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INDUCTANCIAS (BOBINAS) Y REACTANCIA INDUCTIVA
INDUCTANCIA:
Este nombre se aplica a las bobinas y al efecto que produce cuando circula una
corriente por ella. Sabido es que cuando una corriente circula por un conductor
genera alrededor de él un campo magnético por inducción (de ahí surge el
nombre inductancia)
La inductancia se mide en Henrys, pero como es un valor extremadamente
grande se utilizan valores como el milihenry (mHy) que es la milésima parte de
un henry ó el microhenry o microhenrio (millonésima parte de un henry) (µHy).
La inductancia de una bobina depende exclusivamente de sus medidas físicas
(el radio, la longitud, la cantidad de espiras) y se la designa con la letra L
mayúscula así que: L(µHy)= 0,363 x a2 x n2÷ (9ª + 10b) donde:
L: Es el valor de la inductancia en microhenrys (µHy)
a= Radio de la bobina en centímetros (cm)
b= Longitud del arrollamiento en centímetros (cm)
n= Cantidad de espiras que tiene la bobina o arrollamiento
a
radio (cm)
3 vueltas = n
b
longitud del arrollamiento (cm)
REACTANCIA
Las bobinas o inductancias generan un campo magnético cuando las atraviesa
una corriente de determinada frecuencia y este campo magnético a su vez
genera una contracorriente en el bobinado que a determinadas frecuencias
puede ser tan alta que impida el paso de la corriente inicial como si fuera una
verdadera resistencia. A esta resistencia inducida se la llama REACTANCIA.
Su valor se mide en Ohms y depende de dos valores principales la frecuencia
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aplicada y la inductancia de la bobina, es decir cuánto más alta es la frecuencia
o la inductancia más alta será su reactancia. Por ejemplo:
Una bobina de 14 vueltas, 4 cm de radio y 10 cm de longitud. Si le aplicamos
220 volts a 50 ciclos de la línea comercial produciremos un verdadero
cortocircuito, pero si le aplicamos 7 millones de ciclos ( 7.000 kilociclos) ó 7
megaciclos notaremos que la corriente que circula por la bobina es mucho más
pequeña y que hay un fuerte campo magnético alrededor de la misma. A
frecuencias mucho más altas la bobina puede llegar a comportarse como un
verdadero aislador y no circula ninguna corriente como si en el circuito hubiera
una resistencia de valor infinito en lugar de una bobina.
La aplicación práctica de esto son las antenas multibandas.
El elemento donde aplicamos la potencia (elemento excitado) será primero
sobre la banda de 10 metros. A este dipolo le agregamos en sus extremos una
bobina cuya reactancia haga imposible que el dipolo “vea” al resto de la antena
que sigue a continuación. Luego continua el tramo para 15 metros y hacemos
lo mismo y así sucesivamente para todas las bandas que queramos operar con
una sola bajada de coaxil en su centro. Hay otras aplicaciones que veremos
más adelante, pero esta es la más importante para los radioaficionados.
LA REACTANCIA INDUCTIVA llamada así porque la realiza una bobina tiene
un valor en Ohms definido por la siguiente fórmula:
Xl= 2 fL.
Donde:
Xl: Reactancia Inductiva en Ohms
2 = 6,28
f= Frecuencia en ciclos por segundo
L= Inductancia en henrys.
En circuitos de radiofrecuencia los valores de inductancia son pequeños y la
frecuencia es en megaciclos (MHz). Entonces, por ejemplo para la banda de 80
metros la reactancia se expresa en microhenrios y la frecuencia en megahertz.
Entonces, para una bobina con núcleo de aire, es decir que no tiene introducido
ningún material metálico dentro de la bobina, la reactancia de dicha bobina
cuya inductancia es de 40 microhenrios (40µHy), la frecuencia es de 3.650 Khz
(3,65 MHz) la fórmula es:
Xl= 2 fL= 2 x 3,14x 3,65x40= 6,28x3,65x40= 916 ohms
INDUCTANCIAS (BOBINAS) CON NUCLEO DE HIERRO
El caso más típico son los transformadores que se utilizan en las fuentes de
alimentación cuando queremos cambiar una tensión alterna por otra. Un
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ejemplo son las fuentes de alimentación para equipos de comunicaciones cuya
salida es de 13,8 volts de corriente contínua.
