Indutor

Um indutor pode ser uma simples volta de fio:
	ou muitas voltas:

Enrolado em uma peça plástica

. .  .  . em um núcleo oco ou de metal:

Um indutor pode ser de quase qualquer tamanho ou formato e é o componente mais complexo em eletrônica. Ele é tão complexo que a teoria sobre ele pode preencher todo um livro. E essa teoria também é muito complexa. Por isso nós vamos ver apenas os fundamentos. Não vamos entrar em campos magnéticos, Pólo Norte ou Pólo Sul, ou regras da mão direita e mão esquerda, pois isso não nos interessa quando estamos falando de uma bobina de fio em um circuito elétrico ou eletrônico. A coisa mais importante é a MÁGICA de um indutor. Ele produz uma alta voltagem de polaridade oposta quando funciona em determinadas circunstâncias.

Os três símbolos principais para um indutor:


 

A Indutância é medida em Henries.
Um Henry é uma unidade grande.t.
Um indutor de 1 Henry teria as dimensões aproximadas de 1cm x 1cm x 1cm (1/2”  x 1/2”x 1/2” ) e teria poucas voltas de fio grosso. Ou ele teria muitas voltas de fio e ser ligeiramente maior. Ou ainda, ser bem grande com um núcleo vazio.
Uma indutância de 1 Henry (ou qualquer valor de indutância) na verdade, não diz nada a respeito do tamanho do componente, da sua capacidade de corrente (a intensidade de corrente que pode fluir através do enrolamento sem que o componente superaqueça), ou qualquer uma das outras características que precisamos saber antes de instalarmos um indutor em um circuito. É por isso que você precisa saber o lado PRÁTICO da escolha de um indutor.

Em eletrônica, normalmente nós usamos unidades menores: mH  µH e nH   (m = milli    µ = micro  n = nano)

Aqui estão alguns indutores e seus valores:

O valor de um indutor não pode ser determinado pela sua aparência. Ele depende de uma série de coisas, incluindo o material do núcleo, número de voltas, calibre do fio, etc, e o tipo de caminho magnético. O melhor caminho magnético é uma volta fechada, como o toroidal (donut) mostrado nas fotos no início do artigo, ou outro tipo de caminho magnético fechado como o núcleo ‘pot-core’. Se o caminho magnético tiver um vão vazio (ar), muita da qualidade do indutor será perdida e o valor da indutância será reduzido. Para um indutor simples, um bastão já será ok.

Indutores podem ter um terminal (chamados de terminais flutuantes), fios para montagem através-de-furos, ou como um “chip” para montagem na superfície de uma placa de CI.
Os indutores acima estão todos identificados em microHenries (µH).
O valor marcado em um indutor SMD é sempre µH.
Por exemplo:
561 = 560uH
222 = 2.200uH
103 = 10.000uH = 10mH
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<!--[endif]-->

 

OUTROS NOMES
Um indutor pode ser chamado de uma “bobina”. Não existe uma diferença especifica entre uma “bobina” e um indutor, e o nome depende principalmente do lugar e da maneira como o componente é utilizado. Uma bobina, geralmente refere-se a voltas de fio com um núcleo oco. Quando o núcleo é de metal, ele é chamado de INDUTOR.
Em algumas aplicações é chamada de CHOKE (silenciador).
O termo choke é usado quando o indutor é projetado para prevenir que um sinal passe através do enrolamento ou quando a bobina é desenhada para reduzir uma onda em particular – como uma ondulação. O circuito a seguir mostra o silenciador em operação. Ele é chamado de circuito filtro L-C. A onda à esquerda do indutor (L – left) contem ondulações, como mostrado pela onda senoidal. A voltagem emergente do indutor apresenta um pequeno valor de ondulação. Isso é parcialmente devido à filtragem oferecida por C1 e C2 e também pelo efeito da bobina.
A voltagem que entra no silenciador é principalmente DC e isso passa pelo enrolamento sem qualquer alteração. Qualquer ondulação contida nessa tensão DC cria um fluxo magnético crescente e isso corta as voltas do enrolamento para produzir uma voltagem reversa. Esta age contra as ondulações e efetivamente as reduz. O resultado é um valor bem menor de ondulações emergindo do indutor.
Um resistor poderia ser usado no lugar do indutor, mas o indutor apresenta duas vantagens: ele produz menos ondulações na saída e uma voltagem mais baixa é “perdida” através do indutor.
Um indutor não é a escolha preferida para projetos modernos, uma vez que um regulador de voltagem como o 7805 vai oferecer o mesmo resultado a um custo mais baixo e ocupar menos espaço numa placa.
Nós usamos o indutor como exemplo para mostrar uma de suas características. Ele caiu em desuso pelo aparecimento do “regulador de 3 terminais”.

