Filtro de Choque Profesor: Gerson Villa González
Filtro de Choque
En el pasado, el filtro de choque se empleaba frec frecue uent ntem emen entte par para filt filtrrar la sali salida da de un rectificador. Aunque se ha dejado de usar, por razón de su costo, tamaño y peso, este tipo de filtro tiene valor didáctico y ayuda a comprender más fácilmente otros filtros
Idea
Básica
El filtro que se muestra en la Figura 1a se denomina filtro de choque. La fuente alterna produce una corriente en la bobina, condensador y resistencia. La corriente alterna en cada componente depende de la reac eactancia inductiv tiva, de la reactancia del conde onden nsado sadorr y de la resis sistenc encia. ia. La bobi bobina na tiene una reactancia dada por:
X
L !
2T
fL
El condensador tiene una reactancia dada por: X C
1 !
C 2T f
Como se estudio en cursos pasados, la bobina tiene ti ene la ca cara ract cter erís ísti tica ca pr princ incipa ipall de op opone onerse rse al cambio en la corriente. Debido a ello, un filtro de choque reduce la corriente alterna en la resistencia de carga a cer ero o. En una segunda apr aproxima ximaci ción ón,, reduc educe e la corr corrie ient nte e por por la car carga alterna a un valor muy pequeño. Descubramos por qué.
El primer requisito de un filtro de choque bien diseñado consiste consiste en que X c a la frecuencia de entrada sea mucho menor que RL. Cuando esta condición se satisface, podemos ignorar la resistencia de carga y usar el circuito equivalente equivalente de la Figura 1b.
a. Filtro Filtro de Choque Choque b. Circuito equivalente en alterna
El segundo requisito de un filtro de choque bien diseñado consiste en que XL sea mayor que Xc a la frecuencia de entrada. Cuando se cumple esta condición, la tensión de salida alterna se aproxima a cero. Por otro lado, como el choque se aproxima a un cortocircuito a 0 Hz y el condensador se asemeja a un circuito abierto a 0 Hz, la corriente continua puede pasar a la resistencia de carga con pocas perdidas.
En la Figur gura 1b, el circuito actúa como un divisor de tensión reactivo. Cuando XL es mucho mayor que Xc, casi toda la tensión alterna cae a través del choque. En este caso, la tensión de salida alterna es igual a: X Vout }
C
X L
V in
Por ejemplo, si XL = 10 kf2, X c = 100 R y V in = 15 V , la tensión de salida alterna es: Vout }
100; 10k ;
15V ! 0.15V
En este ejemplo, el filtro de choque reduce la tensión alterna por un factor de 100.
Filtrando la salida de un rectificador
La Figur gura 2 muestra un filtro de cho choque entre tre un rectificador y una carga. El rectificador puede ser del tipo de media onda, onda completa o puente. ¿Que efecto tiene el filtro de choque en tensión de carga? La forma más fácil de resolver este problema consiste en usar el teorema de superposición. Recordemos que este teorema dice: si tienes dos o más fue fuentes, anali nalizza el circ circui uitto para cada fuen uente separadamente y después añade las tensiones individuales para obtener la tensión total .
La salida del rectificador tiene dos componentes diferentes: una tensión continua (el valor medio) y una tensión alterna (la parte fluctuante), como aparece en la F igura 2. Cada una de estas tensiones actúa como una fuente separada. Por lo que concierne a la tensión alterna, X L es mucho mayor que Xc, y esto resulta en una tensión alterna muy pequeña a través de la resistencia de carga. Incluso aunque la componente alterna no sea una onda sinusoidal, para la ec ecu uac ació ión n anterior todavía es buena aproximación para la tensión alterna en la carga.
a. Rectific Rectificador ador con filtro filtro de choque b. La salida salida del recti rectific ficador ador tiene componentes de alterna y de continua c. Circuito Circuito equivalen equivalente te de continua d. La salida salida del filtro filtro es es la la corriente directa con un pequeño rizado.
El circuito funciona como en la Figura 1c en lo referen erentte a la tensi ensión ón conti continua nua.. A 0 Hz, la reactancia inductiva es cero y la reactancia inita. Solo olo perm perman anec ecen en las capacitiva es infini resistencias en serie de los enrollamientos de la bobina. Haciendo Rs mucho menor que RL provoca que la may or parte de la componente continua aparezca a través de la resistencia de carga.
Así es como funciona un filtro de choque: casi toda oda la component ente continua se pasa a la resistencia de carga, y casi toda la componente alterna se bloquea. De esta forma orma,, obt obtenem enemos os una una tensi ensión ón alt alterna erna casi asi perfecta, ya que es prácticamente constante, como la tensión que sale de una bateria. La Figura 1d muestra la salida filtrada para una señal de onda completa.
La única desviación de una tensión continua perfecta es la pequeña tensión continua alterna en la carga mostrada en la Figura 1d. Esta pequeña tensión alterna en la carga se denomina rizado. Podemos medir su valor de pico a pico con un osciloscopio.
Principal Desventaja
Una Una fuen fuentte de alim alimen enttación ción es el circu ircuit ito o, dentro de los equipos electrónicos, que convierte la tensión de entrada alterna en una tensión de salida continua casi perfecta. Incluye un rectificador y un filtro. Hoy en día la tendencia es ir hacia fuentes de alimentación de bajo voltaje voltaje y corriente grande. grande.
Como la frecuencia de red es solo de 60 Hz, se tienen que usar inductancias grandes para obtener suficiente reactan reactancia cia para para un filtrado filtrado adecuado. adecuado. Pero las bobinas grandes tie tienen resistencias de enrollamiento elevadas. Todo ello crea serios problemas de diseño con corrientes de carga considerables. En otras palabras, cae demasiada tensión continua a través de la resistencia de choque. Además, las bobinas grandes no son adecuadas para los circuitos semi semico cond nduc ucto torres mode modern rnos os,, par para los los que que se pone pone mucho énfasis en los diseños ligeros.
Reguladores Conmutados
Existe una aplicación importante para los filtros de choque. Un regulador conmutado es un tipo especial ial de fue fuente de alim alime entació ación n usada ada en computadoras, monitores y una creciente variedad de equipos. La frecuencia empleada en un regulador conmutado conmutado es mucho mayor que 60 Hz. Típicamente la frecuencia que se filtra es por encima de 20 kHz. A esta frecuencia mucho más elev elevad ada, a, pode podemo moss usar usar bobi bobina nass más más pequ pequeñ eñas as para diseñar filtros de choque eficientes.
