Che cos’è un’induttanza e come funziona? In che tipo di circuiti elettronici viene impiegato questo prezioso componente? Bentornato (o benvenuto se per te è la prima volta) nella mia scuola di automazione industriale.
Oggi voglio parlarvi delle induttanze, visto che alla base dell’automazione industriale ci sono le apparecchiature elettroniche, e senza l’induttanza l’elettronica non esisterebbe.
In questa lezione scopriamo come questo componente elettrico è fatto, come funziona, e dove viene utilizzato nei circuiti elettronici.
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Ecco gli argomenti di questa lezione:
Le caratteristiche di funzionamento dell’induttanza.
Com’è costruita l’induttanza.
L’unità di misura dell’induttanza: l’ Henry (H).
Utilizzo delle induttanze nei circuiti filtro.
Utilizzo dell’induttanza nei circuiti RF (radiofrequenza).
Lo sapevate che le induttanze (indicate normalmente con la lettera L) fanno parte della nostra vita di tutti i giorni? Per esempio negli alimentatori delle apparecchiature elettroniche contenenti trasformatori, nelle radio, e negli apparecchi ad alta frequenza.
Possiamo tranquillamente affermare che anche le induttanze, così come le resistenze, i transistor e i condensatori, sono tra i componenti più utilizzati nell’elettronica, e senza di queste il mondo oggi sarebbe molto diverso.
Le caratteristiche di funzionamento dell’induttanza.
Così come avviene per il condensatore, anche l’induttanza immagazzina energia, tuttavia lo fa trasformandola in un campo magnetico, invece che in un campo elettrico.
Questo componente è in grado di preservare l’energia e di rilasciarla molto velocemente, per questo trova largo impiego in circuiti ad alte frequenze, come quelli in radiofrequenza.
Chi si interessa di radio non può non aver sentito parlare di induttanze, soprattutto per ciò che concerne i circuiti filtro, e anche in componenti di base come i trasformatori l’induttanza costituisce il cuore degli apparecchi stessi.
Ecco nella prossima figura il principio di funzionamento dell’induttanza.
Quando attraversata dalla corrente, l’induttanza genera un campo magnetico che dipende dal numero di spire di cui è fatta e dalle caratteristiche geometriche del componente.
Quando serve, l’induttanza rilascia l’energia immagazzinata, e questo avviene in assenza di alimentazione della stessa; possiamo vedere il funzionamento nella figura quì sotto.
Come vediamo nell’immagine sopra, con lo switch chiuso la batteria fornisce energia che viene trasformata dal componente induttivo in un campo magnetico; aprendo l’interruttore la batteria viene esclusa, e il campo magnetico si trasforma in energia.
Com’è costruita l’induttanza.
Il cuore dell’induttanza, chiamato anche nucleo, è solitamente un componente solido in ferrite. Attorno a questo viene avvolto un filo conduttore, formando un certo numero di spire.
Di induttanze ne esistono di tanti tipi, tra i quali troviamo gli SMD, quelli accoppiati come nei trasformatori, quelli con terminali e i Chip Baluns; questi componenti si distinguono anche in base al colore, utile per calcolarne le caratteristiche.
L’unità di misura dell’induttanza: l’ Henry (H).
L’unità di misura dell’induttanza è l’Henry, abbreviato con la lettera “H”, questa indica la capacità del componente di opporsi alla variazione di corrente.
L’induttanza si calcola come rapporto tra la tensione e la variazione di corrente, e ciò che è fondamentale considerare è che la capacità di opporsi al transito di cariche elettriche è direttamente proporzionale alla frequenza di lavoro.
Utilizzo delle induttanze nei circuiti filtro.
Nella figura che segue vediamo un semplice circuito filtro passa basso, costituito di una resistenza e un’induttanza.
Nel diagramma elettrico mostrato sopra, aumentando la frequenza aumenta la caduta di potenziale ai capi dell’induttanza, diminuendo così quella misurata ai capi della resistenza.
Con frequenze più basse invece, una maggior quota di potenziale cadrà ai capi della resistenza, lasciando così passare maggior segnale.
Per quanto riguarda i filtri passa alto invece, ne possiamo trovare uno nella prossima immagine.
Nel circuito raffigurato quì sopra, a frequenze basse la bobina diminuirà la caduta di tensione ai suoi capi, tendendo a cortocircuitare escludendo la resistenza Rload; per cui la maggior parte della tensione cadrà ai capi della resistenza R1, mentre solo una piccola parte cadrà ai capi della resistenza di carico stessa.
All’aumentare della frequenza l’induttanza aumenta la sua impedenza, andando ad aumentare la caduta di tensione ai suoi capi, che corrispondono agli stessi della resistenza di carico: la caduta di potenziale sull’induttanza e sulla resistenza è lo stesso (punti 0 e 2).
Utilizzo dell’induttanza nei circuiti RF (radiofrequenza).
Come accennato in precedenza, le induttanze trovano largo impiego nei circuiti ad alta frequenza e in quelli di sintonia, come quelli presenti nelle radio (sia quelle che trasmettono che quelle che ricevono).
Nell’immagine che segue è rappresentato un semplice circuito oscillatorio (o oscillante) con due resistenze, un condensatore e un’induttanza; questi circuiti si chiamano LCR, dove L sta per induttanza, C per condensatore, e R per resistenza.
l circuito raffigurato sopra è un oscillatore armonico per la corrente che entra in risonanza seguendo alcune leggi fisiche, le stesse che governano i circuiti LC.
La resistenza in questo caso serve a smorzare le oscillazioni che avvengono in questo tipo di circuiti quando non sono alimentati.
In pratica in questo circuito condensatore e induttanza si caricano a vicenda. Il condensatore immagazzina energia elettrica e la rilascia caricando l’induttanza; poi dal campo magnetico dell’induttanza l’energia viene rilasciata ricaricando il condensatore stesso.
In altre parole, è come se il condensatore volesse cedere la propria energia all’induttanza, la quale invece vuole che la propria energia passi al condensatore.
La direzione del flusso di elettroni spostati dall’induttanza caricando il condensatore, è opposta a quella indotta dal condensatore durante la scarica.
Il processo si ripete, e in una situazione ideale continuerebbe all’infinito, dato che però in ogni circuito elettrico esiste una resistenza, una parte dell’energia viene dissipata in calore, diminuendo così piano piano quella disponibile nel circuito stesso.