Ondulación (eléctrica)

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La ondulación (específicamente voltaje de ondulación) en electrónica es la variación periódica residual del voltaje de CC dentro de una fuente de alimentación que se ha derivado de una fuente de corriente alterna (CA). . Esta ondulación se debe a la supresión incompleta de la forma de onda alterna después de la rectificación. El voltaje de ondulación se origina como la salida de un rectificador o como resultado de la generación y conmutación de energía CC.

La ondulación (específicamente corriente de ondulación o corriente de sobretensión) también puede referirse al consumo de corriente pulsada de dispositivos no lineales como rectificadores de entrada de capacitor.

Además de estos fenómenos que varían en el tiempo, existe una ondulación en el dominio de la frecuencia que surge en algunas clases de filtros y otras redes de procesamiento de señales. En este caso la variación periódica es una variación en la pérdida de inserción de la red frente al aumento de frecuencia. La variación puede no ser estrictamente periódica linealmente. También en este sentido, la ondulación suele considerarse un efecto incidental, siendo su existencia un compromiso entre la cantidad de ondulación y otros parámetros de diseño.

La ondulación es un desperdicio de energía y tiene muchos efectos indeseables en un circuito de CC: calienta los componentes, causa ruido y distorsión y puede provocar que los circuitos digitales funcionen incorrectamente. La ondulación puede reducirse mediante un filtro electrónico y eliminarse mediante un regulador de voltaje.

Ondulación de voltaje

Una forma de onda de voltaje de CC no ideal se puede ver como una combinación de un componente de CC constante (desplazamiento) con un voltaje alterno (CA), el voltaje de ondulación, superpuesto. El componente de ondulación suele ser de magnitud pequeña en relación con el componente de CC, pero en términos absolutos, la ondulación (como en el caso de los sistemas de transmisión HVDC) puede ser de miles de voltios. La ondulación en sí es una forma de onda compuesta (no sinusoidal) que consta de armónicos de alguna frecuencia fundamental que suele ser la frecuencia de la línea de CA original, pero en el caso de fuentes de alimentación de modo conmutado, la frecuencia fundamental puede ser de decenas de kilohercios a megahercios. Las características y componentes de la ondulación dependen de su fuente: existe una rectificación monofásica de media onda y de onda completa, y una rectificación trifásica de media y onda completa. La rectificación puede ser controlada (utiliza rectificadores controlados por silicio (SCR)) o no controlada (utiliza diodos). Además, existe la rectificación activa que utiliza transistores.

Varias propiedades del voltaje de rizado pueden ser importantes dependiendo de la aplicación: la ecuación del rizado para el análisis de Fourier para determinar los armónicos constituyentes; el valor pico (normalmente pico a pico) del voltaje; el valor cuadrático medio (RMS) del voltaje que es un componente de la potencia transmitida; el factor de ondulación γ, la relación entre el valor RMS y la salida de voltaje CC; la relación de conversión (también llamada relación de rectificación o "eficiencia") η, la relación entre la potencia de salida de CC y la potencia de entrada de CA; y factor de forma, la relación entre el valor RMS del voltaje de salida y el valor promedio del voltaje de salida. También se pueden calcular relaciones análogas para la corriente de rizado de salida.

Se puede utilizar un filtro electrónico con alta impedancia en la frecuencia de ondulación para reducir el voltaje de ondulación y aumentar o disminuir la salida de CC; Este tipo de filtro suele denominarse filtro suavizante.

El paso inicial en la conversión de CA a CC es enviar la corriente CA a través de un rectificador. La salida de voltaje de ondulación es muy grande en esta situación; el voltaje de ondulación de pico a pico es igual al voltaje de CA máximo menos el voltaje directo de los diodos rectificadores. En el caso de un diodo de silicio SS, el voltaje directo es 0,7 V; Para los rectificadores de tubo de vacío, el voltaje directo generalmente oscila entre 25 y 67 V (5R4). El voltaje de salida es una onda sinusoidal con los semiciclos negativos invertidos. La ecuación es:

{\displaystyle V_{\mathrm}(t)=V_{\mathrm {AC_{p} }\cdot أ\sin(t)

La expansión de Fourier de la función es:

V_{\mathrm}(t)={\frac {2V_{\mathrm {C_} {\cHFF} {\cH00}} {\cH00}}} {\cH}}} {\cH}}}} {\cH}}}}} {\cH}}}} {\cH}}}}}}} {\c}}}}} {\c}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\}}}} {\p} {\p}}} {\p}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\ }+{\frac {4V_{\mathrm {C_{p}} {\pi}}\cdot \sum _{n=1}{\infty }{\frac {\cos(n\pi)}{1-4n^{2}}\cdot \cos(2n\omega t)}}