Um silenciador também pode ser usado para evitar que um sinal AC entre em um componente. Em outras palavras, o sinal pode ser dirigido a outra parte do circuito, enquanto o silenciador fornece um caminho de baixa-resistência para DC.
No circuito a seguir, o sinal emerge de um transistor e é bloqueado para a terra pelo “choke”. O indutor fornece um caminho de baixa-resistência para a corrente bias do transistor enquanto evita que o sinal flua para a grade de 0v.
Se substituímos o silenciador por um resistor, uma parte do sinal é perdida no resistor e a queda de voltagem pelo resistor será maior do que pelo indutor.

Se um enrolamento em uma bobina é projetado para empurrar uma haste de metal no centro quando uma corrente a atravessa, ela é chamada de SOLENÓIDE.
Se a bobina é enrolada em um núcleo de metal e atrai objetos metálicos (como os contatos de um relê, fazer uma campainha tocar, ou atrair sucata em um ferro-velho), ela é chamada de um ELETROMAGNETO.
O diagrama abaixo mostra a operação de um eletromagneto em uma campainha:

COMO FUNCIONA UMA CAMPAINHA Quando os contatos são fechados, a corrente flui através de dois enrolamentos (isso é chamado de eletromagneto ferradura) e cria um fluxo magnético que empurra o braço (chamado de badalo) em direção ao eletromagneto. Isso faz o martelo atingir o sino e ao mesmo tempo os contatos são abertos. Isso faz a corrente parar de fluir e o fluxo magnético é interrompido (colapso). O braço retorna a sua posição (por uma pequena mola) para a posição na qual os contatos são fechados e a corrente flui novamente repetindo a ação.

Há uma coisa importante quando você vê um indutor em um circuito – mesmo que seja um indutor de uma única volta!

Quando ele está funcionando (quando uma voltagem crescente é aplicada) ele produz uma voltagem na direção oposta àquela aplicada (na verdade, devido ao aumento de corrente) e a magnitude dessa voltagem faz o indutor ser capaz de fazer coisas surpreendentes.
Essa voltagem é chamada voltagem-de-retorno ou “back-EMF”. Seu valor depende da forma com que o indutor foi construído e do seu valor em Henries (ou milihenries, microhenries or nanohenries) e como ele é ativado no circuito.
Quando um indutor é utilizado em um circuito eletrônico, a razão da voltagem-de-retorno para a voltagem aplicada é chamada de “Fator-Q”. Essa tensão também pode ser detectada como as “faíscas” entre os contatos da campainha acima, ou como uma “reação inesperada e rápida” em seus dedos quando você remove o indutor da voltagem de alimentação
Essa voltagem pode ser utilizada para criar uma voltagem muito alta, algumas vezes chamadas de tensão “fly-back”.
Em alguns circuitos essa tensão é indesejada e deve ser suprimida. A voltagem produzida pela bobina de um relê (quando está sem energia) pode danificar o transistor de controle e deve ser freada (removida) pela instalação de um diodo com polarização reversa através da bobina, conforme mostrado no diagrama a seguir:

Assim, conseguimos o que queríamos.
Em muitos casos, um indutor vai produzir uma alta “voltagem reversa” quando estiver desativado. O valor dessa tensão depende do modo de construção do indutor e muitos outros fatores.
Você não pode definir esse valor através de qualquer formula. A experimentação é o único modo.
Finalmente, podemos deixar de lado a matemática e pegar o ferro de soldar.

