El filtrado es el proceso de suavizar una señal pulsante para acercarla a una tensión continua estable.
A la salida del puente de diodos tenemos lo que llamamos DC pulsante. La tensión sube hasta un valor próximo al pico y baja hacia cero cien veces por segundo, si partimos de una red de 50 Hz y usamos rectificación de onda completa.
Una carga resistiva recibiría potencia a pulsos. En un amplificador, ese rizado puede aparecer como un zumbido de 100 Hz; un circuito digital puede reiniciarse si la tensión cae por debajo de su mínimo de funcionamiento.
La solución es colocar un componente capaz de almacenar energía cuando sobra y soltarla cuando falta. Ese componente es el Condensador Electrolítico conectado en paralelo.
El efecto del condensador
El funcionamiento es muy intuitivo si usamos la analogía hidráulica del depósito:
La Carga (Subida de la ola):
Cuando el voltaje del rectificador es mayor que el del condensador, la corriente fluye hacia él y lo carga hasta el valor de pico (
La Descarga (Bajada de la ola):
Cuando la onda del rectificador empieza a bajar hacia cero, el diodo se bloquea (porque el voltaje en el condensador es mayor que el de la red).
En ese momento, el rectificador deja de alimentar el circuito, y el condensador toma el relevo. Empieza a descargarse sobre la carga (
El Ciclo se repite: Antes de que el condensador se vacíe del todo, llega el siguiente pulso del rectificador, lo vuelve a cargar a tope y el ciclo empieza de nuevo.
La tensión de rizado
El resultado de este proceso no es una línea recta perfecta. Es una línea que está arriba del todo pero que tiene unos pequeños “dientes de sierra” o aletas de tiburón.
El condensador se descarga un poquito entre pulso y pulso. Esa pequeña variación de voltaje se llama Voltaje de Rizado (o Ripple Voltage).
: Es el voltaje de pico (menos la caída de los diodos). : Es el voltaje mínimo al que cae el condensador antes de ser recargado. : Es la diferencia pico a pico ( ).
Cálculo del condensador de filtro
Para diseñar una fuente lineal básica podemos usar esta aproximación, derivada de
Donde:
: La corriente que consume nuestro aparato (en Amperios). : La frecuencia de la onda rectificada. - Ojo: En onda completa (puente de Graetz), la frecuencia es el doble de la red. En Europa 50Hz x 2 = 100Hz.
: La capacidad en faradios.
La fórmula supone una corriente aproximadamente constante y un rizado pequeño. En un diseño real también debes comprobar la resistencia serie equivalente (ESR), la corriente de rizado admisible y los picos de corriente por los diodos.
Ejemplo práctico
Queremos diseñar una fuente para un circuito que consume 1 A y queremos que el rizado sea como máximo de 1 V. Despejamos C:
Pasándolo a microfaradios: 10.000 µF. Es un condensador bastante grande (una “lata” considerable).
En fuentes lineales clásicas, se suele estimar unos 1000 µF - 2200 µF por cada Amperio de carga para tener un filtrado aceptable previo a un regulador.
La corriente de arranque
Al ver la fórmula, podrías pensar. ¡Pues pongo un condensador de 1 Faradio y el rizado será 0!”. Pues no, siento decirte que las cosas no funcoinan así.
Un condensador descargado se comporta inicialmente como un Cortocircuito. Si pones un condensador gigantesco, al encender la fuente (𝑡 = 0), pedirá una corriente brutal e instantánea para llenarse.
- Esta corriente de arranque (inrush current) puede fundir fusibles o dañar el puente rectificador si no se limita y dimensiona correctamente.
- Hay que buscar un equilibrio: suficiente capacidad para filtrar, pero no tanta como para destruir la entrada.
También debes elegir una tensión nominal con margen suficiente, respetar la polaridad de los electrolíticos y recordar que un condensador grande puede mantener una carga peligrosa después de desconectar el circuito.
El puente y el condensador entregan una tensión continua con rizado, no un valor exacto. Si después incorporamos un regulador, tendremos que dejarle margen de entrada suficiente incluso en el valle del rizado y comprobar su disipación.
