Calculo del filtro para un circuito rectificador.

La tensión en la carga que se obtiene de un rectificador de onda completa es una forma de pulsos. En un ciclo de salida completo, la tensión en la carga aumenta de cero a un valor de pico, para caer después de nuevo a cero.

 

Esta no es la clase de tensión continua que utilizan la mayoría de circuitos electrónicos, los circuitos necesitan una tensión constante, similar a la que produce una batería. Para obtener este tipo de tensión rectificada en la carga es necesario emplear un filtro.

 

Filtros Pasivos RC y LC.

Antes de los años setenta se conectaban filtros pasivos entre el condensador del filtro y la carga para reducir el rizado a menos del 1%.

 

La intención es obtener una tensión continua casi perfecta, similar a la que proporciona una pila. En la actualidad es muy raro ver filtros pasivos en diseños de circuitos nuevos, es más común usar circuitos estabilizadores de tensión. Sin embargo estos estabilizadores tienen sus limitaciones y es posible que no quede más remedio que usar un filtro pasivo.

 

Con la regla del 10 por 100 se obtiene una tensión continua en la carga de aproximadamente el 10%.

 

Filtro RC:

 

La figura muestra dos filtros RC entre el condensador de entrada y la resistencia de carga. El rizado aparece en las resistencias en serie en lugar de hacerlo en la carga. Valores adecuados para las resistencias y los condensadores son:

 

R = 6,8 ohms, C = 1000 µF

 

Con estos valores cada sección atenúa el rizado en un factor de 10, se coloca una, dos, o tres secciones RC.

 

La desventaja principal del filtro RC es la pérdida de tensión en cada resistencia. Esto quiere decir que el filtro RC es adecuado solamente para cargas pequeñas. Es útil si se tiene un circuito digital controlando relés, estos relés crean ruidos en la alimentación provocando el mal funcionamiento del circuito digital, con una sección de este filtro para la alimentación digital se soluciona el problema.

 

La caída de tensión en cada resistencia viene dada por la ley de Ohm:

 

V = I * R

 

donde I es la corriente de salida de la fuente y R la resistencia en serie con la carga.

 

Filtro LC:

 

Cuando la corriente por la carga es grande, los filtros LC de la figura presentan una mejora con respecto a los filtros RC. La idea es hacer que el rizado aparezca en los componentes en serie, bobinas en este caso. Además, la caída de tensión continua en las bobinas es menor porque solo intervienen la resistencia de los devanados.

Los condensadores son de 1000 µF y las bobinas entre más grandes mejor. Normalmente estas últimas ocupan casi tanto espacio como el transformador, de hecho, parecen transformadores, con una sola sección se reduce el rizado hasta niveles bajísimos.

 

Filtro C

El tipo más común de filtro es un condensador. La corriente que pasa por el diodo es a pulsos, los pulsos aportan carga al condensador para que se mantenga la corriente de salida constante durante la no conducción del diodo. Esto quiere decir que el diodo tiene que conducir "de una sola vez" todo lo que no puede conducir durante el resto del ciclo.

 

Es muy normal, entonces, que en una fuente de 1 Amperio esos pulsos lleguen hasta 10 Amperios o más. Un diodo 1N4001 soporta 1 amperio de corriente media y pulsos de hasta 30 amperios. Si se coloca un condensador mayor se reduce el rizado, pero al hacer esto se reduce también el tiempo de conducción del diodo, Como la corriente media que pasa por los diodos es la misma e igual a la corriente de carga, los pulsos de corriente se hacen mayores:

 

La forma en que se calcula el valor del condensador a filtro es:

 

 

 

 

fr  factor del ripple

 

La salida de tensión entre los tiempos TA y TB depende de la constante de tiempo RLC de la ecuación de descarga de un capacitor, la salida de voltaje en el tiempo TB es:

 

 

 

Dividiendo entre Eo (pk):

 

 

 

 

 

Se invierte esta ecuación y se saca el logaritmo natural:

 

 

El  valor del capacitor C es:

 

                                        ecuación 2

 

Se calcula el valor del capacitor C en términos de cantidades conocidas, como son; la corriente de carga y el voltaje de salida, el periodo entre el tiempo TA y TC genera la frecuencia del ripple:

 

 

 

El tiempo entre los puntos D y B es:

 

 

 

 

                                                     ecuación 3

 

Combinando la ecuación 3 con la ecuación 2 se obtiene:

 

 

 

 

Para un circuito rectificador de media onda el capacitor se calcula con: