Conhecimento sobre indutores | Parâmetros, bobinas, funções, modelos, especificações, nomenclatura, aplicações, relação e diferenças com núcleos de ferrite, fórmulas de cálculo, medição, precauções

1. Definição de Indutores

1.1 Definição de Indutância:

A indutância é a propriedade de um condutor, segundo a qual uma corrente variável no condutor gera um fluxo magnético variável dentro e ao redor do condutor. O valor da indutância é a razão entre o fluxo magnético gerado e a corrente que produz esse fluxo.

Quando uma corrente contínua flui através de um indutor, ela produz um campo magnético constante. No entanto, quando uma corrente alternada flui através do indutor, o campo magnético ao seu redor varia com o tempo. De acordo com a lei da indução eletromagnética de Faraday, um campo magnético variável gera uma força eletromotriz (FEM) induzida no indutor, que resiste à variação da corrente. Esse fenômeno é semelhante à inércia na mecânica e, em termos elétricos, é conhecido como "autoindução".

1.2 Indutor vs. Transformador:

• Indutor : Uma bobina de fio que, quando uma corrente elétrica passa por ela, gera um campo magnético. O fluxo magnético varia com a corrente alternada, resultando no fenômeno da autoindução.

• Transformador : Consiste em duas bobinas indutivas acopladas magneticamente, mas não conectadas eletricamente. Os transformadores utilizam a indutância mútua para induzir tensão em bobinas próximas.

1.3 Símbolo e unidade de indutância:

• Símbolo: L

• Unidades : Henry (H), milihenry (mH), microhenry (μH)

1.4 Classificação da Indutância:

• Por formato : indutores fixos, indutores variáveis.

• Por material do núcleo magnético : indutores com núcleo de ar, núcleo de ferrite, núcleo de ferro e núcleo de cobre.

• Por características de operação : Bobinas de antena, bobinas de oscilação, indutores, bobinas ressonantes, bobinas de deflexão.

• Por estrutura de enrolamento : bobinas de camada única, multicamadas e em formato de favo de mel.

• Por frequência : indutores de alta frequência e indutores de baixa frequência.

• Por características estruturais : indutores com núcleo magnético, indutores variáveis, indutores com código de cores e indutores não magnéticos.

2. Principais características e parâmetros dos indutores

2.1 Indutância (L):

A indutância refere-se à propriedade inerente da bobina que é independente da corrente que a atravessa. Normalmente, a indutância não é indicada no próprio indutor, mas sim representada por nomes específicos.

2.2 Reatância (XL):

A reatância é a oposição que um indutor oferece à corrente alternada. Ela é medida em ohms e calculada como:
$XL = 2\pi f L$ XL=2πfL
onde $f$ f é a frequência da corrente alternada e $L$ L é a indutância.

2.3 Fator de Qualidade (Q):

O fator de qualidade (Q) representa a eficiência de um indutor e é definido como a razão entre a reatância indutiva e a resistência equivalente da bobina:
$Q = \frac{X_L}{R}$Q=RXL​​
Um valor Q mais alto indica perdas menores. Os valores Q normalmente variam de dezenas a centenas.

2.4 Capacitância Distribuída:

A capacitância entre as espiras da bobina, entre a bobina e sua blindagem, ou entre a bobina e o substrato, reduz o fator Q e a estabilidade do indutor. Uma capacitância distribuída menor é preferível.

2,5 Tolerância:

A tolerância é a diferença percentual entre o valor real da indutância e o valor nominal.

2,6 Corrente nominal:

A corrente máxima que o indutor pode suportar, geralmente indicada por letras (A, B, C, etc.), com valores típicos como 50mA, 150mA, 300mA, etc.

3. Tipos comuns de indutores

3.1 Bobina de Camada Única:

Uma bobina feita enrolando fio isolado em um núcleo de papel ou plástico. É comumente usada em circuitos de antenas de rádio AM.

3.2 Bobina em favo de mel:

Uma bobina onde o plano de enrolamento se cruza em um ângulo, reduzindo a capacitância distribuída e aumentando a indutância. Essas bobinas são compactas e amplamente utilizadas em aplicações de alta frequência.

3.3 Bobina com núcleo de ferrite:

Indutores com núcleos de ferrite aumentam a indutância e melhoram o fator de qualidade. São normalmente usados ​​em circuitos de alta frequência.

Bobina de 3,4 V com núcleo de cobre:

Bobinas com núcleo de cobre são usadas em frequências de ondas ultracurtas. A posição do núcleo de cobre pode ser ajustada para alterar a indutância.

3.5 Indutor com código de cores:

Um indutor de alta frequência com valor de indutância fixo, identificado por códigos de cores semelhantes aos de resistores. Opera na faixa de frequência de 10 kHz a 200 MHz.

3.6 Indutor (Filtro Indutivo):

Um indutor projetado para bloquear sinais CA (corrente alternada) enquanto permite a passagem de CC (corrente contínua). É usado para supressão de ruído em fontes de alimentação e linhas de sinal.

3.7 Bobina de Deflexão:

Utilizado no estágio de saída de circuitos de varredura de televisão. Requer alta sensibilidade, campo magnético uniforme, alto fator Q, tamanho reduzido e baixo custo.

4. Papel dos indutores em circuitos

• Funções básicas : Filtragem, oscilação, atraso e filtragem de rejeição de banda.

