Download unidad temática 2. circuitos filtros y fuentes no reguladas de voltaje

ELECTRÓNICA I. APUNTES DE CLASE
UNIDAD TEMÁTICA 2. CIRCUITOS FILTROS Y FUENTES NO
REGULADAS DE VOLTAJE
2.1 CIRCUITOS FILTROS
Teniendo en cuenta que la mayor parte de los aparatos electrónicos deben trabajar
con corriente continua esencialmente pura o similar a la que se obtiene de una
batería. Debido a la salida de un circuito rectificador no se debe aplicar
directamente a un aparato electrónico sin antes haber limitado su ondulación o
componente alterna. A los circuitos utilizados para alisar dicha ondulación se les
llama filtros a través de los cuales se obtiene un voltaje DC más estable.
2.1.1 Clases de filtros
2.1.1.1 Filtro capacitivo
La salida de un rectificador se caracteriza por sus ondulaciones (componente AC)
porque la energía se suministra a la carga en forma de pulsos. Tales ondulaciones
se atenuarán considerablemente si se almacena una parte de la salida producida
durante los pulsos, con el fin de liberarla y suministrarla a la carga en los intervalos
que hay entre los pulsos.
El condensador como filtro se conecta a la salida del rectificador y en paralelo con
este mismo y con la carga (ver figura No 33). En paralelo debido a que el
condensador se debe cargar a un nivel de voltaje igual a vp de la señal rectificada.
Además se usa un condensador electrolítico cuya polaridad debe coincidir con la
polaridad del circuito rectificador, si no es así el condensador se daña.
El objetivo del condensador como filtro es eliminar la componente AC del voltaje
rectificado.
Figura No. 33. Circuito filtro capacitivo
Fuente: http://es.scribd.com/
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La figura No. 34 muestra la salida de la señal filtrada del circuito No 33
Figura No. 34. Voltaje de salida de la señal filtrada
Fuente: apuntes Electrónica I Mabel Rocío Díaz Pineda. Bucaramanga 2016
Puesto que el ciclo de carga y descarga del condensador ocurre cada medio ciclo
de un rectificador de onda completa, el periodo de la formal de onda de la señal
rectificada es T/2, es decir el doble de la frecuencia de la señal de entrada, a este
proceso se le conoce en los filtros capacitivos como Detección pico o rectificación
pico.
Factor de rizado (Kr): Es la variación entre el voltaje de rizado y el voltaje DC
filtrado y está dado por la siguiente ecuación:
Kr = VACriz/( VDCriz) , por lo tanto, el rizado de la señal filtrada es:
r = Kr * 100%
Por otro lado de la Figura No. 34 se obtienen las siguientes fórmulas:
VDCriz= Vp – (Vppriz/2)
Voltaje DC a la salida del filtro o
VDCriz = VpRL /( 1+ √ 3*r)
Voltaje DC a la salida del filtro
VACriz = Vppriz / (2√3)
Voltaje AC a la salida del filtro
Vppriz = IDC / (2*fent*C) , Donde fent = 60Hz
voltaje pico-pico de rizado
C = 0.24 / (RL* r)
capacitancia
IDC = VDC riz / RL
r = VACRL / (VDCRL) * 100%
rizado de la señal rectificada
Donde VACRL = 0.385 Vp
RMO
VACRL = 0.308 Vp
ROC
VDCRL = 0.636 Vp
ROC
VDCRL = 0.318 Vp
RMO1
Fent = frecuencia de entrada
VACRL = voltaje AC rectificado o sin filtrar
VDCRL = voltaje DC rectificado o sin filtrar
IDC = corriente DC que pasa por el filtro
1
RMO: rectificación media onda
ROC: rectificación onda completa
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NOTA: para cualquier clase de filtro si el rizado r ≤ 6.5% entonces V DCriz = VP
2.1.1.2 Filtro Inductivo
El inductor o bobina es otro dispositivo que puede almacenar y liberar
alternadamente energía eléctrica.
La bobina se conecta en serie con la carga (Figura No. 35) con el fin de alisar la
corriente alterna.
La inductancia almacena la energía en un campo magnético, mientras la intensidad
de la corriente rectificada crece y cede eta energía más o menos rápidamente según
la constante de tiempo L/RL, cuando la corriente de la señal rectificada de la fuente
va disminuyendo, es decir, que si el factor tao es pequeño se obtiene menor filtrado
debido a que la componente de alterna aumenta, pero si el factor L/RL es grande
se obtiene mejor filtrado porque la componente alterna (rizado) disminuye. Luego si
el factor L/RL es demasiado grande, se tiene entonces que el rizado tiende a cero
voltios (VACriz = 0v) mientras que el VDCriz = VDCRL (detección promedio), es decir,
que los filtros inductivos también reciben el nombre de detectores de valor promedio,
debido a que VDCriz = VDCRL porque la inductancia “choquea o estrangula” la señal
rectificada por encima y por debajo del valor promedio entregado por el rectificador.