Varias propiedades relevantes son evidentes al inspeccionar la serie de Fourier:

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el fundamental (frecuencia de línea) no está presente
la expansión consiste sólo en armónicos de lo fundamental
la amplitud de los armónicos es proporcional a ${\frac {}{n}} {\fn}} {\fn}}} {\fn}}} {\fn}}} {\fn}}}}}} {\fn}}}}}} {\fn}}}}$ Donde $n$ es el orden de la armónica
el término para el armónico de segundo orden ${\displaystyle {\frac {4V_{\mathrm ¿Qué?$ a menudo se utiliza para representar todo el voltaje de onda para simplificar la computación

Los voltajes de salida son:

{\begin{aligned}V_{\mathrm {L}={} {\f} {\fnMicrom} {C}={\frac {V_{\mathrm} {\fnMicrosoft Sans Serif}\\fnMicrosoft Sans Serif}\[6pt]V_{\mathrm {C}={} {\fnMic} {1}{T}\int ¿Qué? {C_} {\cHFF} {\cH00}} {\cH00}}} {\cH}}} {\cH}}}} {\cH}}}}} {\cH}}}} {\cH}}}}}}} {\c}}}}} {\c}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\}}}} {\p} {\p}}} {\p}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\ }{\Big [}-\cos(t){\Big ♪♪ #={\frac {V_{\mathrm {C_}} {\pi}}\left(-\cos(\pi)--\cos(0)\right)\,={\frac {2V_{\mathrm {C_} {\cHFF} {\cH00}} {\cH00}}} {\cH}}} {\cH}}}} {\cH}}}}} {\cH}}}} {\cH}}}}}}} {\c}}}}} {\c}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\}}}} {\p} {\p}}} {\p}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\ ###\[6pt]V_{\mathrm {ripple-rms}={} {\sqrt {{\frac {1}{T}\int ¡No! {1}{T}\int ¡No! {\fnh} {\fnK} {\fnh00}} {\fnh00}} {\fnh} {\fn0}}}\m} {\fn\fn\fnh00} {\fnMicroc} {\fn}} {\fnK} {\f}}} {\fnK\f}}}}}}\f}}}}}}}}}}}}\\\\\\\\\\\\\\\\fnK\fnK\fnK\fnK\fnK\fnK\fn9}}}}}\fnK}}}}}}}\\\\\\\\\\\\\fnK\\fnK}}\\\\\\\\\\\\\\\\\\fnK\\\\\fnK}}\fn9}\fnK}}\\\\\\\\\fnK}}}}}}}}\ [V_{\mathrm] No... [V_{\mathrm {AC_{p}} {4}\sin(2t)+2V_{\mathrm} [AC_{p} }K\cos(t)+K^{2}t\right] #={\sqrt {\frac {1}{\pi}\left({\frac {V_{\mathrm {C_} {\cHFF}}} {2}}}} }{2}-4KV_{\mathrm {C_{p} }+K^{2}\pi\right)}\[6pt] }K=V_{\mathrm {} },{\text{ and replace in terms of }V_{\mathrm {AC_{p} },{\text{ so}\={} {\={} {\sqrt {\fnMicroc {\fnMicrom} {C_} } {2}{2} {\frac} {8}{\pi}V_{\mathrm - ¿Qué? {4} {\fn}V_{\mathrm} {\fnK} {\fnh}}={\sqrt {\fnMicroc {\\fnhm}={\sqrt {\c\cH00} {\fn\fnhm} {\fnhm} {\fnK} {\cHFF} {\f}}}}}} {\f}}}}} {\f}} {\f} {\f}} {\f}\f}\f}}\f}\f}\f}\f}\f}\f}\f}}\f} {\f}\f}\fn\fn\fn\fn\f}\f}\f}\f}}}\fn\fn\fn\fn\fn\fn\sq\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\f}}}}}}}\ {\fnK}} {\fnK}}}\derecha)}-\left({\frac {2V_{\mathrm) {}} {\fn}} {\fnK}}} {\fnK}}} {\fnK}}}}} {\fn}}}}} {\fn}}} {\fnK}}}}}}} {\fn}}}}}}}} {\f}}}}}}}}}}}}}}} {}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}

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dónde

$V_{\mathrm {L}$ es el voltaje del tiempo que va en la carga, ${\displaystyle Silencio\sin(t)$ para el período 0 a T
$T$ es el período $V_{\mathrm {L}$ , se puede tomar como $\pi$ radiantes

El factor de onda es:

{\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {ripple-rms} }{V_{\mathrm {C}}={\sqrt {\fnMic} {\cHFF} .

