石 炎
（南京精研磁性技术有限公司，江苏南京 210033） μδtg 摘 要：简述了改进铁氧体软磁材料比损耗系数和磁滞常数ηB ，从而降低总谐波失真THD的历史过程，分析了诸多因数对谐波测量的影响，提出了磁心性能的调控方向。 μδtg 关键词：比损耗系数 ， 磁滞常数ηB ，直流偏置特性DC-Bias，总谐波失真THD
Analysis on THD of the fer
Shi Yan
Nanjing Finemag Technology Co. Ltd., Nanjing 210033
Abstract: Histrory of decreasing THD by improving the ratio loss coefficient
and hysteresis constant of soft magnetic ferrite is briefly narrated. The effect of many factors which affect the harmonic wave testing is analysed. The way of improving the performance of ferrite cores is
put forward.
Key words: ratio loss coefficient ，hysteresis constant ，DC-Bias ，THD
近年来，变压器生产厂家和软磁铁氧体生产厂家，在电感器和变压器产品的总谐波失真指标控制上，进行了深入的探讨和广泛的合作，逐步弄清了一些似是而非的问题。从工艺技术上采取了不少有效措施，促进了质量问题的迅速解决。本文将就此热门话题作一些粗浅探讨。
一、 历史回顾
总谐波失真（Total harmonic distortion ）
，简称THD ，并不是什么新的概念，早在几十年前的载波通信技术中就已有严格要求<1>
。1978
作者通信：E-mail:
年邮电部公布的标准YD/Z17－78“载波用铁氧体罐形磁心”<2>中，规定了高μQ材料制作的无中心柱配对罐形磁心详细的测试电路和方法。如图一电路所示，利用LC组成的150KHz低通滤波器在高电平输
入的情况下测量磁心产生的非线性失真。这种相对比较的实用方法，专用于无中心柱配对罐形磁心的谐波衰耗测试。这种磁心主要用于载波电报、电话设备的遥测振荡器和线路放大器系统，其非线性失真有很严格的要求。
L
C C
Lg88
Ld88
图一
图中 ZD —— QF867型阻容式载频振荡器，输出阻抗150Ω，Ld47 —— 47KHz低通滤波器，阻抗150Ω，阻带衰耗大于
61dB，
——并联高低通滤波器，阻抗150Ω，三次谐波衰耗大
于61dB
Lg88
Ld88
FD —— 30～50KHz放大器，阻抗150Ω，增益不小于43 dB
，
三次谐波衰耗b3(0)≥91 dB,
DP —— Qp373选频电平表，输入高阻抗，
L ——被测无心罐形磁心及线圈，
C ——聚苯乙烯薄膜电容器CMO-100V-707APF±0.5%，二只。
测量时，所配用线圈应用丝包铜电磁线SQJ9×0.12(JB661-75)在直径为16.1mm 的线架上绕制120匝，（线架为一格），其空心电感值为318μH （误差1％）
被测磁心配对安装好后，先调节振荡器频率为36.6～40KHz ， 使输出电平值为+17.4 dB ，即选频表在22′端子测得的主波电平（P 2）
为+17.4 dB ，然后在33′端子处测得输出的三次谐波电平（P 3）
，
则三次谐波衰耗值为：b 3(+2)= P 2+S+ P 3
式中：S 为放大器增益dB
从以往的资料引证，就可以发现谐波失真的测量是一项很精细的工作，其中测量系统的高、低通滤波器，信号源和放大器本身的三次谐波衰耗控制很严，阻抗必须匹配，薄膜电容器的非线性也有相应要求。滤波器的电感全由不带任何磁介质的大空心线圈绕成，以保证本身的“洁净”，不至于造成对磁心分选的误判。
