Capire un induttore e funziona

L'induttore è uno dei principali componenti passivi nell'elettronica. I componenti passivi di base nell'elettronica sono resistori, condensatori e induttori. Gli induttori sono strettamente correlati ai condensatori poiché entrambi utilizzano un campo elettrico per immagazzinare energia ed entrambi sono due componenti passivi terminali. Ma i condensatori e gli induttori hanno proprietà costruttive, limitazioni e utilizzo differenti.

L'induttore è un componente a due terminali che immagazzina energia nei suoi campi magnetici. Viene anche indicato come bobina o induttanza. Blocca qualsiasi cambiamento nella corrente che lo attraversa.

L'induttore è caratterizzato dal valore di induttanza che è il rapporto tra tensione (EMF) e variazione di corrente all'interno della bobina. L' unità di induttanza è Henry. Se il flusso di corrente attraverso un induttore viene modificato alla velocità di un ampere al secondo e all'interno della bobina viene prodotto 1 V di EMF, il valore dell'induttanza sarà 1 Henry.

In Elettronica l'induttore con valore Henry è usato raramente in quanto è un valore molto alto in termini di applicazione. In genere, nella maggior parte delle applicazioni vengono utilizzati valori molto più bassi come Milli Henry, Micro Henry o Nano Henry.

Simbolo	Valore	Relazione con Henry
mH	Milli Henry	1/1000
uH	Micro Henry	1/1000000
nH	Nano Henry	1/1000000000

Il simbolo di un induttore è mostrato nell'immagine sottostante-

Il simbolo è una rappresentazione di fili intrecciati, il che significa che i fili sono costruiti per diventare una bobina.

Costruzione dell'induttore

Gli induttori sono formati utilizzando fili di rame isolati che si formano ulteriormente come una bobina. La bobina può essere di diverse forme e dimensioni e può anche essere avvolta in un diverso tipo di materiali.

L'induttanza di un induttore è altamente dipendente da molteplici fattori, come il numero di spire del filo, la spaziatura tra le spire, il numero di strati di spire, il tipo di materiali del nucleo, la sua permeabilità magnetica, le dimensioni, la forma ecc.

C'è un'enorme differenza tra l'induttore ideale e gli induttori reali utilizzati nei circuiti elettronici. Il vero induttore non solo ha induttanza, ma ha anche capacità e resistenza. Le bobine strettamente avvolte producono una quantità misurabile di capacità parassita tra le spire della bobina. Questa capacità aggiuntiva, così come la resistenza del filo, altera i comportamenti ad alta frequenza di un induttore.

Gli induttori sono utilizzati in quasi tutti i prodotti elettronici, alcune applicazioni fai-da-te dell'induttore sono:

• Metal detector
• Metal Detector Arduino
• Trasmettitore fm
• Oscillatori

Come funziona un induttore?

Prima di discutere ulteriormente, è importante comprendere la differenza tra due terminologie, Campo magnetico e Flusso magnetico.

Durante il flusso di corrente attraverso il conduttore, viene generato un campo magnetico. Queste due cose sono linearmente proporzionali. Pertanto, se la corrente aumenta, aumenterà anche il campo magnetico. Questo campo magnetico viene misurato nell'unità SI, Tesla (T). Ora, cos'è il flusso magnetico ? Ebbene, è la misura o la quantità del campo magnetico che passa attraverso un'area specificata. Magnetic Flux ha anche un'unità nello standard SI, è Weber.

Quindi, fin d'ora, c'è un campo magnetico attraverso gli induttori, prodotto dalla corrente che lo attraversa.

Per capire ulteriormente, è necessaria la comprensione della legge di induttanza di Faraday. Secondo la legge di induttanza di Faraday, l'EMF generato è proporzionale alla velocità di variazione del flusso magnetico.

VL = N (dΦ / dt)

Dove N è il numero di giri e Φ è la quantità di flusso.

