ELECTRÓNICA Bobina CPR. JORGE JUAN Xuvia-Narón Tecnología La o inductor es un elemento muy interesante. A diferencia del condensador o capacitor, la por su forma, espiras de alambre arrollados, almacena energía en forma de campo magnético. Todo cable por el que circula una corriente tiene a su alrededor un campo magnético generado por la corriente, siendo el sentido de flujo del campo magnético, el que establece la ley de la mano derecha. Al estar la hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro de la y cierra su camino por su parte exterior. Una característica interesante de las s es que se oponen a los cambios bruscos de la corriente que circula por ellas. Esto significa que a la hora de modificar la corriente que circula por la, ser conectada y desconectada a una fuente de corriente, ésta tratará de mantener el estado que tiene. El valor de una viene dado en Henrios, H, pudiendo encontrarse s que se miden en milihenrios, mh. El valor que tiene una depende de los siguientes factores: Número de espiras que la forman A más vueltas mayor inductancia ó mayor valor en Henrios. Diámetro de las espiras A mayor diámetro, mayor inductancia ó mayor valor en Henrios. La longitud del cable de que está hecha la Naturaleza del material del que está hecho el núcleo de la Existen s que no tienen núcleo por lo que este factor no les afecta. Los circuitos electrónicos precisan, en muchas ocasiones, de los efectos de autoinducción; pero el valor que debe tomar la varía para cada circuito, quedando a merced del resto de los componentes los cuales tampoco están exentos de la inducción. Debido a ello, no se ha podido estandarizar la fabricación de s, cada fabricante las hace de acuerdo con las necesidades de un circuito determinado, usando los medios que considera más apropiados. La técnica de fabricación es muy variada; pero los materiales utilizados son los mismos para todos. En la mayoría de los casos, lo que se pretende es oponerse a la variación de corriente, importante papel que la cumple. Ahora bien, si se encuentra auxiliada por otros materiales y dispuesta de tal modo que ellos puedan influir sobre ella, los resultados pueden ser muy distintos. Las s con núcleo de hierro pueden aumentar su efecto de autoinducción, con sólo variar la calidad de éste, o la posición que ocupa dentro de la. electrónica Departamento de Tecnología CPR Jorge Juan Xuvia 136
Las que no poseen núcleo de hierro, que suelen ser las usadas en alta frecuencia, se ven afectadas por una serie de cambios respecto de las anteriores, tal como el aumento de la resistencia que lleva consigo la variación del tipo de hilo usado. Las s se clasifican en función: Frecuencia de trabajo Autoinducciones de baja frecuencia Para conseguir, L, altas, N >>, u>> Autoinducciones de alta frecuencia No necesita tantas espiras, y el núcleo es de aire. Núcleo de la Hierro Ferrita frecuencias bajas alto margen de frecuencias Aire Algunas s muy comunes son: Bobinas de choque para filtros Usadas normalmente en el aplanado de la corriente pulsante a la salida de la rectificación de muy baja frecuencia. Su proceso de fabricación se basa en el arrollamiento, sobre un molde de cartón, del hilo de cobre esmaltado. Terminado de r, se introducen las dos chapas magnéticas sujetándolas mediante un sistema mecánico: Se aprecian las chapas del circuito magnético, en forma de, E, y, I, y cómo se agrupan Bobinas de choque para radiofrecuencia, R.F. Al aumentar la frecuencia, para lograr idénticos efectos, el número de espiras no hará falta que sea tan grande. Así resultan unas s de tamaño reducido. Núcleos de aire El valor de la inductancia que se puede obtener es limitado. En la con núcleo de aire el valor de su inductancia depende del número de vueltas ó espiras, de la longitud, del diámetro, del grosor de la espirar, etc. Hay ocasiones en que se tiene una con núcleo de aire y no se sabe el valor de su inductancia. Existe un método para obtener este valor si se tienen las medidas externas de la o inductor electrónica Departamento de Tecnología CPR Jorge Juan Xuvia 137
0'393. a. n L( H ) 9a 10b 2 2 n cantidad de espiras ó vueltas de alambre a radio de la en centímetros b longitud del arrollado en centímetros Esta expresión es una buena aproximación para s de una longitud mayor ó igual a, 0 8 a. Se tiene una de, 32 espiras, 13 vueltas por centímetro, y, 25 mm de diámetro. Cuál será su inductancia?. a= 25 mm = 1 25 cm 2 b= 32 = 2 46 cm 13 n = 32 se escribe L 2 2 0'393.1'25.32 9.1'25 10.2'46 17'54 H Se desea construir una que sea de, 10 H, que tenga, 2 54 cm, de diámetro y una longitud de, 3 175 cm. a= 2'54 2cm = 2 27 cm b= 3 175 cm L= 10 H se despeja de la ecuación original la variable, n 10.(9a 10 b) 10.(11'43 31'75) n 680 26'1 espiras 2 0'393. a 0'393.1'613 Núcleos magnéticos Para poder incrementar el valor de la inductancia de una se coloca dentro de ella un núcleo metálico de características magnéticas muy especiales, que lo que hacen es reforzar el campo magnético. electrónica Departamento de Tecnología CPR Jorge Juan Xuvia 138
