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アナログ電子回路コミュニティサービス終了のお知らせ

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yoshi05
タイトル
μによる遅延
ポイント []
pt.
アクセス874
カテゴリーその他
キーワード フェライト   x28   コイル   電界   伝搬   Powered by Yahoo
投稿日時17/07/16 22:20
透磁率による伝搬遅延に絡んで教えてください。

1) 透磁率の影響で伝搬速度が変わることを「見たい」
 と思っています。
フェライトバーに平行線を巻きつけてTDR(真似事ですが)してみたり、添付画像のような実験を始めていますが芳しくありません。
 実験例などありましたら、教えていただけないでしょうか。

2)
長さLのコイルを直径φ、等間隔にn回巻きでつくるとき、電線の長さは L + nπφ なので、電線に沿って電界が進むとすると、
コイルの長さ方向の電界の速度は、
   L ÷ ( L + n πφ) -- (1) 
 の程度に遅くなると考えてよいでしょうか? 
 
 コイルにフェライトをいれて、そのμによってコイル方向の磁界成分の進みを遅くすると考えると、
 それが(1) と同程度になるように、つまり、
  実効透磁率^2 ≒ (1 + nπφ/L)
となるようにすると、具合がよさそうです。
この考えはあっているでしょうか?
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MUSUSU2 回答番号 7
タイトル
外側は?
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アクセス466
投稿日時17/08/13 23:07
yoshi05さんへ

 写真ではよくわからいのですが、ビーズの外側にシールドが見えないのですが?
 伝送線の形にするには、網線かパイプに通し、ジオメトリーも安定にしないと、特性インピーダンスが定まらず良い結果が出ないように思いますが?

yoshi05 回答番号 6
タイトル
フェライトビーズ
ポイント
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アクセス486
投稿日時17/08/13 20:46
1mちょっと、多分102cm位の輪っかを作って
添付みたいにやってみましたが、パッとしない感じでした。(写真、汚いです。何枚か撮ったんだけど・・)
#写真撮りのために曲げたもので、実験では、ほぼまっすぐ伸ばして50cmの平行線としています。 

1mで 100μHくらいになります。AL値がそれなりならμeもそれなりだろう & ビーズの周波数特性はまぁまぁのはずと思っていたのですが、・・ μe は思いのほか小さくて(5未満?*)、1m程度じゃ駄目みたいです。
  
*ビーズの外側にガラ巻で巻いたコイルの空芯とビーズ有りでのインダクタンス(@1Khz)を比較
  
ビーズは外径3.5mmφ、長さ6mmφくらい。たぶん170個位を0.32mmの銅線に通して並べました。

集中定数で100μHのインダクタンスを繋いだのと差が感じられない結果でした。
 
ビーズの穴は0.7mmくらいで 0.32mmの銅線を使ったので空隙ができるのもよろしくないかもしれません。
 
一緒に写した少し太めなのは6穴のフェライトビーズです。メガネコアより良いかな?と思っている(た)のですが、これもμe は小さいみたいで、やや諦め気分でいます。
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yoshi05 回答番号 5
タイトル
メガネコア
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アクセス627
投稿日時17/08/01 10:28
ありがとうございます
じつはつい昨日、お店でメガネコアを見つけて、
使えるかも、と思ったところです。
μは小さいだろうから、幾つくらい必要か計算してみようと思います

#通販もやっている店なので

ラジオ屋 回答番号 4
タイトル
メガネコアがよさそうです
ポイント
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アクセス611
投稿日時17/07/30 17:52
 後になって思いつきましたが,メガネコアを使うのはどうでしょうか。昔のテレビのVHFアンテナ接続回路のバランス-アンバランス変換用に使われていたメガネコアなら周波数特性は200MHz程度まで伸びているでしょう。
 また,平行線の保持器にもなりますので,被覆無しの銅線も使えます。そのため,被覆の誘電率の影響を避けられます。
 ただし,メガネコアは小型なので,ある程度の長さの伝送線とするためにはたくさんのメガネコアを用意する必要があります。ちなみに,手元にあるメガネコアは,厚さ約4mm,穴径約4mm,穴中心間隔約5mmでしたので,たとえば1mの伝送線を作るためには250個も必要です。VHFアナログテレビが作られなくなってしばらく経ちますので,大量のメガネコアの入手は困難かもしれません。

yoshi05 回答番号 3
タイトル
ありがとうございます
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アクセス672
投稿日時17/07/28 02:22
ラジオ屋さん、MUSUSU2さん、
いつもありがとうございます~

フェライトバーを買い込んだりして、チョット見えてきました。

見えてきた・・と思っているのですが、悩んでいます。

なんだか計算があわないとか・・ これは何だろう・・あ・そか・・とか・・
 
もうしばらく悩んで(≒楽しんで)みます。
#こっそりと・・すみません。
--

ラジオ屋 回答番号 2
タイトル
RE:μによる遅延
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アクセス711
投稿日時17/07/27 16:44
yoshi05さん

> 1) 透磁率の影響で伝搬速度が変わることを「見たい」と思っています。
> 1)-a フェライトバーに平行線を巻きつけてTDR(真似事ですが)してみたり、

→どのように芳しくなかったのかわかりませんが,平行線の間隔と巻ピッチの間隔の比が小さいのではありませんか。たとえば平行線の間隔が1mmだとすれば,巻ピッチは10倍(100mm)以上にしないと,巻線間の電磁誘導の影響が出てしまうと思います。平行線でなくツイストペア線にすればその影響を少なくできるはずです。また,平行線の絶縁材が厚いと絶縁材の誘電率の影響が支配的になってしまいますので,ごく薄い絶縁材の平行線をコアに密着させて巻く必要があります。