Costruzione di un induttore

È possibile dimostrare la costruzione e il funzionamento di un induttore generico e standard come un filo di rame avvolto saldamente su un materiale di base. Nell'immagine sottostante, il filo di rame è strettamente avvolto su un materiale di base, rendendolo un induttore passivo a due terminali.

Quando la corrente fluisce attraverso il filo, il campo elettromagnetico si svilupperà attraverso il conduttore e la forza elettromotrice o EMF genererà a seconda della velocità di variazione del flusso magnetico. Quindi, il collegamento del flusso sarà Nɸ.

Si dice che l' induttanza dell'induttore della bobina avvolta in un materiale del nucleo sia

µN ² A / L

dove N è il numero di giri

A è l'area della sezione trasversale del materiale del nucleo

L è la lunghezza della bobina

µ è la permeabilità del materiale del nucleo che è una costante.

La formula del back EMF generato è

Vemf (L) = -L (di / dt)

Nel circuito, se una sorgente di tensione viene applicata all'induttore utilizzando un interruttore. Questo interruttore può essere qualsiasi cosa come transistor, MOSFET o qualsiasi tipo di interruttore tipico che fornirà la sorgente di tensione all'induttore.

Ci sono due stati del circuito.

Quando l'interruttore è aperto, non si verificherà alcun flusso di corrente nell'induttore e la velocità di variazione della corrente è zero. Quindi, anche l' EMF è zero.

Quando l'interruttore è chiuso, la corrente dalla sorgente di tensione all'induttore inizia a salire fino a quando il flusso di corrente raggiunge il valore di stato stazionario massimo. In questo tempo il flusso di corrente attraverso l'induttore aumenta e la velocità di variazione della corrente dipende dal valore dell'induttanza. Secondo la legge di Faraday, l'induttore genera EMF di ritorno che rimane fino a quando la CC non entra nello stato stabile. Durante lo stato stazionario non vi è alcun cambiamento di corrente nella bobina e la corrente passa semplicemente attraverso la bobina.

Durante questo periodo, un induttore ideale agirà come un cortocircuito in quanto non ha resistenza, ma in una situazione pratica, il flusso di corrente attraverso la bobina e la bobina ha una resistenza così come la capacità.

Nell'altro stato quando l'interruttore viene nuovamente chiuso, la corrente dell'induttore scende rapidamente e di nuovo c'è un cambiamento di corrente che porta ulteriormente alla generazione di campi elettromagnetici.

Corrente e tensione in un induttore

Il grafico sopra mostra lo stato dell'interruttore, la corrente dell'induttore e la tensione indotta nella costante di tempo.

La potenza attraverso l'induttore può essere calcolata utilizzando la legge di potenza ohm dove P = tensione x corrente. Pertanto, in tal caso, la tensione è –L (di / dt) e la corrente è i. Quindi, la potenza in un induttore può essere calcolata utilizzando questa formula

P _L = L (di / dt) i

Ma durante lo stato stazionario il vero induttore si comporta come un resistore. Quindi la potenza può essere calcolata come

P = V ² R

È anche possibile calcolare l'energia immagazzinata in un induttore. Un induttore immagazzina energia utilizzando il campo magnetico. L'energia immagazzinata nell'induttore può essere calcolata utilizzando questa formula-

W (t) = Li ² (t) / 2

Sono disponibili diversi tipi di induttori in termini di costruzione e dimensioni. Gli induttori per quanto riguarda la costruzione possono essere formati in nucleo d'aria, nucleo di ferrite, nucleo di ferro ecc.E Dal punto di vista della forma sono disponibili diversi tipi di induttori, come il tipo di nucleo del tamburo, il tipo di bobina, il tipo di trasformatore ecc.

Applicazioni degli induttori

Gli induttori sono utilizzati in un'ampia area di applicazione.

1. Nell'applicazione relativa a RF.
2. SMPS e alimentatori.
3. In Transformer.
4. Protezione contro le sovratensioni per limitare la corrente di spunto.
5. All'interno dei relè meccanici ecc.