$\gamma \approx 0.483$

El factor de forma es:

FF={\frac {V_{\mathrm {} {\fn} {\f}} {\fnMicroc {\fnMicroc}} {\fn}}} {\f}}}} {\fn} {\fn}}}}} {\fn}}} {\fn} {\f}}}} {\f}}}}} {\fn} {\f}}}}}}}} {\\\\f}}} {\\f}}}} {\\f}}} {\f}}}} {\f}}}}}}} {\\f} {\f} {\\\\\\\\\\fn}}}}\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\fn} {\fn}\\\\\\\\\\\fn}\\\\\fn}\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\fn}}\\\\\ [V_{\mathrm] {C_} {\cHFF} {\cH00}} {\cH00}} {\cH00}}} {\cH00}}} {\cH00}}} {\cH00}}}} {\cH00}} {\cH}}}} {\cH}}}}} {\cH00}}}}} {\cH}}}}}}}}}}}}} {\cH}}}}}}} {\cH}}}}}}}}}}} {\cH}}}}} {\f}}}}}}}}}}} {\f}}}}}}}}}}} {\f}} {\f} {\f} {\f}} {\f}}}}}}}}}} {\f}}}} {\f}}}}} {\f}}}}}}} {\f}}}}}}}}}}} {\f}}}}}}}}}}}} {2}}{\frac {2V_{\mathrm {C_} {\cHFF} {\cH00}} {\cH00}}} {\cH}}} {\cH}}}} {\cH}}}}} {\cH}}}} {\cH}}}}}}} {\c}}}}} {\c}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\}}}} {\p} {\p}}} {\p}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\

$FF={\pi}{2{\sqrt {2}\approx 1.11$

El factor pico es:

PF={\frac {V_{\mathrm {\fnK}} {\fnMicroc {\fnMicrom} {C_} {\cHFF} {\cH00}} {\cH00}} {\cH00}}} {\cH00}}} {\cH00}}} {\cH00}}}} {\cH00}} {\cH}}}} {\cH}}}}} {\cH00}}}}} {\cH}}}}}}}}}}}}} {\cH}}}}}}} {\cH}}}}}}}}}}} {\cH}}}}} {\f}}}}}}}}}}} {\f}}}}}}}}}}} {\f}} {\f} {\f} {\f}} {\f}}}}}}}}}} {\f}}}} {\f}}}}} {\f}}}}}}} {\f}}}}}}}}}}} {\f}}}}}}}}}}}} {2}}}

$PF={\sqrt {2}$

La tasa de conversión es:

$\eta \approx 0.812\ (81.2\%)$

El factor de utilización del transformador es:

$TUF\approx 0.812\ ({\text{bridge}});\ 0.692\ ({\text{center-tapped}})$

Filtrado

Reducir la ondulación es sólo una de varias consideraciones principales en el diseño de filtros de fuente de alimentación. El filtrado de la tensión de ondulación es análogo al filtrado de otros tipos de señales. Sin embargo, en la conversión de energía CA/CC, así como en la generación de energía CC, se pueden generar altos voltajes y corrientes, o ambos, como ondulaciones. Por lo tanto, los componentes discretos grandes, como los condensadores electrolíticos con corriente de ondulación alta, los choques con núcleo de hierro grandes y las resistencias de potencia bobinadas son los más adecuados para reducir la ondulación a proporciones manejables antes de pasar la corriente a un componente de CI como un regulador de voltaje, o a un la carga. El tipo de filtrado requerido depende de la amplitud de los distintos armónicos de la ondulación y de las demandas de la carga. Por ejemplo, un circuito de entrada de bobina móvil (MC) de un preamplificador de fono puede requerir que la ondulación se reduzca a no más de unos pocos cientos de nanovoltios (10⁻⁹V). Por el contrario, un cargador de batería, al ser un circuito totalmente resistivo, no requiere ningún filtrado de ondas. Dado que la salida deseada es corriente continua (esencialmente 0 Hz), los filtros de ondulación generalmente se configuran como filtros de paso bajo caracterizados por capacitores en derivación y bobinas de choque en serie. Las resistencias en serie pueden reemplazar a los inductores para reducir el voltaje de CC de salida, y se pueden usar resistencias en derivación para regular el voltaje.