为了满足多路通信整机的小型化和稳定性要求，必须生产低损耗高稳定磁心。上世纪70年代初，1409所和四机部、邮电部各厂，从工艺上改变了推板空气窑烧结，出窑后经真空罐冷却的落后方式，改用真空炉，并控制烧结、冷却气氛。技术上采用共沉淀法攻关试制出了μQ 乘积60万和100万的低损耗高稳定材料，在此基础上，还实现了高μ7000～10000材料的突破，从而大大缩短了与国外企业的技术差异。当时正处于通信技术由FDM （频率划分调制）向PCM （脉冲编码调制）转换时期，日本人明石雅夫发表了μQ 乘积125万（μδtg -6为0.8×10，100KHz ）的超优铁氧体材料<3>
，其磁滞系数降为优铁
氧体2001F的1/7，因而能大大改善谐波性能。在他的文章中早就指出，低损耗高稳定材料超优铁氧体中，对小型化影响最大的是与磁滞系数相关联的这部分损耗，它对开动状态下电感波动的影响远比比损耗系数tgδ/μ大。换句话说，超优铁氧体的优势不仅在于其创记录的μQ乘积，更在于其优良的磁滞系数，它使工作状态下更稳定，更满足线路滤波器对非线性失真的要求。直到数字技术已完全取代模拟技术的今天，当年的优铁氧体2001F，N48等材料仍在发挥作用。这些行业前辈们开拓性的工作成果功不可没，这也是我们继续跟进的宝贵财富。
二、 技术要求与应对措施
随着网络通信技术的发展，出现了主流宽带接入技术数字用户线（XDSL），它可以方便的利用现有通往千家万户的有线电缆，更高速的传输图像、语音、数据和文件。兼顾传输速度和传输距离两项重要指标，目前最热门应用的当属其中的非对称数字用户线（ADSL）系统。载波通信技术（模拟）调制解调器在宽带4KHz时，可达到最高传输速度56.6Kbit/s，而运用数字技术的（ADSL）系统，其上行传输速度为1Mbit/s，下行则高达8Mbit/s<4>。高速数字传输的实现得益于高品质的铁氧体器件，这些
磁心被广泛用于阻抗匹配和信号隔离与转换的接口变压器、变量器，以及声音、数据分频和噪声抑制的各种带通滤波器中。但是，由于这些磁心材料的磁通密度B和磁场强度H的非线性关系，会使得通过其上的电压、电流波形发生畸变，也就是引起信号失真。这种失真会导致数据传输的误差和信息丢失，降低传输
距离，增大线路损耗。显然，关键元件铁氧体磁心的某项性能直接导致了总谐波失真THD值的增大，从而造成了上述一系列弊病。这项性能就是铁氧体材料的磁滞常数ηB（Hysteresis constant），或称比磁滞损耗系数。正像前文所述，模拟通信时代，最适用的软磁铁氧体是高稳定、低损耗的高μQ材料，如德国SIEMENS公司的N48，日本TOKIN 公司的2001F，四机部的R2KD、R2KQ和邮电部的M2K1(L型)等型号。
/μ，比减落系数D F很低，这些材料比损耗系数tgδ/μ，比温度系数T K
μ
特别是比磁滞损耗系数ηB小，更适应高保真线路滤波器的需求。随着数字网络的更新换代，虽然这些材料仍能维持一席之地，但早已满足不了整机的更高要求。现在的高通和低通滤波器组成的分离系统已经不是简单的无源网络，还要叠加100～200mA的偏置直流，而且有些还要求交直流叠加后的电感量控制在一定的上、下限范围。为保证频响效果和减少传输信号衰减，既要电感量高，又要线圈直流铜损小。这就要求磁心材料磁导率μ高，品质因素Q高，磁滞常数ηB低，直流偏置特性DC-Bias好。日本TDK公司逐次推出DN40、DN70在宽温范围降低了ηB，而德国EPCOS公司改进了T38和新推出T66，荷兰Ferroxcube公司推出了3E55，则从更高μ值角度保证了宽温低ηB特性。后两家公司还分别推出了高μQ，高Bs低ηB材料N45和3B46，以降低总损耗和增强直流偏置特性。日本JFE公司也紧随其后，相应的推出了SK302和SK202G材料<5>。
我们精研公司应对客户要求，在上述几个方面，从工艺配方上相应改进，收到了较好效果。一些需引起同行注意的问题，特提出来供
