A eletrônica moderna está cada vez mais integrada ao nosso cotidiano. Basta observar ao nosso redor: utilizamos dispositivos eletrônicos para diversas finalidades, desde o trabalho, com computadores e notebooks, até a mobilidade, com sistemas multimídia automotivos. Além disso, o entretenimento também é impulsionado por essa tecnologia, presente em televisores smart, videogames e muitos outros dispositivos. Com a crescente complexidade dos equipamentos e a necessidade de minimizar interferências eletromagnéticas (EMI), componentes como o núcleo de ferrite tornam-se fundamentais para garantir o bom funcionamento dos sistemas eletrônicos modernos.
Qualquer sistema eletrônico que trabalhe com sinais elétricos ou eletromagnéticos – sobretudo os sistemas e dispositivos que fazem uso de eletrônica digital – pode gerar ou sofrer EMI que podem desde comprometer seu desempenho até causar danos aos circuitos. Neste artigo, será explicado o que é, para que serve e quais os casos de uso mais comuns de núcleos de ferrite.
O que é um núcleo de ferrite?
Para explicar o que é um núcleo de ferrite, um bom ponto de partida é falar sobre o ferrite. O ferrite é um material cerâmico composto majoritariamente por óxido de ferro (Fe₂O₃) misturado com pequenas quantidades de outros metais, tais como: níquel, zinco e manganês. Esta combinação confere ao ferrite propriedades magnéticas muito interessantes para aplicações eletrônicas, sendo a mais destacada como supressor de ruídos eletromagnéticos.
Fisicamente falando, os núcleos de ferrite possuem alta permeabilidade magnética e baixa condutividade elétrica. Isso significa que eles podem guiar fluxos magnéticos sem permitir a circulação de correntes parasitas significativas em si mesmo. Ou seja, na prática, um núcleo de ferrite funciona como uma espécie de ralo ou sumidouro para as interferências magnéticas, suprimindo as correntes induzidas nos condutores que o núcleo de ferrite envolve, sem sofrer aquecimento expressivo para isso. Isso é de suma importância para condutores que trabalham com múltiplos sinais e/ou sinais muito rápidos, o que é o caso de cabos HDMI e USB, por exemplo.
O núcleo de ferrite se parece com uma “pequena capa” em formato de cilindro em um cabo. Ele é encontrado em diversos tamanhos no mercado, cada um adequado para uma aplicação distinta. A figura 1 mostra uma das formas mais comuns de encontrar núcleo de ferrite no mercado.
A figura 2 mostra núcleos de ferrite em destaque em um cabo HDMI, onde podem ser facilmente encontrados.
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Para que serve o núcleo de ferrite?
Apesar da aplicação mais comum (e destacada) dos núcleos de ferrite ser a supressão de ruídos ou interferências eletromagnéticas, eles possuem outras aplicações interessantes. Dentre elas, estão:
- Filtro para ruídos de alta frequência: componentes eletrônicos sensíveis, como por exemplo microcontroladores e alguns sensores, podem ser afetados (ou, em alguns casos, até danificados) por ruídos eletromagnéticos de alta frequência. O núcleo de ferrite é capaz de atenuar esses ruídos, servindo como uma proteção para estes circuitos eletrônicos sensíveis.
- Melhoria de eficiência de fontes de alimentação: em fontes chaveadas, muito comuns em dispositivos eletrônicos modernos, os núcleos de ferrite são utilizados para reduzir perdas de eficiência.
- Melhorar a qualidade de sinais e alimentação: um dos usos mais comuns dos núcleos de ferrite é nos cabos de energia e cabos de dados. Neste caso, os núcleos de ferrite atuam como supressores de ruído, impedindo que sinais indesejados se propaguem através dos fios e afetem a integridade da comunicação ou causem danos aos componentes eletrônicos que são mais sensíveis a variações de tensão de alimentação.
Por que utilizar núcleo de ferrite nos eletrônicos?
Em qualquer projeto ou solução eletrônica, é essencial garantir que os sinais e alimentação sejam transmitidos com a menor distorção possível. Interferências eletromagnéticas podem ser causadas por diversos fatores, como a comutação de circuitos de potência, presença de circuitos indutivos alimentados na mesma rede elétrica nas proximidades (motores elétricos, por exemplo) ou até mesmo ruídos presentes da própria rede elétrica devido a distorções harmônicas.
Os núcleos de ferrite são fundamentais para garantir que os dispositivos operem dentro das normas internacionais de compatibilidade eletromagnética (EMC). Dispositivos que não seguem essas normas podem, além de sofrer interferências eletromagnéticas, gerar interferências em sistemas vizinhos, como rádios, TVs e equipamentos médicos, podendo levar a mau funcionamento dos mesmos.
Dessa forma, o núcleo de ferrite é importante não só para proteger o dispositivo eletrônico ao qual pertence, mas também para evitar que ruídos gerados pelo dispositivo afetem outros sistemas eletrônicos próximos.
Aplicações do núcleo de ferrite
Os casos de uso típicos do núcleo de ferrite são em:
- Cabos de energia e dados: se você já notou pequenos cilindros pretos, parecendo pequenas “capas”, presos a cabos USB, HDMI ou de alimentação, você viu um núcleo de ferrite para cabo USB em ação.
- Fontes chaveadas e conversores DC-DC: fontes de alimentação modernas utilizam ferrite para proteção (do circuito alimentado e de outros alimentados na mesma rede nas proximidades) e também para elevar a eficiência energética. O ferrite evita que sinais de alta frequência gerados pelo chaveamento da fonte se propaguem para a rede elétrica.
- Transformadores de pulso: usados em circuitos de telecomunicações e transmissão de dados, o núcleo de ferrite para transformadores garante a integridade dos sinais e minimiza interferências.
- Motores e atuadores: motores elétricos e atuadores, especialmente os usados em aplicações industriais e automação, podem gerar ruídos eletromagnéticos que afetam outros dispositivos. O uso de núcleos de ferrites nos cabos de alimentação desses motores reduz esse problema, protegendo outros dispositivos nas proximidades dos efeitos nocivos destes ruídos em sua alimentação.
Conclusão
Os núcleos de ferrite são essenciais para garantir o desempenho e a confiabilidade de dispositivos eletrônicos, protegendo-os de ruídos e interferências eletromagnéticas e, ainda, protegendo outros dispositivos ao redor. Seja para reduzir ruídos em cabos de comunicação e alimentação ou para melhorar a eficiência de fontes de alimentação, os núcleos de ferrite são não somente vantajosos, mas sim necessários.
