Filtro para la corriente alterna rectificada.


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Anterior: El Rectificador.

La onda rectificada se pasa por un filtro, el cual está constituido por uno o mas condensadores electrolíticos, para obtener un nivel de tensión continua mucho mejor que el que se obtiene con solo la rectificación con el puente de diodos, en la imagen siguiente se representa como estaría el circuito para la fuente de alimentación hasta el momento con el condensador de filtro incluido.

Filtro

El voltaje de salida rectificado tiene un valor de voltaje en continua igual a Vcd = 2(Vp-1,4)/π también se ha visto que la frecuencia del voltaje rectificado es el doble de la frecuencia del voltaje que sale del secundario del transformador, por ejemplo si la frecuencia de voltaje sin rectificar es de 50Hz(eso depende del país), entonces la frecuencia del voltaje rectificado será 100Hz;con el condensador de filtro lo que logra es mejorar el nivel de salida en continua, el cual se aproximará  al valor de (Vp-1,4) como se verá a continuación, para será de utilidad el siguiente gráfico:

rizo

 Para el primer ciclo del voltaje rectificado, que sale  del puente de diodos, que luego pasa por el filtro (el condensador electrolítico), ocurre lo siguiente, en un inicio el voltaje del ciclo aumenta desde 0V hasta (Vp-1,4)V  el condensador se cargará a través de los diodos que estén activos (D1 y D2 o D3 y D4) hasta (Vp-1,4)V, donde Vp es el voltaje pico de la tensión alterna rectificada, luego el voltaje en el ciclo empezará a disminuir, esto provocará que los diodos que estaban conduciendo se polaricen en inversa y dejen de conducir o se apaguen, ya que la tensión del ánodo de los diodos que es la tensión que sale del secundario del transformador se hará menor que la tensión del cátodo de los diodos que es el valor al cual se ha cargado el condensador, esto porque la constante de tiempo de descarga del condensador es mucho mayor que el periodo de la tensión rectificada, en ese momento el condensador empezará a descargar a través de la resistencia de carga, pero esa descarga será mucha mas lenta que la carga que es a través de los diodos, como el periodo del ciclo es menor que el tiempo de descarga del condensador, llegará un momento mientras el condensador está descargando que la tensión del siguiente ciclo se haga mayor a la tensión que tiene el condensador y provoque que el otro par de diodos diodos se activen y se polaricen en directa y conduzcan la corriente, esto provocará que el condensador vuelva a cargarse hasta (Vp-1,4)V; luego el ciclo disminuirá su valor. los diodos que conducían se apagarán y el condensador descargará, en el siguiente ciclo el otro par de diodos se activarán el condensador nuevamente se cargará y todo ese proceso se repetirá para los siguientes ciclos del voltaje rectificado: ese proceso se puede ver en el esquema anterior en color rojo, se puede ver que solo en el primer ciclo el condensador cargará de 0V a (Vp-1,4)V, luego el condensador empezará a descargar y cargar como se observa en la figura. La forma de onda en color rojo será la que llegue al  filtro de la tensión rectificada en color azul.

A la forma de onda obtenida en la figura en color rojo se le llama rizado si ahora se mide con un multitester la tensión continua sobre la resistencia de carga se observará que esa medida se aproxima a (Vp-1,4), pero aún no es totalmente continua, la diferencia entre el valor máximo y mínimo del rizado se denomina tensión de rizado pico a pico Vppr y tiene un valor que se puede aproximar con la siguiente fórmula:

 Vppr=I/(fC)

Donde I es la corriente continua que se quiere que suministre la fuente de alimentación, f es la frecuencia del rizado que será igual a la frecuencia de la tensión rectificada, que es el doble de la frecuencia del la tensión obtenida en el secundario del transformador que es 50Hz o 60Hz(eso depende del país), por ejemplo si la frecuencia es 50Hz, entonces la frecuencia de rizado será 100Hz; y C es la capacitancia del condensador utilizado como filtro; para que la tensión medida sea totalmente continua, será necesario hacer el rizado lo menor posible esto es  Vppr lo mas pequeño posible.

