Ehilà! Come fornitore di induttori, mi viene spesso chiesto come funzionano gli induttori in un circuito DC. È un argomento affascinante e sono entusiasta di scomporlo per te in un modo facile da capire.
Cominciamo con le basi. Un induttore è un componente elettronico passivo che immagazzina energia in un campo magnetico quando una corrente elettrica scorre attraverso di essa. È in genere fatto di una bobina di filo e il modo in cui si comporta in un circuito DC è molto diverso da come agisce in un circuito CA.
Come gli induttori reagiscono alla corrente DC
Quando si applica una tensione CC a un induttore, inizialmente resiste alla modifica della corrente. Ciò è dovuto alla legge di Lenz, che afferma che la forza elettromotiva indotta (EMF) in un circuito si oppone sempre al cambiamento del flusso magnetico che lo ha causato. In termini più semplici, l'induttore non vuole che la corrente cambi improvvisamente.
Non appena si chiude l'interruttore in un circuito CC con un induttore, la corrente inizia ad aumentare, ma l'induttore genera un EMF posteriore che cerca di evitare che la corrente si alzi troppo rapidamente. L'EMF posteriore è proporzionale al tasso di variazione della corrente attraverso l'induttore. Quindi, all'inizio, quando la corrente sta cambiando rapidamente, l'EMF posteriore è al massimo.
Nel tempo, man mano che la corrente continua ad aumentare, il tasso di variazione della corrente diminuisce. Alla fine, l'induttore raggiunge una condizione di stato costante. In uno stato stabile DC, la corrente attraverso l'induttore è costante. Poiché il tasso di variazione della corrente è zero (perché la corrente non cambia), anche l'EMF posteriore attraverso l'induttore è zero. A questo punto, l'induttore agisce come un circuito corto (un filo con resistenza molto bassa) nel circuito CC.
Il ruolo dell'induttanza
La proprietà che determina come si comporta un induttore si chiama induttanza, indicata dal simbolo L e misurata in Henries (H). L'induttanza dipende da diversi fattori, come il numero di curve nella bobina, l'area trasversale della bobina, la lunghezza della bobina e la permeabilità del materiale centrale (se c'è un nucleo all'interno della bobina).
Una maggiore induttanza significa che l'induttore avrà una più forte opposizione ai cambiamenti nella corrente. Ad esempio, se hai due induttori, uno con un'alta induttanza e uno con una bassa induttanza e si applica la stessa tensione CC ad entrambi, l'induttore con elevata induttanza richiederà più tempo per raggiungere la corrente statale costante.
Applicazioni pratiche di induttori nei circuiti DC
Gli induttori hanno una vasta gamma di applicazioni nei circuiti DC. Un uso comune è negli alimentatori. In un alimentatore DC, gli induttori vengono utilizzati nei circuiti di filtraggio. Aiutano a levigare la tensione di uscita riducendo l'increspatura (piccole fluttuazioni nella tensione CC). Se combinati con condensatori, formano filtri LC che possono effettivamente rimuovere i componenti CA indesiderati dall'uscita CC.
Un'altra applicazione è nei convertitori DC - DC. Questi convertitori vengono utilizzati per modificare il livello di una tensione CC, aumentandolo (convertitore di boost) o abbassandolo (convertitore Buck). Gli induttori svolgono un ruolo cruciale nella conservazione e nel trasferimento di energia durante il processo di commutazione di questi convertitori.
Confronto di diversi tipi di induttori per i circuiti DC
Sono disponibili vari tipi di induttori, ognuno con le proprie caratteristiche adatte a diverse applicazioni DC.
- Aria - induttori del nucleo: Questi induttori non hanno nucleo magnetico. Sono spesso utilizzati in applicazioni ad alta frequenza in cui è richiesto un basso valore di induttanza. Poiché non esiste un nucleo da saturare, possono gestire correnti relativamente elevate senza una distorsione significativa.
- Iron - Iduttori del nucleo: Iron - I core induttori hanno un nucleo fatto di ferro o altri materiali magnetici. Hanno un alto valore di induttanza per un determinato numero di turni rispetto agli induttori del core aria. Tuttavia, sono più inclini alla saturazione ad alte correnti, il che può limitare il loro uso in alcune applicazioni DC ad alta potenza.
- Ferrite - Induttori del nucleo: La ferrite è un tipo di materiale magnetico con basse perdite alle alte frequenze. Ferrite - Gli induttori del nucleo sono comunemente utilizzati negli alimentatori di commutazione e ad altri circuiti DC ad alta frequenza in cui l'efficienza è importante.
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Riferimenti
- Boylestad, RL e Nashelsky, L. (2017). Dispositivi elettronici e teoria dei circuiti. Pearson.
- Nilsson, JW e Riedel, SA (2019). Circuiti elettrici. Pearson.