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ESCUELA POLITECNICA DEL EJERCITO
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Diseo ! Construcci"n de 8o#inas
Michelle Males
Kevin Gómez
Miguel Aguirre
Resumen
En este artículo se presenta la metodología de diseo !
construcci"n de #o#inas$ donde se reali%ar&n prue#as
para lograr o#tener 'alores de inductancia determinados$
para posteriormente compro#ar en una pr&ctica de
la#oratorio si los 'alores o#tenidos e(perimentalmente
cumplen con los 'alores )ue marca el medidor de
par&metros*
Palabras clave— Acoplamiento magn+tico$ inductancia$
diseo el+ctrico$ medidor de par&metros RLC*
•
operacional$ -ace )ue un condensador se comporte
como si ,uese un inductor*
CONSTRUCCION DE BOBINAS
1) Características de una bobina
•
El diseo de inductores se #asa en el principio de
)ue un campo magn+tico 'aria#le induce un
'olta0e en cual)uier conductor en ese campo*
Así$ un inductor pr&ctico puede ser sencillamente
una #o#ina de alam#re como se muestra en la
,igura 5*
INTRODUCCIÓN
Un inductor o #o#ina es un componente pasi'o de
un circuito el+ctrico )ue$ de#ido al ,en"meno de la
autoinducci"n$ almacena energía en ,orma de
campo magn+tico*
Un inductor est& constituido usualmente por una
ca#e%a -ueca de una #o#ina de conductor$
típicamente alam#re o -ilo de co#re esmaltado*
E(isten inductores con n.cleo de aire o con n.cleo
-ec-o de material ,erroso /por e0emplo$ acero
magn+tico1$ para incrementar su capacidad de
magnetismo*
Los inductores pueden tam#i+n estar construidos en
circuitos integrados$ usando el mismo proceso
utili%ado para reali%ar microprocesadores* En estos
casos se usa$ com.nmente$ el aluminio como
material conductor* Sin em#argo$ es raro )ue se
constru!an inductores dentro de los circuitos
integrados2 es muc-o m&s pr&ctico usar un circuito
llamado 3girador3 )ue$ mediante un ampli,icador
4
6igura 57Inductor
La corriente en cada espira de la #o#ina produce
un campo magn+tico )ue pasa a tra'+s de las
espiras 'ecinas* Si la corriente a tra'+s de la
#o#ina es constante$ el campo magn+tico es
constante ! no sucede nada* Sin em#argo un
cam#io en la corriente produce un cam#io en el
campo magn+tico* La energía a#sor#ida o
li#erada del campo magn+tico cam#iante
reacciona contra el cam#io de la corriente$ ! esto
se presenta como un 'olta0e inducido$ el cual es
contrario al cam#io de 'olta0e aplicado* Así$ el
inductor se comporta como una impedancia de la
corriente alterna* A esta propiedad de los
inductores se le conoce como reactancia
inducti'a ! tiene las unidades de o-m*
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:
Los inductores se ,a#rican enrollando alam#re de
'arias con,iguraciones de #o#inas* Esto restringe
el campo magn+tico dentro del espacio ,ísico
alrededor del inductor ! crea el ma!or e,ecto de
inductancia por unidad de 'olumen del elemento*
6igura ; 6actores )ue a,ectan la inductancia9 di&metro*
2) Factores ue a!ectan "a Inductancia#
Los principales ,actores )ue determinan la
magnitud de la inductancia en una #o#ina son9
5* El n.mero de 'ueltas de la #o#ina*
Otro ,actor )ue a,ecta a la inductancia de una
#o#ina es la longitud de +sta* ?a )ue a menor
espaciado entre las espiras producir& un ma!or
campo magn+tico entre ellas a di,erencia de una
con las espiras espaciadas*
:* La resistencia )ue produce el #o#inado
;* El tipo ! ,orma del material del n.cleo /<1
=* El di&metro ! espaciamiento de las 'ueltas
/>1
Los inductores mientras mas 'ueltas de #o#inado
tengan ser& muc-o ma!or el campo magn+tico
)ue produce aumentando el 'alor de />1 !