Filtrado en fuentes de alimentación

La mayoría de las fuentes de alimentación ahora tienen diseños de modo conmutado. Los requisitos de filtrado para dichas fuentes de alimentación son mucho más fáciles de cumplir debido a la alta frecuencia de la forma de onda ondulada. La frecuencia de ondulación en las fuentes de alimentación de modo conmutado no está relacionada con la frecuencia de la línea, sino que es un múltiplo de la frecuencia del circuito cortador, que suele estar en el rango de 50 kHz a 1 MHz.

Filtros de entrada de condensador vs estrangulador

Un filtro de entrada de capacitor (en el cual el primer componente es un capacitor en derivación) y un filtro de entrada de estrangulador (que tiene un estrangulador en serie como primer componente) pueden reducir la ondulación, pero tienen efectos opuestos en el voltaje y la corriente, y la elección entre ellos depende de las características de la carga. Los filtros de entrada de condensadores tienen una mala regulación de voltaje, por lo que se prefieren para su uso en circuitos con cargas estables y corrientes bajas (porque las corrientes bajas reducen la ondulación aquí). Los filtros de entrada de estrangulador se prefieren para circuitos con cargas variables y corrientes altas (ya que un estrangulador genera un voltaje estable y una corriente más alta significa menos ondulación en este caso).

El número de componentes reactivos en un filtro se llama orden. Cada componente reactivo reduce la intensidad de la señal en 6 dB/octava por encima (o por debajo para un filtro de paso alto) de la frecuencia de esquina del filtro, de modo que un paso bajo de segundo orden El filtro, por ejemplo, reduce la intensidad de la señal en 12 dB/octava por encima de la frecuencia de esquina. Los componentes resistivos (incluidas resistencias y elementos parásitos como el DCR de las bobinas de choque y la ESR de los condensadores) también reducen la intensidad de la señal, pero su efecto es lineal y no varía con la frecuencia.

Una disposición común es permitir que el rectificador funcione en un condensador de suavizado grande que actúa como depósito. Después de un pico en el voltaje de salida, el capacitor suministra corriente a la carga y continúa haciéndolo hasta que el voltaje del capacitor ha caído al valor del siguiente medio ciclo de voltaje rectificado que ahora aumenta. En ese punto, el rectificador conduce nuevamente y entrega corriente al depósito hasta que se alcanza nuevamente el voltaje máximo.

En función de la resistencia de carga

Si la constante de tiempo RC es grande en comparación con el período de la forma de onda de CA, entonces se puede hacer una aproximación razonablemente precisa suponiendo que el voltaje del capacitor cae linealmente. Se puede hacer una suposición útil adicional si la ondulación es pequeña en comparación con el voltaje de CC. En este caso, el ángulo de fase a través del cual conduce el rectificador será pequeño y se puede suponer que el capacitor se descarga completamente de un pico al siguiente con poca pérdida de precisión.

Con las suposiciones anteriores, el voltaje de ondulación de pico a pico se puede calcular como:

La definición de capacitancia $C$ y corrientes $I$ son

{\begin{aligned} {\text{\pp}\\\\\\\\\f}t_{\text{ave}}t_{\text{ave}},\end{aligned}}} {\f}} {\f}} {\f}} {\f}}}}}}}}}}}}

Donde $Q$ es la cantidad de cargo. La corriente y el tiempo $t$ se toma desde el inicio de la descarga del condensador hasta el voltaje mínimo en una señal rectificada de onda completa como se muestra en la figura a la derecha. El tiempo $t_{\text{ave}$ entonces sería igual a la mitad del período de la entrada de onda completa.

t_{\text{ave}={\frac} {\fnK} {\fnMicroc}} {\fnMicroc}} {\fnMicroc}} {1}{2f}

Combinar las tres ecuaciones anteriores para determinar $V_{\text{pp}$ da,

{\displaystyle V_{\text{pp}={\frac {Q} {C}={\frac} {I_{\text{ave}t_{\text{ave} {C}}} {}} {\f}} {\f}}} {\f}}}} {\f}}}} {\f} {\f}}}} {\f}}}}}} {\f}} {\f}}} {\f}}}}}} {\f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\\\\\\f}}}}}}}} {\f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\

Así, para un rectificador de onda completa:

