentes de alimentación conmutadas y antenas de bucle de ferrita para receptores de radio AM .

Las ferritas son compuestos cerámicos de metales de transición con oxígeno , que son ferrimagnéticos pero no conductores. Las ferritas que se utilizan en núcleos de transformadores o electromagnéticos contienen óxidos de hierro combinados con compuestos de níquel , zinc y/o manganeso . Tienen una baja coercitividad y se denominan "ferritas blandas" para distinguirlas de las "ferritas duras", que tienen una alta coercitividad y se utilizan para fabricar imanes de ferrita . La baja coercitividad significa que la magnetización del material puede invertir su dirección fácilmente disipando muy poca energía ( pérdidas por histéresis ); al mismo tiempo, la alta resistividad del material evita las corrientes parásitas en el núcleo, otra fuente de pérdida de energía. Las ferritas blandas más comunes son:

• Ferrita de manganeso-zinc ( MnZn , con la fórmula Mn _a Zn _(1−a) Fe ₂ O ₄ ). El MnZn tiene niveles de permeabilidad y saturación más altos que el NiZn.
• Ferrita de níquel-zinc ( NiZn , con la fórmula Ni _a Zn _(1−a) Fe ₂ O ₄ ). Las ferritas de NiZn presentan una resistividad mayor que las de MnZn y, por lo tanto, son más adecuadas para frecuencias superiores a 1  MHz.

Para aplicaciones por debajo de 5  MHz, se utilizan ferritas de MnZn; por encima de esa frecuencia, la opción habitual es NiZn. La excepción se da con los inductores de modo común , donde el umbral de elección se sitúa en 70  MHz. ^{[ 1 ]}

Dado que cualquier mezcla dada tiene una compensación entre la frecuencia máxima utilizable y un valor mu más alto, dentro de cada uno de estos subgrupos, los fabricantes producen una gama completa de materiales para diferentes aplicaciones mezclados para dar una inductancia inicial alta (baja frecuencia) o una inductancia más baja y una frecuencia máxima más alta, o para ferritas de supresión de interferencias, un amplio rango de frecuencia, pero a menudo con un factor de pérdida muy alto ( Q bajo ).

Es fundamental seleccionar el material adecuado para la aplicación, ya que la ferrita correcta para una fuente de alimentación conmutada  de 100 kHz (alta inductancia, bajas pérdidas, baja frecuencia) es muy diferente de la utilizada para un transformador de RF o una antena de varilla de ferrita (alta frecuencia, bajas pérdidas, pero menor inductancia), y diferente a su vez de una ferrita de supresión (altas pérdidas, banda ancha).

Las ferritas fueron inventadas en 1930 por Yogoro Kato y Takeshi Takei en el Instituto Tecnológico de Tokio . ^{[ 2 ]} TDK comenzó la producción en masa de núcleos de ferrita en 1937 para equipos de radio; el desarrollo de materiales de ferrita y sus aplicaciones fue reconocido como un Hito del IEEE en 2009. ^{[ 3 ]}

Existen dos aplicaciones principales para los núcleos de ferrita que difieren en tamaño y frecuencia de operación: transformadores de señal, que son de tamaño reducido y operan a frecuencias más altas, y transformadores de potencia, que son de tamaño grande y operan a frecuencias más bajas. Los núcleos también se pueden clasificar según su forma, como toroidales , de capa o cilíndricos.

Los núcleos de ferrita utilizados en transformadores de potencia operan en el rango de baja frecuencia (  generalmente de 1 a 200 kHz ^{[ 4 ]} ) y son relativamente grandes; pueden ser toroidales, de capa o con forma de las letras "C", "D" o "E". Son útiles en todo tipo de dispositivos de conmutación  electrónica, especialmente en fuentes de alimentación de 1 vatio a un máximo de 1000  vatios, ya que las aplicaciones más exigentes suelen estar fuera del alcance de los núcleos ferríticos simples y requieren núcleos de laminación con orientación de grano.

Los núcleos de ferrita utilizados para las señales tienen un amplio abanico de aplicaciones, desde 1  kHz hasta muchos MHz, quizás hasta 300  MHz, y han encontrado su principal aplicación en la electrónica, como en las radios AM y las etiquetas RFID .

Las antenas de varilla de ferrita son un tipo de antena de bucle magnético pequeño (SML) ^{[ 5 ] [ 6 ]} omnipresente en las radios de transistores de banda de radiodifusión AM . Sin embargo, comenzaron a usarse en radios de válvulas ("de tubo de vacío") en la década de 1950. También son útiles en receptores de muy baja frecuencia (VLF) ^{[ 7 ]} y a veces pueden dar buenos resultados en la mayoría de las frecuencias de onda corta (siempre que se use una ferrita adecuada). Consisten en una bobina de alambre enrollada alrededor de un núcleo de varilla de ferrita (generalmente varias pulgadas más larga que la bobina). Este núcleo concentra eficazmente el campo magnético de las ondas de radio ^{[ 8 ]} para dar una señal más fuerte que la que se podría obtener con una antena de bucle de núcleo de aire de tamaño comparable, aunque todavía no tan fuerte como la señal que se podría obtener con una buena antena de alambre exterior.

Otros nombres incluyen "antena de bucle", "ferrod" y "antena de varilla de ferrita". "Ferroceptor" ^{[ 9 ]} es un nombre alternativo más antiguo para una antena de varilla de ferrita, utilizado principalmente por Philips , donde el núcleo de ferrita se denominaba varilla " Ferroxcube " (una marca adquirida por Yageo de Philips en el año 2000). Los términos abreviados "varilla de ferrita" o "bucle" a veces se refieren a la combinación de bobina y ferrita que reemplaza tanto a una antena externa como al primer circuito sintonizado de la radio, o simplemente al núcleo de ferrita en sí (la varilla cilíndrica o la losa plana de ferrita).

Estas antenas de varilla de ferrita para radiodifusión casi siempre tienen una permeabilidad de 125. ^{[ 10 ]}

• Balún
• Perla de ferrita
• Ferrita (imán)
• Ferrita (hierro)
• núcleo magnético
• Inductores y transformadores toroidales
• ferrita de zinc