Introdução à Eletrônica - Indutores

Os indutores são componentes elétricos que podem armazenar energia na forma de campos magnéticos. Eles são compostos de um filamento metálico enrolado em um núcleo ferromagnético. Esses componentes também são comumente chamados de bobinas.

O funcionamento de indutores, em termos simples, é de evitar mudanças bruscas na corrente. Sua unidade de medida no S.I. é Henry (H), que mede a indutância o indutor. Geralmente, a indutância é representada pela letra L. O símbolo do indutor e de uma bobina, ou um fio enrolado, como mostrado na imagem abaixo.

Assim como os capacitores armazenam energia em forma campo elétrico e "atrasam" a mudança de tensões, os indutores fazem isso com a corrente. Isso ocorre porque a corrente, ao passar pela bobina do indutor, gera um campo magnético, que é armazenado pelo núcleo. Porém, a variação desse campo magnético gerado induz uma força eletromotriz (uma tensão) na bobina, influenciando diretamente a corrente na bobina. A corrente (I) gera um campo magnético (B), e a variação desse campo magnético gera corrente.

Portanto, assim como os capacitores, os indutores não tem um comportamento constante no tempo. Sua resposta para as entradas aplicadas demoram um certo tempo para chegar em um regime permanente.

Fórmulas dos Indutores

A principal fórmula dos indutores é:

Ou seja, a tensão do indutor (Uꮮ) é igual a indutância (L) multiplicada pela derivada temporal da corrente do indutor (Iꮮ).

Para entender melhor, vamos simular um circuito indutivo, com um resistor de 10Ω e um indutor de 1H em série.

A imagem abaixo mostra a corrente do indutor. Ao aplicar subitamente uma tensão nesse componente, a corrente leva um tempo para aumentar. Em torno de 0,5s, a tensão chega em seu valor final.

Para explicar esse fenômeno, vamos analisar as tensões nos dois componentes. Na imagem abaixo, a linha azul representa a tensão do indutor, já a verde a tensão do resistor. Vale ressaltar que a tensão de entrada (5V) é igual à soma das tensões do indutor e do resistor. Podemos ver que, logo ao aplicar os 5V, a tensão do indutor passa para 5V e a do resistor permanece em 0V. Ou seja, o indutor consome toda a tensão aplicada no circuito.

Isso ocorre pois, quando os 5V são aplicados, há uma pequena variação na corrente e, consequentemente, no campo magnético do indutor. De acordo com a fórmula acima, a variação na corrente (ou derivada da corrente) gera uma tensão no indutor. Essa tensão consumida pelo indutor faz com que a tensão no resistor seja menor, diminuindo a corrente dos dois componentes.

Podemos ver também que, depois de um tempo, a tensão consumida pelo indutor chega a 0V. Ou seja, logo no início, o indutor age como um circuito aberto e, no final, age como um curto circuito. Comportamento contrário dos capacitores.

Em resumo, adicionar o indutor impede que a corrente mude bruscamente. Caso fosse colocado apenas um resistor, a corrente saltaria de zero para seu valor final instantaneamente. Mas nesse caso, o indutor impede isso.

Associação de Indutores

Assim como com os resistores e capacitores, é possível fazer associações de indutores em série e em paralelo.

Associação em Série

A indutância equivalente de indutores em série é achada pela fórmula:

Associação em Paralelo

A indutância equivalente de indutores em paralelo é calculada como:

Nota-se que as associações de indutores apresentam as mesmas fórmulas que as de resistores.

Conclusões

Em conclusão, os indutores são componentes essenciais em diversos sistemas elétricos e eletrônicos, desempenhando um papel crucial no controle e armazenamento de energia magnética. Sua capacidade de resistir a mudanças na corrente elétrica e sua utilidade em circuitos de filtragem, oscilação e transformação de energia os tornam indispensáveis em uma ampla gama de aplicações, desde fontes de alimentação até sistemas de comunicação.

Compreender os princípios de funcionamento, as características e as aplicações dos indutores é fundamental para o desenvolvimento de tecnologias inovadoras e eficientes. Assim, a contínua pesquisa e aprimoramento desses componentes contribuirão para o avanço de soluções tecnológicas, refletindo sua importância no cenário atual da engenharia elétrica e eletrônica.