Что именно происходит с сигналами, попадающими в синфазный дроссель?

Я пытаюсь лучше понять принципы работы дросселя. Я сделал несколько рисунков, чтобы уточнить.

 
Сигналы дифференциального режима

Дифференциальные токи (управляемые дифференциальными напряжениями) создают равные, но противоположные магнитные поля B в сердечнике индуктора:

Эти магнитные поля нейтрализуют друг друга, поэтому суммарный поток в сердечнике равен нулю. Таким образом, эти дифференциальные токи не «чувствуют» никакого сопротивления.

 
Синфазные сигналы

Напротив, синфазные токи генерируют равные и аддитивные магнитные поля в сердечнике. Вот почему они «чувствуют» высокий импеданс и не могут пройти (или пройти через это означает, что они сильно ослаблены).

Но что именно происходит? У меня есть несколько теорий, которые я опишу ниже.

 
Синфазные сигналы - Теория 1

Моей первой мыслью было бы то, что синфазный сигнал попадает в дроссель и создает внутри магнитный поток. При этом много энергии теряется (гистерезис и, возможно, другие эффекты) в виде тепла. Только небольшая часть проходит через:

Какой тип синфазного дросселя будет вести себя таким образом? «Сгорание» скачка напряжения кажется мне очень желательным эффектом.

 
Синфазные сигналы - Теория 2

Возможно, скачок напряжения на самом деле не дает возможности нарастить большой магнитный поток в сердечнике, или, может быть, сердечник просто недостаточно «потерял». Пик напряжения отскакивает от сердечника и возвращается назад. Только небольшая часть проходит через:

Хотя система с правой стороны заслонки защищена, система слева должна иметь дело с отраженными сигналами. Могут появиться такие неприятные вещи, как стоячие волны.

 
Мои вопросы

У меня есть несколько вопросов для вас:

1. Как вы думаете, теория 1 или теория 2 наиболее вероятны?

2. Считаете ли вы, что определенные типы синфазных дросселей имеют тенденцию вести себя так, как описано в теории 1, другие, как в теории 2?

3. Возможно, обе мои теории просто ошибочны. Если так, что на самом деле происходит?

Пожалуйста, просветите меня.

Добавив к ответу Энди, не нужно повторять то, что он написал.

Из того, что ты пишешь, я думаю, что твоя проблема скорее в интуитивном понимании работы дросселя. Рассмотрим индуктор:

Этот индуктор имеет только один провод. Ток, протекающий через него, создает магнитный поток, который улавливается самой катушкой и создает напряжение, которое противодействует изменению тока. Я полагаю, вы знаете об этом.

Теперь разделите провод вдоль. Теперь у вас есть тот же индуктор, но с двумя проводами, намотанными в одном направлении:

Синфазный ток течет через эти провода в одном и том же направлении. Таким образом, не имеет значения, если у вас есть один провод, несущий ток I, или два провода, каждый из которых несет I / 2.

(Если оба провода подключены, как на первом снимке Энди, то результат такой же, как при наличии одного провода).

Моей первой мыслью было бы то, что синфазный сигнал попадает в дроссель и создает внутри магнитный поток. При этом много энергии теряется (гистерезис и, возможно, другие эффекты) в виде тепла. Только небольшая часть проходит

Так что это не так. Это просто индуктор, который не действует на дифференциальные сигналы, а только на синфазные. Он добавляет синфазное сопротивление из-за своей индуктивности.

Но как это убрать шум?

Просто. Это индуктор, поэтому он будет препятствовать протеканию высокочастотного синфазного тока, просто добавляя импеданс.

Здесь два источника переменного тока «Vhc1» и «Vhc2» имеют одинаковое значение, поэтому они добавляют синфазный шум напряжения к «LINE1» и «LINE2».

Это шумовое напряжение приведет к току через дроссель, затем к оборудованию справа, и этот ток будет либо возвращаться через явное заземление (если заземлены оба устройства), либо через любые средства, которые он может найти (паразитная емкость через воздух или другие кабели, подключенные к другому оборудованию).

ВЧ синфазный ток, протекающий через кабели, превращает их в антенны, что является плохой идеей.

Дроссель добавляет сопротивление в цепь, тем самым уменьшая ток. Просто как тот.

На приведенном выше рисунке дроссель слева добавляет импеданс синфазного сигнала к линии, а заглушки замыкают оставшийся синфазный шум на землю. В основном это делитель напряжения или фильтр нижних частот LC, за исключением того, что он обрабатывает два провода вместо одного.

Подумайте «делитель напряжения». Дроссель увеличивает импеданс источника шума, что позволяет колпачкам иметь лучший фильтрующий эффект.