> 1)-b 添付画像のような実験を始めていますが芳しくありません。

→これもどのように芳しくなかったのかわかりませんが,二つのコイル間隔が100mm程度ですので,空中(比誘電率,比透磁率が約1)であれば,100mm間の伝送速度は約300psですから,それを観測できるような測定系である必要があります。オシロスコープであれば帯域3GHzくらいほしいです。もし,コア(フェライトバー)の透磁率が100あるとすれば,コイル間の伝搬時間は1/10になりますので,帯域300MHzのオシロスコープでも十分観測可能でしょう。
 しかし,大きな問題があります。フェライトバーは周波数特性がせいぜい数十MHzくらいしかなく,それ以上の周波数になると損失の大きい誘電体あるいは損失の大きい反射板として働きます。写真のように間隔100mmのコイルでの実験では,遅延時間が小さくしかもレベルが小さくなるので,観測は難しいと思います。


>2) 長さLのコイルを直径φ、等間隔にn回巻きでつくるとき、電線の長さは L + nπφ なので、電線に沿って電界が進むとすると、コイルの長さ方向の電界の速度は、
   L ÷ ( L + n πφ) -- (1) 
 の程度に遅くなると考えてよいでしょうか? 

→いいえ,違います。コイルの中の電流は電線の中を押し出されるように流れるのではなく,電磁界の進行に従って流れます。そのため電流がコイルを通過時間は(巻線の長さではなく)コイルの長さを光速で割った時間になります。


> コイルにフェライトをいれて、そのμによってコイル方向の磁界成分の進みを遅くすると考えると、それが(1) と同程度になるように、つまり、実効透磁率^2 ≒ (1 + nπφ/L)
となるようにすると、具合がよさそうです。この考えはあっているでしょうか?

→ どう具合がよいのか理解できませんが,前述のようにフェライトコアの周波数特性が悪いので,短い線路で観測するのは難しそうです。


 もし,実験によって透磁率の影響を見たいなら,絶縁材が薄いエナメル線で平行線あるいはツイストペア線を作り,できるだけ長いフェライトバーに荒いピッチで密着させて巻き,高速TDRで反射を観測すればよいと思います。長いフェライトバーがないときは,短いものを接着剤でたくさんつないでもよいと思います。平行線あるいはツイストペア線は定インピーダンス(できれば50Ω)にした方が測定しやすいでしょう。もっともフェライトバーの透磁率が周波数で変わるので,すべての場合にも一定のインピーダンスにすることはできませんが。
 このような工夫をしても,フェライトの周波数特性の影響で立ち上がり波形が崩れるので,測定は難しいかもしれません。さらに,平行線あるいはツイストペア線の誘電率の影響とフェライトの周波数による透磁率の変化の影響を把握しておかないと,何を測っているのかわからなくなりそうです。
 長いフェライトバーの代わりに大量のフェライトビーズにツイストペア線を通した長い線路(例えば10m)を作ると観測しやすくなるかもしれません(丸めて置けるので)。このフェライトビーズはできるだけ周波数特性の良いものが望ましく,ノイズ低減用のビ-ズではうまく観測できないと思います。

MUSUSU2 回答番号 1
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面白そう
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アクセス786
投稿日時17/07/25 10:35
Yoshi05さんへ
 投げかけに対して、直接的な解答にはならないと思いますが、いくつか述べます。

① 媒体の透磁率の変化で伝搬速度が変わることを見れる(はずの)ものに同軸ケーブルの絶縁体のところに透磁率が大きい磁性体も入れるものがあります。、これで同軸共振器を作ることができるので、遅延時間を計れるでしょう。
 簡単な実験では、フェライトのリングコアをいくつも用意し、穴に導線を通し真珠のネックレスを伸ばした状態のようにし、その外側をシールド導体、編み線又は銅パイプで覆ったものを作れば同軸伝送路になり、遅延を実感できると思います。
 自分でやったことはありません。
② Yoshi05さんが実験した配置の写真を見て、フェライトバーの端を励起し、逆の端に伝わる信号を見るものと推測します。 こういう普段集中定数部品として見ている物を、分布定数部品として見直すのは、難しいですね。
 懸念のひとつは、信号があまり伝わらないのでは、ということ。 フェライト棒のμが大きくとも、磁力線はクローズしなければならないので、励起側で作られる磁力線のループは、ほとんどがフェライト棒の側面から漏れてしまいます。ですから、結合がかなり悪くなっていると思います。
 一本の棒ではなく、フェライトがループするようにすると事情は変わってくると推測しますが。
 懸念の二つ目は、損失を考慮しなければならない周波数範囲です。 AMは1MHz以下ですので、100nSのパルスが含む高周波数成分でどのような性質をもつのか調べる必要があるかと思います。サッとやってうまく行かなかった場合ですが。 特に信号のエッジを見なければならないので。
③ フェライト棒の機械的振動は、磁力線よりもよく伝わるように思います。励起によって生じるひずみが電気的にどのように検出されるか、分かりませんが。

 興味深い話しなので、結果も掲示していただけると嬉しいです。

 読者のみなさんへ
 タイムドメインリフレクトメトリー(TDR)は面白い技術ですし、電子計装を使っている施設等の管理で大変有効な技術です。でもその割には、知らない人が多いです。 TDR専用の測定器がなくとも、高速なオシロスコープとパルス発生器があれば、TDRを使えます。 パルス発生器は、デジタルIC数個で作れますし。 今は昔より安上がりにできます。

 

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