$V_{\mathrm {}={\frac {}{2fC}} {\f}$

dónde

$V_{\mathrm {}$ es el voltaje de onda pico a pico
$I$ es la corriente en el circuito
$f$ es la frecuencia fuente (línea) de la potencia AC
$C$ es la capacitancia

Para el valor RMS del voltaje ondulado, el cálculo está más involucrado como la forma de la onda ondulada ondulada tiene un efecto en el resultado. Suponiendo que una forma de onda de sierra es una suposición similar a las anteriores. El valor RMS de una onda de sierra es ${\fnMicroc {\fnK} {\fnK} {\fnMicrosoft} {\fnK}} {\fn}}} {\fn}}} {\fn}}} {\fnK}}} {\fn}}}} {\fn\f}}}}}} {\fn\fn\f}}}} {}}}$ Donde $V_{\mathrm {}}$ es tensión máxima. Con la aproximación posterior que $V_{\mathrm {}}$ es ${\frac {\fnMicrom} {pp} } {2}$ , produce el resultado:

V_{\mathrm {rms} {\fnMicroc {\fnK} {\fnK}}{2{\sqrt {}}={4{\sqrt {3}fC}={\frac {V_{\mathrm} {C}} {4{\sqrt {3}fCR}}

Donde

V_{\mathrm {DC}=IR

$\gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} {\fn} {\fn} {\fnK} {\fn}} {\fn} {\fn\fn}} {\fn}} {\fn}}} {\fn} {\fn} {\fn}} {\fn}} {\fn}}}} {\fn}}} {\\fn}}}} {\\\\\\\\\fn\\\\\fn\\\\fn}}\\\\\\\\\fn}}}}}\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\fn}}}\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\m\fn\m}}}\\\\\\\\\\\fn}}}\\\\\\\\\\\\\\\\m}}}}}\\\\\\\\\\\\\\m}}}\ {3}fCR}}$ $\approx 0.453{\frac {X_{\mathrm {C} {R}} {R}}} {C}} {R}}}} {R}}} {}}} {}}}} {}}}}}} {}}}}} {C}}} {}}}}}}}}} {}}}} {}}}}}}} {}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}} {}}}}}}}} {}} {}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}} {}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}$

dónde

$\gamma$ es el factor de onda
${\displaystyle R.$ es la resistencia de la carga
Para la fórmula aproximada, se supone que X_C ≪ R; esto es un poco más grande que el valor real porque una onda de sierra comprende armónicos extraños que no están presentes en el voltaje rectificado.

En función del estrangulador en serie

Otro método para reducir la ondulación es utilizar un estrangulador en serie. Un estrangulador tiene una acción de filtrado y, en consecuencia, produce una forma de onda más suave con menos armónicos de alto orden. Por el contrario, la salida de CC está cerca del voltaje de entrada promedio, a diferencia del voltaje con el capacitor de depósito que está cerca del voltaje de entrada máximo. Comenzando con el término de Fourier para el segundo armónico e ignorando los armónicos de orden superior,

{\displaystyle V_{\mathrm {2f}(t)={\frac {4V_{\mathrm ¿Qué?

el factor de ondulación viene dado por:

{\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {\fnMicrosoft Sans Serif}= {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans {\fnMicrosoft Sans}} {\fnMicrosoft Sans} {\fnMicrosoft Sans} {\fnMicrosoft Sans}}}}}} {\f}}}}}}}}}}}}}}} {\\\\\\\\\\\\\\fnMicrom}}}}}}}}\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\fnMicrom}}}}}}\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\fnMicrom}}}}}}}}}}}}}\\\\\\\\\fnMicrom}\\\\\\\\\\\\ {1}{0}\int _{0}}\left({\frac {4V_{\mathrm} {C_{p}} {3\pi}\cos(2\omega t)\right)}\cdot Z_{\mathrm {RL} {\text{\text{where }Z_{\mathrm {RL}{\text{ is the impedance of the RL filter formed by the choke and load}}\[8pt]={\frac {4V_{\mathrm {C_} {}} {3}}} {3}} {}}}}} {\cH}}}} {\c\c\c\c}}}}}} {\c\c\c\cH}}}}}}}} {\c\cH}}}}} {\c\c\c\cH}}}}}}} {\c\c\c}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} }{\sqrt {\frac {\f} {\fn}\m} {\fnMicroc} {\fn} {\fn}} {\fn} {\fn}}} {\fnK}} {\fnK}} {\f}}} {\fn\f} {\fn\fnK\f}\f}}}}} {\f} {\f}\f}}\f}\f}\fn\f}\fn\f}\f}}\f}\f}}}}\f}\f}\f}\fn\fn\fn\f}\f}\f}\f}\f}\f}\f}}\fn\fn\f}\fn\f}}\fn\f}\fn\fn\fn\f}\fn\fn}\fn}\fn\fn\f}\fn\f}\\fn\f}}}}}\fn {\fnK}\fn0}\cdot {\fn0}\cdot {\fnK}}\cdot {\cdot {\fnK}}}\cdot {\fn0} {\fnK}}}\cdot {\f} {\cdot} {\fnMic}}} {\c}}}} {\c}}}}}}}}}}}\cdot}}}\cdot}}}}\cdot} {\cdot} {\f} {\cdot} {\f} {\f}} {\f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\cdot} {\cdot} {\cdot} {\cdot} {\cdot} {\cdot} {\f} {\f} {\f} {\f}\f}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {R}{\sqrt [R^{2}+X_{\mathrm] {\fnK}} {\fnMicroc}} {\fnMicroc}}} {\fnK}}}} {\fn}}}}}}} {\fnMicroc} {4V_{\mathrm {C_} {}} {3}}} {3}} {}}}}} {\cH}}}} {\c\c\c\c}}}}}} {\c\c\c\cH}}}}}}}} {\c\cH}}}}} {\c\c\c\cH}}}}}}} {\c\c\c}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\fnK} {\fnK}}\cdot {\f} {\fnh} {\fnh} {\fnh}} {\fn}}} {\fn}\fnK}} {\fn}\fn}} {\f}\fn\f}\fn\fn\fnK\f}} {\f}\f}\f}\f}\f}} {\f}\f}\fn}\fn}\fn}\fn}\f}\f}\fn}\f}\f}\f}\fn}\fn}\fn}\f}\f}\f}\f}\f}\f}\f}\fn}\f}\fn}\f}\fn}\cdot}\cdot}\cdot} {\cdot} {\cdot} {\cdot} {\cdot} {\cdot} {\cdot\cdot [R^{2}+X_{\mathrm] {\fnK}} {\fnMicroc}} {\fnMicroc}}} {\fnK}}}} {\fn}}}}}}} {\fnMicroc} {4V_{\mathrm {C_} {\cHFF} {\cH00}} {\cH00}} {\cH00}} {\cH00}} {\c\cH00}} {\cH00}}} {\cH00}}} {\cH00}}} {\c\cH00}} {\cH00}}}} {\c\cH00}}}}}}}}}}}} {\cH}}}} {\c\c\cH}}}}}} {\c\c\c\cH}}} {\cH}}} {\c\cH}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\cH00}}}}}}}}} {\cH00}}}}}}}}}}}}}}}}} {\cH}} {\c\c {2}\pi}\cdot {\fnMicroc} {R}{X_{\mathrm {L}}}}.

Para $R\ll X_{L},$

{\begin{aligned}V_{\mathrm {C}={\sqrt {\left({\frac {2V_{\mathrm {C_} {}} {\fnMicrosoft Sans Serif} } {2}={\frac {2V_{\mathrm {\fnK} {\fnMicrosoft Sans Serif} }{2}=K{\frac {R^{2}{X_{\mathrm} {\fnK} {\fnMicrosoft Sans Serif} {\fnMicrosoft Sans Serif}\[8pt]\gamma ={} {\fnMicroc} {V_{\mathrm {rms} } {V_{\mathrm {}}=\left.{\frac {4V_{\mathrm {C_} {\cHFF} {\cH00}} {\cH00}} {\cH00}} {\cH00}} {\c\cH00}} {\cH00}}} {\cH00}}} {\cH00}}} {\c\cH00}} {\cH00}}}} {\c\cH00}}}}}}}}}}}} {\cH}}}} {\c\c\cH}}}}}} {\c\c\c\cH}}} {\cH}}} {\c\cH}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\c\cH00}}}}}}}}} {\cH00}}}}}}}}}}}}}}}}} {\cH}} {\c\c {2}\pi}\cdot {\fnMicroc} {R}{2\omega L}\right/{\frac {2V_{\mathrm {C_} {\cHFF} {\cH00}} {\cH00}}} {\cH}}} {\cH}}}} {\cH}}}}} {\cH}}}} {\cH}}}}}}} {\c}}}}} {\c}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}} {\c}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\}}}} {\p} {\p}}} {\p}}}}}}}}}}}}} {\p}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\ {\fnK} {\fnK} {\fnK}\fnK}}\mega L}.\[8pt] }X_{\mathrm {L}=2\omega L,{\text{where }L{ is the inductance of the choke}}};{\text{ in the more familiar form,}\\\approx {} limit0.471{\frac {R}{X_{\m}} {\text{ for }R\ll X_{L}\end{aligned}}

Esto es un poco menos de 0,483 porque los armónicos de orden superior se omitieron de la consideración. (Ver Inductancia).

