La maggior parte di ciò che vorresti sapere sulle bobine di filo ma non hai paura di chiedere

Se sei un costruttore elettronico alle prime armi, acquisirai familiarità con i componenti elettronici comuni. Resistori, condensatori, transistor, diodi, LED, circuiti integrati. Questi sono il foraggio per innumerevoli progetti di apprendimento e illumineranno le breadboard di molti proprietari di Raspberry Pi o Arduino.

C'è un'evidente omissione in quell'elenco, l'induttore. È vero, non è un componente con molte applicazioni in semplici circuiti analogici o logici, ed è anche un po' più costoso di altri componenti passivi. Ma questa omissione crea un divario nella conoscenza rispetto agli induttori, una tendenza a considerare il loro utilizzo come una sorta di arte nera e una trepidazione riguardo al loro utilizzo in kit e progetti.

Pensiamo che questo sia un peccato, quindi segue un'introduzione agli induttori per i principianti, un tentativo di demistificarli e incoraggiarvi a guardarli di nuovo se vi siete sempre tenuti alla larga da loro.

Se consideriamo un conduttore elettrico attraversato da corrente, la legge di Oersted ci dice che la corrente creerà un campo magnetico attorno al conduttore. Se la corrente che scorre attraverso il conduttore cambia, la legge di Lenz ci dice che, poiché provoca una variazione del campo magnetico, ciò a sua volta induce una corrente nel conduttore che si oppone alla corrente che scorre al suo interno. Questa proprietà viene chiamata induttanza.

L'induttanza si misura in Henries, meglio descritta in un semplice copia e incolla dell'enciclopedia che non è necessario memorizzare: "L'induttanza di un circuito elettrico è un henry quando risulta una corrente elettrica che cambia a un ampere al secondo in una forza elettromotrice di un volt attraverso l'induttore". In pratica un henry è un'unità piuttosto grande, quindi è più probabile che incontrerai millihenry, microhenry o addirittura nanohenry.

Naturalmente, un singolo conduttore, o un pezzo di filo, non ha molta capacità di creare un campo magnetico, quindi non ha molta induttanza. È possibile aumentare l'induttanza aumentando la lunghezza del conduttore, ma poiché presto si esaurirà lo spazio per pezzi di filo molto lunghi è normale che tutti gli induttori, tranne quelli più piccoli, abbiano quel lungo tratto di filo avvolto in una bobina, e attorno ad un nucleo costituito da un materiale con una permeabilità magnetica superiore a quella dell'aria. Pertanto il simbolo schematico di un induttore è una rappresentazione di una bobina di filo.

Quindi abbiamo affrontato cos'è un induttore. Che ne dici di cosa fa? Dove ne utilizzerai uno e come verrà utilizzato?

Se sei uno sperimentatore o un costruttore elettronico, molto probabilmente incontrerai un induttore in un filtro CC, un inverter buck/boost, come un trasformatore o, se ti piace la radio, in un circuito sintonizzato o un filtro RF. Non si limitano a questa selezione, ma considerare questi casi dovrebbe servire a demistificare gli induttori e incoraggiarvi a dare loro un'altra occhiata.

Hai mai aperto un alimentatore switching, magari un modello ATX da un PC? Certo che sì, sei un lettore di Hackaday! Se hai esaminato i componenti, avrai notato un gruppo di induttori con bobine di spesso filo di rame ricoperto di smalto accanto al punto in cui emergono i cavi CC per alimentare il computer. Questi servono insieme ai condensatori di livellamento come filtro, per rimuovere le alte frequenze e lasciare solo la corrente continua nell'uscita dell'alimentatore.

Se ricordi il paragrafo precedente in cui abbiamo menzionato che una corrente che cambia rapidamente provoca un campo magnetico variabile che a sua volta induce una corrente opposta, potresti iniziare a capire la teoria di come funzionano questi filtri: quelle correnti opposte ad alta frequenza indotte annullano l'ingresso correnti responsabili, mentre la componente continua stabile non provoca alcuna variazione del campo magnetico e quindi nessuna corrente inversa e passa senza opposizione.

Gli inverter buck e boost, al confronto, utilizzano la capacità dell'induttore di immagazzinare energia come un campo magnetico per convertire in modo efficiente la potenza CC da una tensione a un'altra. Se fai passare una corrente attraverso un induttore stai immagazzinando energia nel campo magnetico che hai creato attorno ad esso, quando interrompi la corrente quel campo collassa e rilascia la sua energia inducendo una corrente inversa nell'induttore. Questo processo avviene molto rapidamente, quindi una quantità significativa di energia può essere rilasciata in un tempo molto breve sotto forma di picco di tensione molto elevato. A volte questo picco è un fastidio, ad esempio i driver dei relè incorporano un diodo per condurlo in sicurezza lontano dai transistor, ma in un convertitore boost l'induttore viene ripetutamente pulsato con energia e i picchi risultanti vengono deviati attraverso un diodo in un condensatore di riserva da cui un è possibile derivare una tensione di uscita più elevata.