Dominando el Diseño de Inductores de Núcleo de Aire: Guía Completa

Uno de los componentes más pequeños pero esenciales de un circuito eléctrico es el inductor. Los inductores son dispositivos eléctricos que almacenan energía cuando circula corriente a través de ellos. Cuando hay un cambio en la cantidad de corriente eléctrica que pasa por el dispositivo, el inductor actúa como equilibrador, evitando el cambio de corriente o pérdida en el núcleo al liberar la energía almacenada en el circuito. En este artículo, analizamos en profundidad una categoría de inductores: el diseño de inductores de núcleo de aire.

¿Qué es un Inductor de Núcleo de Aire?

Un inductor de núcleo de aire es un inductor que no tiene material sólido o ferromagnético entre el alambre bobinado.

Los inductores de núcleo de aire operan basándose en que el aire tiene una conductividad eléctrica relativamente mínima.

Esto significa que la inductancia del núcleo de aire también es baja, produciendo un campo magnético débil.

Debido a la pequeña producción de campo magnético de los núcleos de aire, pueden lograr un aumento de corriente más rápido mientras previenen la pérdida de señal. Esto ocurre principalmente cuando un inductor produce mayores intensidades de campo magnético en un circuito eléctrico.

Por tanto, los expertos prefieren los inductores de núcleo de aire sobre sus homólogos de núcleo ferromagnético, como el hierro.

Estos últimos (inductores de núcleo ferromagnético) suelen saturarse y experimentar pérdida de corriente cuando se enfrentan a rangos de frecuencia superiores a 100 MHz.

Diseño de Inductor de Núcleo de Aire: Calculando Inductores de Núcleo de Aire

También llamados valores de inductancia o valores de corriente.

Los inductores de núcleo de aire se dividen en dos grupos:

1. Inductor de núcleo de aire de una sola bobina
2. Inductor de núcleo de aire multicapa

Como sugieren sus nombres, un inductor de núcleo de aire simple tiene solo una bobina, mientras que un inductor multicapa tiene numerosas bobinas enrolladas.

Inductor de Bobina Simple

Para calcular la inducción de un inductor de bobina de una sola capa, se pueden aplicar ecuaciones de inductor de núcleo de aire.

Fórmula 1

Donde:

• L: Longitud de la bobina en milímetros
• n: Número de vueltas de la bobina
• D: Diámetro de la bobina en milímetros

Fórmula 2

Donde:

• N: Número de vueltas
• r: Radio de la bobina en pulgadas
• l: Longitud del devanado en pulgadas
• L: Inductancia en microhenrios (µH)

Inductor de Bobina Multicapa

Aquí se puede utilizar la fórmula de Wheeler:

Donde:

• h: Altura de la bobina en milímetros
• n: Número de vueltas de la bobina
• d: Diámetro de la bobina en milímetros o la mitad del radio

Los expertos argumentan que una bobina multicapa tiene mayor corriente. También se puede calcular la densidad de flujo magnético de la bobina de núcleo de aire.

Fabrica tus Propios Inductores de Núcleo de Aire

A veces buscas un inductor de núcleo de aire específico (componente axial) y resulta difícil de encontrar. La situación empeora si buscas uno que funcione bien en circuitos RF. Y cuando lo encuentras, suele ser muy costoso.

Afortunadamente, a continuación se describen los pasos para fabricar inductores de núcleo de aire o bobinas de núcleo de aire con excelente factor Q.

Materiales Necesarios

• Forma de bobina (coil form)
• Bloque de espaciado y acero eléctrico
• Tornillos de nylon de cabeza plana
• Pegamento o epoxi
• Alambre (también llamado línea de espaciado)
• Alambre de cobre o aluminio – material del núcleo

Procedimiento

Fabricación de la Forma de Bobina

• Cortar ranuras en un tubo de PVC, de 9,5 mm de ancho.
• Hacer dos pequeños orificios en la forma de bobina (tubo PVC), uno en cada extremo.
• Para una bobina mayor que produzca mayor campo magnético y carga eléctrica, necesitarás una forma de bobina más grande.
• Extraer el bloque central de la bobina usando un taco y un martillo.

Devanar la Bobina

Como nuestra forma de bobina es circular, devanaremos una bobina cilíndrica.

• Usar cordón de espaciado o alambre de devanado.
• También usar línea de monofilamento de nylon para espaciado más cerrado y cable de altavoz para espaciado más amplio.
• Asegurarse de usar longitud de alambre similar a la longitud de la bobina.
• Espaciar las bobinas al menos una vez y media el diámetro para equilibrar inductancia y eficiencia.
• Para una bobina más ordenada, mantenerla tensa durante el proceso. Lograr la tensión pasando el alambre por un torno.

• Colocar el bloque en la forma de bobina, línea de espaciado y alambre en los orificios.
• Comenzar a devanar girando la forma de bobina horizontalmente.
• Continuar hasta:
  • Llenar completamente (bobina de capa simple)
  • La bobina alcance el tamaño requerido (bobina de aire multicapa)
  • Alcanzar la profundidad de bobina necesaria
• Establecer un diámetro objetivo de devanado para dirección y mejor rendimiento.

Construcción de Costillas de Bobina

• Colocar las bobinas en tiras separadas.
• Posicionar un molde en la parte interna para evitar que el adhesivo gotee a otras partes.
• Insertar cinta eléctrica en la parte interna de la bobina.
• Si la forma de bobina es pequeña y el espacio de trabajo es reducido, usar palitos de manualidades cubiertos con cinta.

Precauciones con el Adhesivo

• Usar pegamento de curado normal.
• Aplicar poca cantidad y dejar que penetre en los otros alambres de la bobina.
• Evitar que el epoxi toque la forma.

Aplicar epoxi solo en un lado cada vez; evitar cinta de doble cara.

Retirar la Forma de Bobina

• Dar tiempo suficiente de curado al adhesivo – al menos 8 horas – y luego retirar el bloque espaciador.
• Cortar la combinación de alambres que pasan por la forma de bobina junto a tu bobina de núcleo de aire.
• Tu bobina saldrá fácilmente y tendrá estabilidad mecánica, una bobina circular perfecta.

Conectar la Bobina

• Antes de colocar cables en las bobinas de inductancia, retirar el recubrimiento plástico de la superficie.
• Finalmente, soldar los cables a los extremos del inductor de núcleo de aire para conectarlo al circuito eléctrico.

Montaje de tu Bobina

• Cortar las cabezas de los tornillos de nylon e insertar una vuelta en el extremo de la bobina en ambos lados.
• Completar el montaje fijando los postes de nylon en las posiciones insertadas y añadiendo adhesivo para firmeza en la bobina cilíndrica.

Tu inductor de núcleo de aire ya está completo.

Aplicaciones de Inductores de Núcleo de Aire

Los inductores de núcleo de aire tienen una amplia variedad de aplicaciones:

• Circuitos de transmisores de radio y receptores de televisión.
• Fabricación de circuitos snubber.
• Mejora de inductancia de pico inferior.
• Fabricación de circuitos de filtro.

Resumen

De todos los tipos de inductores, se comprende por qué los de núcleo de aire superan a los de material ferromagnético. Esto concluye el artículo, pero recuerda contactarnos para cualquier consulta.