Hay una inductancia mínima (que es relativa a la resistencia de la carga) necesaria para que una serie de estrangulamiento lleve a cabo continuamente la corriente. Si la inductancia cae por debajo de ese valor, la corriente será intermitente y el voltaje DC de salida aumentará del voltaje de entrada promedio al voltaje de entrada pico; en efecto, el inductor se comportará como un condensador. Esa inductancia mínima, llamada inductancia crítica es $L={\frac {R}{2\pi (3f)}$ donde R es la resistencia a la carga y f la frecuencia de línea. Esto da valores de L = R/1131 (a menudo declarado como R/1130) por 60 rectificación Hz mains, y L = R/942 para 50 Rectificación de Hz. Además, la interrupción de la corriente a un ductor hará que su flujo magnético colapse exponencialmente; como caídas actuales, un pico de tensión compuesto de resultados armónicos muy altos que pueden dañar otros componentes del suministro de energía o circuito. Este fenómeno se llama voltaje voltaje.

La impedancia compleja de un inductor en serie es efectivamente parte de la impedancia de carga, de modo que los circuitos con carga ligera tienen una ondulación aumentada (justo lo opuesto a un filtro de entrada de capacitor). Por esa razón, un filtro de entrada de estrangulador casi siempre forma parte de una sección de filtro LC, cuya reducción de ondulación es independiente de la corriente de carga. El factor de ondulación es:

\gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} {\fnK} {\fnK}}={\frac {\ sqrt {2}{3}\cdot {\frac}{4\omega ^{2}CL}\approx 0.471{\frac {X_{\mathrm {C}{X_{\mathrm} {}}

dónde

$\omega =2\pi f$

En circuitos de alto voltaje/baja corriente, una resistencia puede reemplazar el inductor en serie en una sección de filtro LC (creando una sección de filtro RC). Esto tiene el efecto de reducir la salida de CC y la ondulación. El factor de ondulación es

\gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} {\fnMicroc} {\fnMicroc {\fnMicroc {\fnMicroc} {\fnMicroc}}} {\fnMicroc {\fnMicroc}} {\fnMicroc {\fn\f}}}}} {\f}}}}} {\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn\fn}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {\fn\\\fn\fn\fn\fn\\fn\\\\\\fn\fn\fn\\fn\\\fn\fn\fn\\\\fn\\\\fn\fn\\\\fn\ {R}{\m\m} {L}}}} {3{\sqrt {2}}\omega CR}={\frac {1}{3{\sqrt {2}}\omega CR}\approx 0.471{\frac {X_{\mathrm}}}}\omega CR}}}\approx 0.471{\fn0\fm} {C} {R}} {R}}} {C}} {R}}}} {R}}} {}}} {}}}} {}}}}}} {}}}}} {C}}} {}}}}}}}}} {}}}} {}}}}}}} {}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}} {}}}}}}}} {}} {}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}} {}}}}} {}}}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}} {}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}}

si R_L " R, que hace una sección de filtro RC prácticamente independiente de carga

dónde

$\omega =2\pi f$
${\displaystyle R.$ es la resistencia del filtro resistor

Del mismo modo, debido a la independencia de las secciones del filtro LC con respecto a la carga, un condensador de depósito también suele ir seguido de uno que da como resultado un filtro Π de paso bajo. Un filtro Π da como resultado un factor de ondulación mucho más bajo que un filtro de entrada de condensador o estrangulador solo. Puede ir seguido de secciones de filtro LC o RC adicionales para reducir aún más la ondulación a un nivel tolerable por la carga. Sin embargo, el uso de estranguladores está en desuso en los diseños contemporáneos por razones económicas.

Regulación de voltaje

Una solución más común cuando se requiere un buen rechazo de la ondulación es utilizar un condensador de depósito para reducir la ondulación a algo manejable y luego pasar la corriente a través de un circuito regulador de voltaje. El circuito regulador, además de proporcionar un voltaje de salida estable, filtrará incidentalmente casi toda la ondulación siempre que el nivel mínimo de la forma de onda de la ondulación no descienda por debajo del voltaje que se está regulando. Las fuentes de alimentación de modo conmutado suelen incluir un regulador de voltaje como parte del circuito.