El magnetismo del material del núcleo depende de la polarización de los dominios magnéticos moleculares, cuando el campo magnético que afecta la cambia continuamente. Estos dominios deben poder cambiar su posición para que el núcleo cumpla su objetivo. Los dominios magnéticos podrán o no seguir las variaciones del campo magnético dependiendo del material de que está hecho el núcleo. Si esta variación del campo magnético no puede ser seguida el núcleo pierde su razón de ser y lo dominios moleculares se desordenan, quedando el núcleo despolarizado magnéticamente. El material magnético que se utiliza como núcleo de la depende de la frecuencia a la que trabajará esta. Metal sólido para frecuencias muy bajas. Metal laminado para frecuencias de, 10 hertz, Hz, a algunos, kilohertz, Khz. Núcleos de polvo metálico para frecuencias arriba de cientos de Kilohertz, Khz, y hasta varios cientos de Megahertz, Mhz. Núcleo de aire para frecuencias superiores a los, 500 Mhz. En este caso el núcleo metálico se vuelve obsoleto. Los núcleos magnéticos más comúnmente usados son: Latón y cobre Para selectores de canales y frecuencia intermedia de radio y televisión. Disminuyen la inductancia. Hierro Generalmente se usa en transformadores, y las chapas toman formas diversas. Ferritas Están compuestas de hierro y otro material, cobre, magnesio, plomo, níquel ó manganeso. Con tratamientos adecuados, se obtienen coeficientes de permeabilidad muy aceptables. Son muy utilizados en s para antenas, anillos deflectores, cierres magnéticos, transformadores, etc. Ferroxcube Es un derivado del caso anterior. Su principal característica es la de su alta resistividad. Se puede utilizar en alta frecuencia, sin que las pérdidas sean grandes. Su forma y tamaños son tales como electrónica Departamento de Tecnología CPR Jorge Juan Xuvia 139
En muchas ocasiones es necesario agrupar el valor de varias s ó inductores que están conectadas en serie ó paralelo para su simplificación: Bobinas en serie El cálculo del inductor ó equivalente de inductores en serie es similar al método de hallar el equivalente de resistencias en serie, tan sólo es necesario sumarlas. La equivalente a, N, s conectadas en serie es L T = L 1 + L 2 + L 3 +...+ L N Bobinas en paralelo El cálculo del inductor ó equivalente de inductores en paralelo es similar al método de hallar el equivalente de resistencias en paralelo. La equivalente a, N, s conectadas en paralelo es 1 1 1 1 L L L L T 1 2 N El funcionamiento de una depende del tipo de corriente que se le aplique: Corriente continua La está formada de un alambre conductor con el cual se han hecho espiras dándole forma de un resorte. Si se aplica corriente continua, corriente que no varía con el tiempo, a un inductor, éste se comporta como un corto circuito y dejará pasar la corriente a través de él sin ninguna oposición. Pero en la si existe oposición al paso de la corriente, y esto sucede sólo en el momento en que se hace la conexión a la fuente de voltaje y dura por un tiempo muy pequeño. Lo que sucede es que en ese pequeño espacio de tiempo corriente esta variando desde, 0 V, hasta su valor final de corriente continua. Corriente alterna La como la resistencia se opone al flujo de a corriente, pero a diferencia de ésta, el valor de esta oposición se llama reactancia inductiva, X L, cuyo valor viene dado por: X L V 2 fl I X L V I F reactancia en ohmios voltios amperios frecuencia en hertz electrónica Departamento de Tecnología CPR Jorge Juan Xuvia 140
L inductancia en henrios El valor de la reactancia inductiva, X L, obtenida anteriormente considera que el inductor es ideal. En la realidad un inductor tiene asociado una resistencia en serie, r L, debido al material que de esta hecha y también si tiene un núcleo que no es de aire, una resistencia debido a este núcleo. La relación que existe entre la reactancia, X L, y la resistencia, r L, se denomina factor de calidad, Q. Q X r L L El valor de, X L, y de, r L dependen de la frecuencia por lo que el factor de calidad, Q, también depende de ella. A menor valor de, r L, mayor es el factor de calidad. Tan solo tiene sentido hablar del factor de calidad en corriente alterna pues es nulo para corriente continua. Otra característica importante es que en la el voltaje adelanta a la corriente en, 90. Las señales alternas como la corriente alterna tiene la característica de ser periódica, esto significa que esta se repite a espacios fijos de tiempo. Si dos señales periódicas, iguales están en fase, sus valores máximos y mínimos coinciden. Si una señal se atrasa respecto a otra a tal punto de que estas vuelven a coincidir en estos valores máximo y mínimo, se dice que el desfase fue de, 360. Desfases intermedios serían de, 180, las ondas están desfasadas en la mitad de su período y desfase de, 90, las ondas están desfasadas en la cuarta parte de su período. Algunas de las aplicaciones que se le dan a las s son: Bobina del sistema de ignición de un automóvil. El balastro en los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes. En las fuentes de alimentación se usan las s para filtrar componentes de corriente alterna y solo obtener corriente continua en la salida. electrónica Departamento de Tecnología CPR Jorge Juan Xuvia 141