Tecnología
ELECTRÓNICA
Bobina
CPR. JORGE JUAN
Xuvia-Narón
La bobina o inductor es un elemento muy interesante. A diferencia del condensador o capacitor, la bobina 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 bobina hecha de espiras de cable, el campo magnético circula por el centro de la bobina y cierra su camino por su parte exterior.
Una característica interesante de las bobinas 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 bobina, ser conectada y desconectada a una fuente de corriente, ésta tratará de mantener el estado que tiene.
El valor de una bobina viene dado en Henrios, H, pudiendo encontrarse bobinas que se miden en miliHenrios, mH.
El valor que tiene una bobina 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 bobina
Naturaleza del material del que está hecho el núcleo de la bobina
Existen bobinas 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 bobina 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 bobinas, 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 bobina 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 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 bobinas 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 bobina
Hierro frecuencias bajas
Ferrita alto margen de frecuencias
Aire
Algunas bobinas 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 bobinar, 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 bobinas de tamaño reducido.
Núcleos de aire
El valor de la inductancia que se puede obtener es limitado. En la bobina 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.
2 2
0 '393. .
(
)
9
10
a n
L
H
a
b
n cantidad de espiras ó vueltas de alambre
a radio de la bobina en centímetros
b longitud del arrollado en centímetros
Esta expresión es una buena aproximación para bobinas de una longitud mayor ó igual a, 0’8 a.
Se tiene una bobina de, 32 espiras, 13 vueltas por centímetro, y, 25 mm de diámetro. Cuál será su inductancia?.
a=
25
2
mm
= 1’25 cm
b=
32
13
= 2’46 cmn = 32
se escribe
2 2
0'393.1'25 .32
17 '54
9.1'25 10.2 '46
L
H
Se desea construir una bobina que sea de, 10 H, que tenga, 2’54 cm, de diámetro y una longitud de, 3’175 cm.
a=
2 '54
2
cm
= 2’27 cm
b= 3’175 cm
L= 10 H
se despeja de la ecuación original la variable, n
2
10.(9
10 )
10.(11'43 31'75)
680
26 '1
0'393.
0 '393.1'613
a
b
n
a
espirasNúcleos magnéticos
El magnetismo del material del núcleo depende de la polarización de los dominios magnéticos moleculares, cuando el campo magnético que afecta la bobina 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 bobina 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 bobinas para antenas, anillos deflectores, cierres magnéticos, transformadores, etc.
Ferroxcube
En muchas ocasiones es necesario agrupar el valor de varias bobinas ó inductores que están conectadas en serie ó paralelo para su simplificación:
Bobinas en serie
El cálculo del inductor ó bobina equivalente de inductores en serie es similar al método de hallar el equivalente de resistencias en serie, tan sólo es necesario
sumarlas.
La bobina equivalente a, N, bobinas conectadas en serie es
LT = L1 + L2 + L3 +...+ LN
Bobinas en paralelo
El cálculo del inductor ó bobina equivalente de inductores en paralelo es similar al método de hallar el equivalente de resistencias en paralelo.
La bobina equivalente a, N, bobinas conectadas en paralelo es
1 2
1
1
1
1
T N
L
L
L
L
El funcionamiento de una bobina depende del tipo de corriente que se le aplique:
Corriente continua
La bobina 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 bobina 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 bobina como la resistencia se opone al flujo de a corriente, pero a diferencia de ésta, el valor de esta oposición se llama reactancia inductiva, XL, cuyo valor viene dado por:
2
L
V
X
fL
I
XL reactancia en ohmios
V voltios
I amperios
L inductancia en henrios
El valor de la reactancia inductiva, XL, obtenida anteriormente considera que el inductor es ideal. En la realidad un inductor tiene asociado una resistencia en serie, rL, 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, XL, y la resistencia, rL, se denomina factor de calidad, Q.
L
L
X
Q
r
El valor de, XL, y de, rL dependen de la frecuencia por lo que el factor de calidad, Q, también depende de ella. A menor valor de, rL, 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 bobina 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 bobinas son:
Bobina del sistema de ignición de un automóvil.
El balastro en los sistemas de iluminación con tubos fluorescentes.