Como primera medida el transformador reduce la tensión de 220 volts a
18 ó 20 volts de corriente alterna. Esta corriente alterna es rectificada con lo
que se obtiene una tensión contínua de + ó – 24 volts. Pero nosotros
necesitamos 13,8 volts regulados. A continuación la tensión de 24 volts se hace
pasar por un sistema regulador que entrega los 13,8 volts que necesitamos (Lo
veremos en el capítulo de fuentes de alimentación, fundamental para el buen
funcionamiento de los equipos de comunicaciones)
Volvamos al tranformador: Sabido es que cuando una corriente alternada
circula por un arrollamiento se genera un campo magnético variable y si en
este introducimos otra bobina de características iguales a la primera
obtendremos la misma tensión que la de entrada. (fenómeno reversible: una
corriente genera un campo y un campo genera una corriente)
Si al mismo arrollamiento le introducimos un núcleo de hierro la inductancia
aumenta enormemente, por lo tanto aumenta el campo.
Este fenómeno es aprovechado para transferir energía (transformador) de un
circuito a otro a través de un acoplamiento magnético. Es decir que el bobinado
que genera el campo (bobinado primario) está aislado eléctricamente del
bobinado que convierte el campo en corriente eléctrica (bobinado secundario)
Pero, ¿Qué ocurre si el bobinado secundario tiene características diferentes
que el primario?
En esto se basa la obtención de diferentes tensiones en el bobinado
secundario o en varios bobinados secundarios (Un transformador puede tener
más de un bobinado secundario, caso típico de las computadoras o de los
equipos a válvulas) Por ejemplo: el primario se conecta a los 220 volts 50 hertz
y tres secundarios a saber: Uno de 6,3 volts, uno de 24 volts y otro de 600
volts. Todos de 50 hertz , es decir que con el acoplamiento magnético la
frecuencia de la línea no varía.
Las tensiones que se obtienen en el secundario pueden ser mucho menores o
mucho mayores que en el primario, dependiendo esto de las relaciones de
bobinados en el transformador (es decir la cantidad de vueltas que tenga cada
bobinado secundario con respecto al del primario.
Hay otro tipo de transformadores, como los pequeños que se entregaron en la
clase práctica que se utilizan en las fuentes llamadas conmutadas y que se
describirán en el capítulo de fuentes de alimentación.
El cambio de la inductancia cuando se introduce un elemento metálico dentro
de una bobina se aprovecha en radiofrecuencia. Tal es el caso de las bobinas
con núcleo de hierro pulverizado, ferrita, aluminio, cobre, etc. Generalmente
estos núcleos no son fijos, sino que se pueden variar manualmente para
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aumentar o disminuir la inductancia según el material que se utilice. Esto se
hace con el propósito de sintonizar a máximo rendimiento los circuitos de
radiofrecuencia que hemos visto en los cursos de radioaficionados, tanto en
transmisión como en recepción.
¿Qué se logra con agregar núcleos metálicos a las bobinas de radiofrecuencia
(RF)? Se logra disminuir su tamaño porque el agregado de un núcleo aumenta
grandemente su inductancia. Por ejemplo: Bobinas de frecuencia intermedia,
osciladoras y de amplificadores de RF en receptores, pasos preamplificadores
en transmisores.
También hay pequeños bobinados con núcleo de hierro o ferrita que se utilizan
como filtros de línea en la entrada de 220 V de computadora, en receptores de
televisión y en receptores de comunicaciones para evitar que los pulsos de alta
frecuencia de conmutación pasen a la línea de 220 y produzcan interferencias
indeseables.
6 VCA
24 VCA
Primario 220 VCA
600 VCA
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