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O que é uma Conta de Ferrite

As contas de ferrite são empregadas em diversas áreas da Eletrônica, como um filtro para redução de interferência eletromagnética e de rádio frequência muito efetivo, e como componente para a supressão de ruídos, apesar de bem simples.

No geral, se tratam de um cilindro ou forma toroidal de ferrite, que é um material magnético cerâmico feito de óxido de ferro e outros componentes. O cabo que transporta sinais que devem ser filtrados é envolvido pela conta de ferrite, podendo ou não dar algumas voltas no componente.

Definição

Uma Conta de Ferrite (Ferrite Bead), também conhecida como Choque de Ferrite, é um dispositivo que lembra um indutor de núcleo de ferrite invertido. Não é sempre necessário enrolar um fio na conta de ferrite para aumentar a indutância. Em vez disso, um ou mais fios atravessam a conta de ferrite, passando por seu orifício ou abertura. Isso faz com que a indutância dos fios aumente.

Porém, diferentemente de um indutor comum, o qual pode alcançar praticamente qualquer valor de indutância de acordo com seu número de espiras, uma conta de ferrite possui uma faixa limitada de frequência sobre a qual a indutância pode ser afetada. No geral, essa faixa se encontra nos domínios da RF (radiofrequência).

A ferrite empregada é construída com materiais que tenham uma alta perda em determinadas frequências (geralmente altas frequências), de modo que a energia indesejada é dissipada como perda na ferrite, permitindo assim que o ruído seja absorvido de forma eficiente.

Porque precisamos de contas de ferrite?

Tomemos como exemplo um computador comum – um PC. Uma placa-mãe típica produz sinais de frequências elevadas, usando osciladores, que podem atingir de dezenas até milhares de MHz. Outros componentes no PC (como teclados e placas de vídeo) também possuem seus próprios osciladores, todos gerando sinais de frequência elevada, que são importantes para seu funcionamento.

O problema é que esses sinais podem ser transmitidos como ondas de rádio, sendo captados pelos cabos que conectam periféricos à máquina, os quais agem como antenas. E é aí que se encontra o grande problema- os cabos que carregam sinais de áudio e vídeo podem sofrer interferência eletromagnética desses sinais, prejudicando a transmissão de dados do equipamento.

Uma conta de ferrite ao redor desses cabos pode resolver esse problema, pois absorve sinais em faixas de frequência específicas, funcionando como um filtro de sinais.

Em frequências baixas, as contas de ferrite funcionam como um indutor normal, pois possuem uma alta permeabilidade e, assim, resultam em indutores de alta densidade.

Porém, conforme a frequência do sinal aumenta, as perdas por corrente de fuga (eddy current / corrente de Foucault) também aumentam. Assim, as perdas resistivas aumentam significativamente a partir de determinados valores de frequência, dependendo do tipo de ferrite. Por conta disso, uma conta de ferrite se torna ideal para filtragem de interferência eletromagnética. Os sinais de alta frequência podem ser dissipados na forma de perdas resistivas, sendo dissipados na forma de calor, em vez de serem transmitidos pelo circuito.

Em frequências muito elevadas, como acima de cerca de 500 MHz (depende da ferrite), a auto-capacitância do indutor começa a se manifestar, e a reatância capacitiva tem um efeito pronunciado, de modo que sinais de frequência elevada podem conseguir atravessar o indutor.

O gráfico a seguir mostra os níveis de impedância de contas de ferrite em relação à frequência, em MHz, que as atravessam. Note que em altas frequências a impedância possui valores elevados, ao passo que em baixas frequências a impedância é extremamente baixa, se aproximando de zero.

Aplicações das contas de ferrite

As contas de ferrite são comumente instaladas em cabos que podem irradiar energia em RF, como cabos de monitores de computadores, lâmpadas fluorescentes, motores e outros. Com a conta posicionada corretamente, a radiofrequência não é mais irradiada, sendo em vez disso absorvida pela ferrite e convertida em calor. Essa é uma aplicação muito importante das contas de ferrite, pois a RF pode interferir em diversos tipos de equipamento eletrônicos, tais como televisores, rádios, equipamentos de áudio, e outros.

Outra aplicação das contas de ferrite é em cabos de entrada de equipamentos receptores, de modo a prevenir que RF gerada externamente entre no circuito e contamine os sinais que trafegam pelos cabos.

Podem ser empregadas também para reduzir a interferência em um componente eletrônico específico, como um transistor, sendo neste caso inserida na própria placa de circuitos, envolvendo um ou mais terminais do componente em questão.

Formatos de Contas de Ferrite

As contas de ferrite podem ser encontradas em vários formatos, como:

Contas de Ferrite “tradicionais” – Disponíveis em vários tamanhos. Neste tipo, o fio por onde trafega o sinal a ser filtrado passa por dentro da ferrite, dando duas ou três voltas (às vezes só passam direto). Quando a corrente passa pelo condutor, é gerado um fluxo magnético na ferrite, que passa então a funcionar como um indutor.

Contas de Ferrite SMD – Outro formato comum é o de montagem de superfície. Neste formato, o componente SMD inclui a ferrite e a bobina em um mesmo invólucro, ou ainda um fio condutor de sinais simplesmente atravessa uma conta ficada diretamente na placa de circuito impresso.

Contas de Ferrite “Clamp” – Nem sempre é possível enrolar o cabo de sinais na conta de ferrite, e às vezes o cabo é muito grosso (ou possui uma ponta muito grossa). Nestes casos, é possível usar uma conta de ferrite em forma de grampo, que se fecha sobre o cabo a ser protegido. Um exemplo clássico dessa abordagem são os cabos de vídeo usados em monitores de computador.

Referências

• Carr, J. J. RF Components and Circuits. Editora Newnes. 1ª Edição, 2002.
• Murata Manufacturing. Basics of Noise Countermeasures [Lesson 4] Chip ferrite beads. https://www.murata.com/products/emiconfun/emc/2011/06/14/en-20110614-p1. Acesso em 09/01/2020