La regulación de voltaje se basa en un principio diferente al filtrado: se basa en el voltaje inverso máximo de un diodo o una serie de diodos para establecer un voltaje de salida máximo; También puede utilizar uno o más dispositivos de amplificación de voltaje, como transistores, para aumentar el voltaje durante las caídas. Debido a las características no lineales de estos dispositivos, la salida de un regulador está libre de ondulaciones. Se puede fabricar un regulador de voltaje simple con una resistencia en serie para reducir el voltaje seguida de un diodo zener en derivación cuyo voltaje inverso máximo (PIV) establece el voltaje de salida máximo; Si el voltaje aumenta, el diodo desvía la corriente para mantener la regulación.

Efectos de la onda expansiva

Ripple no es deseable en muchas aplicaciones electrónicas por diversas razones:

onda representa la potencia de desperdicio que no puede ser utilizado por un circuito que requiere corriente directa
la onda causará la calefacción en los componentes del circuito DC debido al paso actual a través de elementos parasitarios como ESR de condensadores
en las fuentes de alimentación, el voltaje de onda requiere que el voltaje máximo de los componentes sea más alto; la corriente de onda requiere que los elementos parasitarios sean más bajos y la capacidad de disipación sea mayor (los componentes serán más grandes y la calidad tendrá que ser mayor)
transformadores que suministran corriente ondulada a circuitos de entrada capacitivos necesitarán tener calificaciones de VA que excedan su carga (vatio)
La frecuencia de onda y sus armónicos están dentro de la banda de audio y por lo tanto serán audibles en equipos tales como receptores de radio, equipo para reproducir grabaciones y equipo de estudio profesional.
La frecuencia de onda está dentro del ancho de banda de vídeo de televisión. Los receptores de Analogue TV mostrarán un patrón de líneas onduladas móviles si hay demasiada onda.
La presencia de onda puede reducir la resolución de los instrumentos electrónicos de prueba y medición. En un osciloscopio se manifestará como un patrón visible en la pantalla.
Dentro de los circuitos digitales, reduce el umbral, al igual que cualquier forma de ruido del carril de suministro, en el que los circuitos lógicos dan salidas incorrectas y los datos están dañados.

Corriente ondulada

La corriente ondulada es una forma de onda periódica no sinusoidal derivada de una fuente de alimentación de CA caracterizada por pulsos de ancho de banda estrecho y de alta amplitud. Los pulsos coinciden con la amplitud máxima o casi máxima de una forma de onda de voltaje sinusoidal acompañante.

La corriente ondulada da como resultado una mayor disipación en porciones resistivas parásitas de circuitos como ESR de condensadores, DCR de transformadores e inductores, resistencia interna de baterías de almacenamiento. La disipación es proporcional a la resistencia actual al cuadrado (I²R). El valor RMS de la corriente de rizado puede ser muchas veces el valor RMS de la corriente de carga.

Ondulación en el dominio de la frecuencia

Ripple en un prototipo de quinto orden Filtro Chebyshev

La ondulación en el contexto del dominio de la frecuencia se refiere a la variación periódica en la pérdida de inserción con la frecuencia de un filtro o alguna otra red de dos puertos. No todos los filtros presentan ondulación; algunos tienen una pérdida de inserción que aumenta monótonamente con la frecuencia, como el filtro Butterworth. Las clases comunes de filtros que exhiben ondulación son el filtro de Chebyshev, el filtro de Chebyshev inverso y el filtro elíptico. La onda no suele ser estrictamente periódica linealmente, como se puede ver en el gráfico de ejemplo. Otros ejemplos de redes que exhiben ondulación son las redes de adaptación de impedancia que se han diseñado utilizando polinomios de Chebyshev. La ondulación de estas redes, a diferencia de los filtros normales, nunca alcanzará los 0 dB con una pérdida mínima si se diseñan para una transmisión óptima a través de la banda de paso en su conjunto.

La cantidad de ondulación se puede cambiar por otros parámetros en el diseño del filtro. Por ejemplo, la tasa de caída desde la banda de paso a la banda de parada se puede aumentar a expensas de aumentar la ondulación sin aumentar el orden del filtro (es decir, el número de componentes permanece igual). Por otro lado, la ondulación se puede reducir aumentando el orden del filtro y al mismo tiempo manteniendo la misma tasa de caída.

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