• Em termos simples : "Passe a corrente contínua (CC), bloqueie a corrente alternada (CA)."

• Explicação detalhada : Os indutores opõem-se às variações da corrente alternada e podem ser usados ​​em combinação com capacitores para formar filtros passa-alta ou passa-baixa, circuitos de deslocamento de fase e circuitos ressonantes. Os transformadores podem realizar acoplamento CA, conversão de tensão, conversão de corrente e adaptação de impedância.

A energia armazenada em um indutor é proporcional à sua indutância e ao quadrado da corrente:
$W_L = \frac{1}{2} L i^2$ WL = 21 Li2

5. Modelos, especificações e nomenclatura de indutores

5.1 Indutores de chip:

• Faixa de indutância: 10 nH – 1 mH

• Materiais: Ferrita e cerâmica.

• Precisão: J = ±5%, K = ±10%, M = ±20%

• Tamanhos: 0402, 0603, etc.

5.2 Indutores de potência:

• Faixa de indutância: 1 nH – 20 mH

• Tamanhos: SMD43, SMD54, SMD73, SMD75, etc.

5.3 Núcleos de ferrite em lascas:

• Faixa de impedância: 5Ω – 3KΩ

• Tamanhos: 0402, 0603, etc.

5.4 Núcleos de ferrite para montagem em furo passante:

• Especificações: RH3.5

5.5 Indutores com código de cores:

• Faixa de indutância: 0,1 μH – 22 mH

• Tamanhos: 0204, 0307, ​​0410, 0512

• Precisão: J = ±5%, K = ±10%, M = ±20%

5.6 Indutores Verticais:

• Faixa de indutância: 0,1 μH – 3 mH

• Especificações: PK0455, PK0608, PK0810, etc.

5.7 Indutores de filtro com terminais axiais:

• Faixa de indutância: 0,1 μH – 10 mH

• Corrente nominal: 65 mA a 10 A

• Alto valor Q e custo relativamente baixo.

5.8 Indutores de anel magnético:

• Especificações: TC3026, TC3726, TC4426, etc.

• Tamanhos: 3,25 mm a 15,88 mm

5.9 Indutores de núcleo de ar:

• Utilizado para alcançar valores de indutância elevados com peso reduzido.

6. Aplicações de indutores em circuitos

Os indutores são comumente usados ​​em circuitos de filtro LC , onde atuam em conjunto com capacitores para filtrar sinais CA indesejados de sinais CC.

• Filtragem de energia : circuitos LC removem interferências de alta frequência em fontes de alimentação CC.

• Filtragem de sinal : Os indutores bloqueiam ruídos de alta frequência e permitem a passagem de sinais CC puros ou de frequências mais baixas.

7. Núcleos e anéis magnéticos comuns

• Núcleos de pó de ferro : Amplamente utilizados em computadores, fontes de alimentação, sistemas UPS e circuitos de controle de eletrodomésticos. Disponíveis em diversos tamanhos e materiais.

• Núcleos de ferrite : Utilizados para atenuação e filtragem de alta frequência em circuitos.

8. Relação e diferenças entre indutores e núcleos de ferrite

1. Armazenamento de energia versus conversão de energia :

   • Os indutores armazenam energia, enquanto os núcleos de ferrite dissipam energia.

2. Aplicações :

   • Os indutores são usados ​​na filtragem de fontes de alimentação, enquanto os núcleos de ferrite são usados ​​em circuitos de sinal para supressão de EMC (compatibilidade eletromagnética).

3. Faixa de frequência :

   • Os indutores são usados ​​em circuitos de baixa a média frequência, enquanto os núcleos de ferrite são usados ​​principalmente para atenuação de sinais de alta frequência.

9. Fórmulas de Cálculo de Indutores

9.1 Indutância do núcleo toroidal:

A indutância de um núcleo em forma de anel pode ser calculada como:
$L = N^2 \times AL$ L=N2×AL
onde $N$ N é o número de voltas e $AL$AL é o fator de indutância.

9.2 Fórmula geral para o cálculo da indutância:

$L = \frac{k \times \mu_0 \times \mu_s \times N^2 \times S}{l}$ L=lk×μ0​×μs​×N2×S​
onde:

• $\mu_0$ μ0 é a permeabilidade do vácuo (4π × 10⁻⁷ H/m),

• $\mu_s$ μs é a permeabilidade relativa do material do núcleo.

• $N$ N é o número de voltas,

• $S$ S é a área da seção transversal do núcleo.

• $l$ l é o comprimento da bobina.

10. Medição da Indutância

A indutância pode ser medida usando um medidor RLC ou um medidor de indutância especializado.
Passos para medir a indutância:

1. Selecione o modo de indutância (L) no medidor.

2. Conecte as pontas de prova aos terminais do indutor.

3. Registre a leitura.

4. Faça várias medições e calcule a média dos resultados.

11. Precauções para o uso de indutores

1. Ambiente operacional : Considere fatores como temperatura, umidade e tensões físicas.

2. Características de frequência : Os indutores comportam-se de maneira diferente em altas e baixas frequências. Por exemplo, a indutância tende a aumentar com frequências mais altas.

3. Corrente e calor máximos : Certifique-se de que o indutor não exceda sua corrente nominal para evitar superaquecimento.