Há, basicamente, dois modos de usar um indutor:
1. Passando um imã sobre um e detectando(lendo) a voltagem. A voltagem só é produzida enquanto o imã está em movimento. Esse é o fundamento de um GERADOR.
2. Aplicar uma voltagem à bobina. Essa voltagem pode ser constante (DC) ou variável (AC). Resultados diferentes serão produzidos em cada caso. Esse é o fundamento de um MOTOR.

Se a voltagem é constante(DC) a bobina vai produzir um fluxo magnético CONSTANTE e criar um ELETROMAGNETO. Nós desenhamos esse fluxo como linhas concêntricas ao redor de cada condutor. Elas (linhas) passam pelo centro da bobina e saem no outro lado. Diz-se que as linhas emergentes criam o pólo NORTE do eletromagneto. O “magnetismo” (as linhas magnéticas) são mais fortes no centro de cada volta da bobina e se ela tiver ar no centro, apenas um pequeno número de linhas estará presente antes que o ar esteja SATURADO. Se um metal, como ferro (chamado ferro macio) ou ferrite (são basicamente a mesma coisa – com ferrite sendo mais adequado para indutores de alta freqüência), é colocado no centro, as linhas magnéticas podem ficar mais concentradas (1000 a 2500 vezes ou mais) antes que o núcleo fique saturado. 

Se a tensão de acionamento for AC (como uma onda senoidal), um eletromagneto será produzido, mas o magnetismo desse eletromagneto vai aumentar e diminuir à media que a voltagem varia.

Centenas de resultados diferentes podem ser obtidos a partir dos exemplos acima, pela criação de indutores com número diferente de voltas, forma diferente, material diferente no núcleo, velocidade de movimentação do imã diferente, e diferentes freqüências para a tensão AC.

Observe a agulha do medidor quando a volta muda de direção “adiante” para direção “reversa”. É quando o fluxo muda de direção

Quando as duas bobinas estão estacionárias, a “leitura-central” no medidor indica “zero”. Isso ocorre porque o fluxo magnético não está aumentando ou diminuindo

 

Observe a agulha quando o movimento da bobina cessa. É quando o fluxo é estacionário – “nem aumenta nem diminui”.

Observe a agulha quando a bobina está sendo afastada do loop de detecção

Nesta discussão estamos mantendo as coisas simples, dizendo o seguinte:
Você pode criar qualquer tipo de indutor, através de experimentação. Não precisa saber quaisquer fórmulas ou teoria. Ele pode ser criado simplesmente por “tentativa e erro”.
Eu admito que uma fórmula vai ajudá-lo a compreender melhor no início das coisas, mas não lhe dizer o tamanho ou tipo do núcleo a ser utilizado ou a espessura do fio.
A melhor tática é copiar alguma coisa similar ao tipo que você precisa e modificá-la, aumentando ou diminuendo o número de voltas.
Nesse caminho você será capaz de “levar o indutor ao ponto máximo” e ter certeza que usou o número ideal de voltas no enrolamento.
Essa pode ser uma forma simplista de construir um indutor, entretanto, é bem sucedida. Você termina um item e ele FUNCIONA!

Agora que simplificamos a nossa abordagem, vamos começar com a TEORIA:

O indutor mais simples é uma única volta de fio firme com ar no centro (núcleo de ar).
Se um objeto metálico é colocado no centro da volta, a indutância aumenta.
Se mais voltas forem acrescentadas, a indutância aumenta.
Se o diâmetro da volta é aumentado, a indutância DIMINUI.
Se as voltas são afastadas, a indutância da bobina DIMINUI.