Figura No. 35 Circuito filtro inductivo
Fuente: http://www.monografias.com
2.1.1.3 Circuito Filtro de entrada simple inductiva (Filtro L)
Este circuito se denomina de entrada simple inductiva o por choque debido a la
capacidad que tiene el inductor para choquear el paso de la componente de alterna
que circula por la carga (RL).
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En la figura No. 36 se muestra el circuito de entrada simple inductiva
Figura No. 36 Circuito filtro de entrada simple inductiva
Fuente: http://www.monografias.com/
El filtro de entrada simple inductiva está constituido por una bobina, un condensador
y una resistencia. La bobina está en serie con la carga con el fin de alisar la
componente de la corriente alterna, el condensador está en paralelo para alisar la
tensión.
La bobina permite que la componente de DC pase a través de ella fácilmente,
porque la reactancia inductiva (XL= 2*π*f *L) tiende a 0Ω para una señal de DC
(circuito cerrado) debido a que F = 0Hz. El condensador impide que la componente
DC pase a través de él, porque a su reactancia capacitiva ( Xc= 1/(2*π*f*C) tiende
a infinito ( circuito abierto) debido a que f=0Hz. Por lo tanto idealmente toda la
componente DC que pasa por la inductancia llega a la carga (RL). Del circuito de la
figura No. 36 se generan las siguientes fórmulas:
VDCriz= (VDCRL *RL)/ (RDC + RL)
Voltaje DC filtrado
VACriz = VACRL *(XC/XL)
Voltaje AC filtrado
XC = 1/(2*π*fsal*C)
inductancia capacitiva
XL= 2*π*fsal*L
inductancia inductiva
L= RL/ (6*π*fsal)
inductancia
Fsal = 60 Hz para ctos con rectificación media onda
Fsal = 120 Hz para ctos con rectificación onda completa
RDC = resistencia DC de la bobina
RL = resistencia de carga
VDCRL = voltaje DC rectificado
VACRL = voltaje AC rectificado
2.1.1. 4 Circuito filtro de entrada simple capacitiva o filtro LC
Ni el filtro simple capacitivo, ni el de entrada simple inductiva pueden eliminar
eficientemente las ondulaciones (componente AC rectificada) del voltaje, por lo cual
se usa filtros en los cuales se combinan los dos métodos. En la figura No. 37 se
muestra un filtro de entrada simple capacitiva, el cual recibe este nombre debido a
que el primer elemento que actúa como filtro después del rectificador es una
capacitancia (C1).
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Figura No. 37. Circuito filtro de entrada simple capacitiva
Fuente: http://www.monografias.com/
Del circuito de la figura No. 37 se generan las siguientes ecuaciones:
VDCriz= (VDCc1 *RL)/ (RDC + RL)
Voltaje DC filtrado
VACriz = VACc1 *(XC/XL)
Voltaje AC filtrado
XC = 1/(2*π*fsal*C)
inductancia capacitiva
XL= 2*π*fsal*L
inductancia inductiva
Fsal = 60 Hz para ctos con rectificación media onda
Fsal = 120 Hz para ctos con rectificación onda completa
RDC = resistencia DC de la bobina
RL = resistencia de carga
VDCc1 = es el voltaje DC del condensador C1
VACc1= es el voltaje AC del condensador C1
2.2 FUENTES DC NO REGULADAS
Las fuentes de alimentación no reguladas se usan en aquellos casos en los que las
variaciones del voltaje de salida no son críticas como por ejemplo en muchos
circuitos de radios, cargadores de pilas, etc. Se emplean por su característica de
bajo costo y simplicidad.
Tipos de fuentes no reguladas:
1- Fuente de alimentación con rectificador de media onda.
2- Fuente de alimentación con rectificador de onda completa.
3- Fuente de alimentación con rectificador de puente de onda completa.
4- Fuente de alimentación con multiplicador de voltaje.
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En la figura No. 38 se muestra el diagrama de bloques de una fuente regulada de
voltaje DC
Figura No. 38 fuente regulada de voltaje DC
Fuente: http://www.electronicadigitalfuente.blogspot.com.co