me0orando el rendimiento de el inductor a
di,erencia de un inductor con pocas 'ueltas ser&
de,iciente necesitara me0orar otras características
como el tipo de n.cleo para compensar
6igura = 6actores )ue a,ectan la inductancia9 longitud
Es usual )ue las espiras de una #o#ina se
enrollen alrededor de n.cleos de material
,erromagn+tico por)ue esto -ace )ue la densidad
de ,lu0o magn+tico dentro de la #o#ina sea
muc-ísimo ma!or )ue si el n.cleo ,uera aire
/6igura @1* La ma!or densidad de ,lu0o permite
una aumento en la inductancia de la estructura*
6igura :*6actores )ue a,ectan la inductancia9 n.mero de 'ueltas
Otro ,actor importante es el diametro de la
#o#ina !a )ue a un menor diametro crecera el
campo magnetico a,ectando directamente la
e,iciencia del inductor$ a menor diametro se
necesitaran menos 'ueltas de alam#re para un
#uen ,uncionamiento !a )ue todo es
proporcional
6igura @ 6actores )ue a,ectan la inductancia9 material del n.cleo
Otra ,orma de aumentar la inductancia de una
#o#ina se relaciona con el n.mero de capas* La
,igura  muestra tres inductores con di,erente
n.mero de capas* La #o#ina A1 tiene una
inductancia pe)uea en comparaci"n con las
otras dos de#ido a )ue tiene una sola capa* La
#o#ina 81 tiene una inductancia ma!or )ue la A1
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de#ido a )ue sus dos capas permiten )ue el ,lu0o
de cada 'uelta interact.e con un n.mero ma!or
de espiras 'ecinas* 6inalmente$ una #o#ina como
la de la ,igura C1 tendra una inductancia ma!or$
pues tiene tres capas / )ue aumenta la interacci"n
de los di'ersos campos magn+ticos1 ! un n.cleo
de ,errita /)ue aumenta la inductancia1
;
materiales )ue se utili%an para el n.cleo son
pastillas de -ierro en pol'o ! #arras de ,errita*
Para -allar en n.mero de alam#re se toma en cuenta
la siguiente relaci"n9
d9 di&metro del alam#re /mm1
Luego de -allar el di&metro del alam#re se 'a a la
ta#la del A donde nos indica a )ue n.mero de
alam#re pertenece$ dic-o di&metro*
&# CONSTRUCCIÓN INDUCTOR
6igura  6actores )ue a,ectan la inductancia9 n.mero de capas
$# CA%CU%O DE %A INDUCTANCIA
La ,"rmula para calcular el 'alor de la inductancia
de una #o#ina similar a la presentada en la ,igura :
es 9
Para el caso de un inductor de n.cleo de ,errita$ el
'alor de
es igual a 5BBB$ mientras )ue para el
inductor con n.cleo de aire el 'alor de este t+rmino
es 5* Se peuden o#ser'ar los di,erentes tipos de
#o#inas
Para aplicaciones con #a0a ,recuencia$ se emplea
inductores con altos 'alores de inductancia
/ma!ores a @ 1* Para el n.cleo del inductor se
emplea -ierro o acero al silicio laminado* Para
aplicaciones de alta ,recuencia se emplea inductores
muc-o m&s pe)ueos /de orden de m ! u1 ! los
Un inductor se ela#ora normalmente como una
#o#ina de material conductor$ típicamente alam#re
de co#re$ en'uelto alrededor de un n.cleo !a sea de
aire o de material ,erromagn+tico o ,errimagn+tico*
>ateriales de n.cleo con una permea#ilidad m&s
alta )ue la del aire aumentan el campo magn+tico !
la con,inan estrec-amente al inductor$ lo )ue
aumenta la inductancia* Inductores de #a0a
,recuencia se constru!en como trans,ormadores$
con n.cleos de acero magn+tico laminado para
e'itar corrientes de 6oucault* 6erritas 3#landos3 son
ampliamente utili%ados para n.cleos por encima de
las ,recuencias de audio$ !a )ue no -acen )ue las
grandes p+rdidas de energía a altas ,recuencias )ue
las aleaciones de -ierro ordinarias lo -acen*
Inductores 'ienen en muc-as ,ormas* La ma!oría
est&n construidos como el esmalte de alam#re
recu#ierto en'uelto alrededor de una #o#ina de
,errita con ca#le e(puesto en el e(terior$ mientras
)ue algunos encierran el ca#le completamente en
,errita ! se conocen como 3#lindado3* Algunos
inductores tienen un n.cleo a0usta#le$ )ue permite
el cam#io de la inductancia* Inductores utili%ados
para #lo)uear ,recuencias mu! altas se -acen a
'eces por encadenar un cilindro de ,errita o perla en
un alam#re*
Inductores pe)ueos pueden ser gra#adas
directamente so#re una placa de circuito impreso
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por colocar la tra%a en un patr"n espiral* Algunos de
tales inductores planares utili%an un n.cleo plana*
=
•
•
Inductores de 'alor pe)ueos tam#i+n pueden ser
construidas en los circuitos integrados utili%ando los
mismos procesos )ue se utili%an para ,a#ricar
transistores* Intercone(i"n de aluminio se usa
típicamente$ dispuestas en un patr"n de espiral de la
#o#ina* Sin em#argo$ las pe)ueas dimensiones
limitan la inductancia$ ! es muc-o m&s com.n el
uso de un circuito llamado 3girador3 )ue utili%a
unos componentes de condensadores ! acti'a a
comportarse de manera similar a un inductor*
&# CONC%USIONES
•
Un inductor o #o#ina es un componente
pasi'o de un circuito el+ctrico )ue almacena
energía en ,orma de campo magn+tico*
•
Tomando en cuenta el n.mero de 'ueltas$ el
'alor de la inductancia de una #o#ina es
igual al cuadrado del n.mero de 'ueltas de
la #o#ina*
•
La inductancia de una #o#ina es
directamente proporcional al &rea trans'ersal
de la #o#ina
•
El espaciamiento entre las espiras de una
#o#ina es in'ersamente proporcional a la
inductancia* A ma!or longitud$ menor
inductancia*
•
La ma!or densidad de ,lu0o permite una
aumento en la inductancia de la estructura
•
El n.mero de capas )ue tiene una #o#ina es
directamente proporcional al 'alor de la
inductancia* A ma!or n.mero de capas$
ma!or inductancia*
'# REFERENCIAS
•
Boylestad - "Análisis Introductorio de
Circuitos" - 8va edición - Sección 12.5
(Los tios de inductores!
•
SI#$S - "Co%onentes lectrónicos" #arco%&o - 1'8 - Códi)o de Bi&lioteca
Central* +21.,81 5S.1'
assallo - "#anual de co%onentes y
circuitos asivos" - diciones CAC Barcelona - 1'81 (Códi)o /201!
assallo - "Co%onentes lectrónicos" diciones CAC - Barcelona - 1'8
(Códi)o /''! - Catulo 0