Способ намотки проводов может иметь различные последствия. Для лучшей синфазной фильтрации скрутите провода (или обмотайте весь кабель вокруг магнитопровода). Дроссели, которые вы показываете, имеют некоторое расстояние между двумя проводами, поэтому эффективность синфазной фильтрации будет немного меньше. Однако изоляция между двумя проводами намного лучше, и эта обмотка также добавляет индуктивность дифференциального режима в каждом проводе, что заставляет компонент выполнять две роли.

Можно использовать более двух проводов. Фактически, вы можете пропустить весь кабель через ферритовый сердечник (найдите USB-кабель с одним из них на вашем компьютере):

График показывает вам сопротивление, добавленное к вашему кабелю в обычном режиме.

Кроме того, ферритовые дроссели с потерями. Это означает, что материал спроектирован как довольно дрянной трансформатор с низким КПД на высокой частоте. Имеет высокий гистерезис. Это означает, что он превращает ВЧ магнитные поля в тепло. Таким образом, выше определенной частоты индуктор перестает быть индуктивным и ведет себя больше как резистор.

Если вы наденьте дроссель на кабель, тот факт, что он с потерями, очень полезен, поскольку он убивает резонансы, которые в противном случае могут превратить кабель в эффективную антенну.

РЕДАКТИРОВАТЬ

Проверьте сопротивление ферритового шарика. Это не обычная дроссельная заслонка, но интересные свойства заключаются в самом ферритовом материале. Если бы это была бифилярная рана, импеданс синфазного сигнала имел бы те же характеристики.

( источник )

Участок, помеченный буквой «X», является индуктивным сопротивлением. И часть с пометкой «R» является сопротивлением. Эта часть будет сосать как индуктор, она будет иметь очень низкое добротность, много потерь, и никак не получится настроить с этим настроенную цепь LC-бака. Однако потери очень велики, если вы хотите превратить высокочастотный шум в тепло.

Существует множество различных ферритовых материалов, некоторые из которых оптимизированы для низких потерь и делают катушки хорошего качества, другие оптимизированы для высоких потерь на определенных частотах.

Если он указан как «Подавление электромагнитных помех», «Ферритовый шарик» или «Дроссель», а не как индуктор, вы получите материалы с потерями. Затем вы должны проверить кривую импеданса, чтобы убедиться, что они будут фильтровать частоты, которые вы хотите.

Для обычных синфазных дросселей полное сопротивление дифференциального режима существенно уменьшается до сопротивлений провода, в то время как полное сопротивление синфазного режима является в значительной степени индуктивным, а сопротивление провода - небольшим компонентом.

Поскольку чем выше индуктивность, тем выше затухание синфазного сигнала, цель состоит в том, чтобы иметь более высокую индуктивность. Это приводит к конструкциям, которые нацелены на предотвращение насыщения сердечника и потерь в сердечнике, следовательно, даже с учетом нелинейности от ферромагнитного сердечника обычный дроссель с двумя обмотками представляет собой по существу индуктивное сопротивление для синфазного сигнала.

Поэтому внутри дросселя рассеивается очень мало энергии, поэтому сигнал синфазного сигнала по существу «отражается» от того, откуда он пришел (ваша теория №2).

Смотрите этот соответствующий документ от ST:

• AN4511 - Замечание по применению - Синфазные фильтры .

В частности эти выдержки (выделение мое):

[...]

Проще говоря: тот факт, что индуктивный импеданс подразумевает отражение в отношении источника, зависит от принципа сохранения энергии. Поскольку по существу не существует резистивного компонента, который мог бы учитывать энергию синфазного сигнала, которая будет рассеиваться (преобразовываться в тепло), эта энергия должна уходить куда-то еще: она будет (временно) храниться в магнитном поле, которое накапливается в дросселе и задумался оттуда, откуда это пришло.

Тем не менее, настоящий дроссель CM будет иметь более сложное поведение, в основном из-за паразитной емкости, и будет демонстрировать резонансный пик по величине его полного сопротивления, как показано здесь синей кривой (из того же документа, связанного выше):

Для нормальных дифференциальных токов две обмотки эффективно «вычитают» их индуктивности, и, таким образом, ток практически не мешает.

Когда ток является синфазным режимом, присутствует полная индуктивность обеих катушек, и, таким образом, ток намного сильнее ограничен.

Ниже картина, которая должна помочь. Один вход и выход показан, который демонстрирует различные сопротивления, которые вы получаете, когда вы изменяете направление одного из токов.

Первый сценарий для синфазного тока, который мы стремимся заблокировать: