De fio enrolado a um dos principais componentes de circuitos eletroeletrônicos

O indutor é a prova de que uma simples atitude, como enrolar um fio e ver o que acontece, pode mudar o rumo de várias áreas da vida.

Ele (chamado também de bobina), assim como o capacitor, é um elemento que pode armazenar energia e devolvê-la ao circuito.

Assim, o indutor é um elemento reativo porque reage com o circuito ao trocar energia com os outros componentes.

Este conteúdo será nos moldes do que fiz para o capacitor, o qual possui uma dualidade com o indutor; é um princípio de grande importância na resolução de circuitos.

Você pode comparar ambos artigos (sobre capacitor e indutor) e ver como o princípio da dualidade está presente em várias frases. Ao saber uma frase, você saberá o conceito para o outro componente dual.

Por exemplo, compare algumas características notáveis do indutor:

  • Armazena energia no campo magnético;
  • Opõe-se à variação de corrente;
  • Atrasa a corrente em relação à tensão;
  • Comporta-se como um curto-circuito para a corrente contínua;
  • Opõe-se à circulação de corrente alternada.

Um núcleo de material ferromagnético aumenta o campo magnético e assim a indutância também aumenta. Isso acontece porque a oposição ao fluxo magnético, conhecida como relutância, é menor no núcleo do que a oposição oferecida pelo ar.

Um circuito possuí a indutância de 1 Henry (H) quando uma corrente que varia com a taxa de 1 A/s induz uma tensão de 1 volt.

É comum encontrar a expressão força contra eletromotriz, que é a tensão induzida devida à variação de corrente. Quanto maior a variação de corrente e indutância, maior será esta força.

Tipos de indutor, núcleo e características

Vários tipos de indutor
Crédito: FIEK-Kompjuterike

Bobina de camada única

O indutor é um dos componentes que mais varia em projetos. Podem ter bobinas pequenas, com poucos micro-Henry (μH) operando em centenas de MHz. Podem ter grandes bobinas com poucas centenas de Henry operando em centenas de Hz.

Algumas funções das pequenas bobinas com núcleo de ar:

  • Sintonia de RF;
  • Acoplamento de estágios para receptores;
  • Direção e modulação para transmissores.

Até uns 50 MHz são utilizados fios de cobre. Acima desta frequência, para evitar perdas no núcleo, pode-se utilizar tubos de cobre.

Algumas características dos fios de “litz”:

  • Produzem menor resistência de RF do que em cobre sólido de seções retas similares;
  • São mais efetivos em frequências abaixo de 2 MHz;
  • Acima de 2 MHz as correntes de RF fluem através da parte externa do grupo de fios.

Com a fórmula abaixo teremos uma ideia do valor máximo de indutância de uma bobina de camada única de fios (com comprimento conhecido):

(Diâmetro da bobina) ⁄ (largura do enrolamento) ≅ 2,5

Assim, essa relação entre diâmetro e largura é aproximadamente igual a 2,5. É uma referência, um ponto de partida. Ao medirmos a largura podemos aplicar fórmula para encontrar o diâmetro da espira (uma volta de fio).


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Blindagem

Em frequências utilizadas em comunicação precisamos de blindagem para evitar transferência indesejável de energia de RF (radiofrequência).

O cálculo do efeito da blindagem sobre indutores de ar é complicado, mas geralmente quanto maior a tela suporte (blindagem) menos a indutância é afetada.

Uma regra simples: o feito da tela suporte sobre a indutância da bobina é uma função de 1/d³ (“d” é o diâmetro da tela suporte).

Núcleos ferromagnéticos

Às vezes precisamos aumentar bastante a indutância de uma bobina, mas sem aumentar o fio. Nesse caso podemos inserir um núcleo ferromagnético, o que também facilita o ajuste da indutância.

Os elementos mais importantes com propriedades ferromagnéticas são o ferro, o níquel e o cobalto. O manganês e o cromo também podem tornar-se ferromagnéticos quando combinados em liga com elementos não ferromagnéticos.

O ferromagnetismo é afetado pela temperatura até certo ponto, conhecido como ponto de Curie; a partir deste ponto a propriedade ferromagnética acaba. Alguns pontos de Curie:

  • Níquel: 358 °C
  • Ferro: 770 °C
  • Cobalto: 1120 °C

Núcleos de ferrite

Utilizamos a ferrite no núcleo quando precisamos de um material que combine alta permeabilidade com baixas perdas, em frequências altas e baixas. Características:

  • São duros;
  • Cerâmicas densas;
  • Alta resistividade → Uso como núcleos sólidos homogêneos;
  • Baixa condutividade;
  • Alta permeabilidade inicial;
  • Valores razoáveis de saturação de indução.

Usos comuns:

  • Bobinas de alta qualidade em portadora de telefonia;
  • Transformadores de banda larga;
  • Bobinas de FI de alta frequência;
  • Bobinas de deflexão;
  • Transformadores de linha de saída de receptores de TV.

Indutor com núcleo poroso

Usados em frequências maiores do que as frequências associados aos núcleos de ferro. Possuem baixa perda de núcleo em qualquer frequência. Esta baixa perda é particularmente causada por correntes parasitas.

A permeabilidade é bem menor. A sua prática de construção segue a dos indutores com núcleo de ar.

Como os núcleos porosos são comumente empregados a partir de frequências intermediárias, os fatores abaixo afetam o projeto da mesma forma que acontece com indutores com núcleo de ar em HF (alta frequência):

  • Capacitância das bobinas;
  • Perdas dielétricas;
  • Efeito de superfície.

Indutor com núcleo de ferrite

O núcleo consiste de um cilindro externo com extremos fechados, com o percurso magnético sendo mais ou menos completado por um núcleo cilíndrico central.

Os enrolamentos são colocados no espaço anular e um espaço de ar é introduzido no núcleo central. Ao escolher um comprimento adequado para esse espaço, as propriedades deste tipo de núcleo podem ser arranjadas de tal forma que atendam as especificações de projeto.


Choque

indutor utilizado como choque em fontes de alimentação, TV Pode ser encontrado, por exemplo, em fontes de alimentação para bloquear interferências de alta frequência.

Projetado para ter uma alta impedância sobre uma larga faixa de frequências.

São diferentes de indutores fixos utilizados em circuitos eletrônicos de sintonia.

Em alguns casos específicos o choque pode ser substituído por um indutor fixo, mas essa é a exceção.

 

 


Indutor toroidal

indutor toroidal toroid
Crédito: Peripitus

Dependendo da faixa de frequência de interesse, podem ser encontrados em diferentes dimensões, espessuras, permeabilidades e tipos.

O toróide introduz permeabilidade, o que significa maior indutância para um determinado número de voltas de fio.

Algumas vantagens:

∗ Alta indutância pelo espaço físico que ocupa; ∗Sem interação ou acoplamento com componentes adjacentes, o que não ocorre com outros tipos de indutor;

∗Várias permeabilidades estão disponíveis e relativo baixo custo. 


Mais Indutor… Antigo…

vários tipos de indutor
Crédito: Glenn at Danish Wikipedia

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Crédito da imagem em destaque no início: Omegatron