Para hacer el Vppr pequeño se tendría que disminuir la corriente, pero en la fuente de alimentación se quiere que este sea lo mayor posible ya que si se disminuye la corriente la fuente no servirá de mucho, otra opción sería aumentar la frecuencia de rizado, pero la frecuencia es una constante 100Hz o 120Hz; otr< opción que queda es que la capacitancia del condensador de filtro sea un valor grande, lo  cual puede ser, pero resulta que la capacitancia no debe tener un valor demasiado grande ya que esto afectaría a los diodos y a la bobina del del secundario del transformador.

Los diodos conducirán solo mientras el condensador de filtro se cargue, el tiempo restante estarán  apagados, la reactancia capacitiva Xc viene dada por Xc=1/(2πfC) donde se puede ver que si el valor de C es grande Xc se hace pequeño con lo cual la carga del condensador a través de los diodos y del secundario del transformador sería mas rápida, pero una carga rápida en el condensador trae como consecuencia que la corriente para dicha carga tiene que ser muy grande según di=Cd(Vc)/(dt); y esa corriente grande para cargar el condensador tiene que pasar a través de los diodos y del secundario del transformador; mientras menor sea el tiempo de carga a consecuencia de aumentar C mayor será la corriente y si esa corriente es demasiado grande puede quemar los diodos o la bobina del secundario.  En consecuencia no se puede aumentar la capacitancia del condensador hasta cualquier valor; lo mas recomendable y lo que se sigue si se puede es que el Vppr sea el 10% de(Vp-1,4)V o incluso un poco mas como se verá mas adelante cuando se trate el tema de las fuentes, de esta manera se evitará dañar los diodos y la bobina del secundario; para el caso en que se quiera que Vppr se el 10%  entonces:

vppDe aquí si despejamos C tendremos:

cfr

Mediante la fórmula anterior se puede calcular el valor adecuado para la capacitancia del condensador utilizado como filtro, se utilizará un valor comercial que sea mayor y mas próximo al resultado obtenido.

por ejemplo si se tiene un transformador de 230VCA a 12VCA , entonces el Vp en el secundario será Vp=(√2)*(12), de aquí Vp=17V; se quiere que la corriente máxima que suministre la fuente sea de 1A, y la frecuencia del voltaje de rizado será 100Hz, si la frecuencia de la red eléctrica es de 50HZ.

Reemplazando estos datos en la fórmula anterior se obtiene que C=6,4mF=6400uF, se utilizarán dos condensadores electrolíticos comerciales de 3300uF cada uno conectados en paralelo para obtener 6600uF que esta cercano a lo que da la fórmula; otra característica muy importante a tener en cuenta es el voltaje al cual van a trabajar los condensadores, en este caso se ha visto que el voltaje pico Vp es 17V, entonces los condensadores tienen que poder soportar esta tensión, en este caso los condensadores que utilizan serán de 3300uF a 35V, este valor de voltaje es el doble de la tensión a la que trabajará, esto es lo que se recomienda a la hora de elegir el condensador de filtro para la fuente de alimentación.

Condensador

No olvidar que los condensadores electroliíticos tienen polaridad, y hay que conectarlos adecuadamente en los circuitos, ya que si sse conectamos mal hay riesgo de hacerce mucho daño, la forma de conectarlos será como se indica en la figura inicial de este tema, con el polo positivo y negativo tal como se indica en la figura:

Filtro

El condensador electrolítico para el filtro que se utilice va depender de la fuente que se construyas, se puede calcular con la fórmula anterior, el voltaje del condensador tendrá que ser por lo menos el doble de la tensión pico del voltaje rectificado Vp; para la práctica se hará una fuente cuyo voltaje pico en el rectificador será de 17V  y que pueda suministrar hasta 1A, entonces a la lista de materiales hay que agregar:

  • 2 Condensadores electrolíticos de 3300uF a 35V.

 

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