1. Educación

Cómo se utiliza este libro
Presentación de la unidad
Unidad
7
Fuentes de alimentación
En esta unidad aprenderemos a:
• Reconocer los diferentes componentes
de la fuente de alimentación
relacionándolos con su símbolo.
• Comprobar el funcionamiento
de los diferentes bloques.
• Reconocer las diferencias
entre fuente de alimentación lineal
y conmutada.
• Describir aplicaciones reales de cada
tipo de fuente de alimentación.
• Realizar las medidas fundamentales.
• Solucionar disfunciones.
Aquí encontrarás los criterios de evaluación de la unidad.
Y estudiaremos:
Además, te avanzamos los contenidos que se van a desarrollar.
• Los componentes de las fuentes
de alimentación.
• Las características y aplicaciones
de las fuentes de alimentación
conmutadas y no conmutadas.
• Los criterios a seguir para la elección
de los componentes.
• Los parámetros de los fabricantes.
Desarrollo de los contenidos
6
Rectificadores y filtros
Rectificadores y filtros
2. Circuitos de filtrado con componentes pasivos
Casos prácticos: aplican los conocimientos
aprendidos a problemas y situaciones reales del
entorno profesional.
¿Sabí as qu e . . . ?
Los filtros son circuitos realizados con componentes pasivos para trabajar con la
frecuencia de la señal.
En electricidad, la mayoría de los
filtros que se utilizan son pasivos,
y tienen como misión fundamental la eliminación de armónicos
de la red eléctrica. Un ejemplo
es el condensador en paralelo
de una fuente de alimentación,
que elimina todos los armónicos
a partir de 50 Hz. Especialmente
significativo es también el filtro
de tercer armónico. Los tipos más
importantes de filtros para armónicos son:
ADJUST
A
B
C
D
E
• Filtros paso bajo.
• Filtros paso alto.
Son los filtros que únicamente dejan pasar aquellas frecuencias que están por debajo de una determinada frecuencia.
Caso práctico 6: Fuente de alimentación con filtro paso bajo
A la salida del rectificador de una fuente de alimentación,
colocamos un filtro paso bajo formado por un condensador en paralelo. El esquema del circuito es el siguiente
(Fig. 6.15):
Analiza la señal que se obtiene a la salida, según la capacidad del condensador, para los valores C 5 27 nF y
C 5 100 mF.
Solución:
V
RL
V0
C
Fig. 6.15.
Donde RL representa la entrada del aparato de radio, tal
como hemos visto en los casos prácticos anteriores.
La misión del condensador que se coloca en paralelo con
la señal es la de aplanar la onda de salida del rectificador, es decir, obtener una señal continua lo más parecida
posible a la que proporcionan las pilas o baterías.
Para el estudio de este circuito partimos del montaje que
hemos hecho para el Caso práctico 1, al que añadiremos
el condensador en paralelo con la resistencia de carga.
De esta forma obtenemos la siguiente onda de salida,
para el condensador de 27 nF:
ADJUST
Recuerda
10
15
25
30
SELECT
POSITION 1
CH1
20
25
30
F
G
H
I
J
SELECT
POSITION 1
CH1
TRIGGER
LEVEL
POSITION 2
X-POSITION
CH2
VOLTS/DIV
VOLTS/DIV
TRIGGER
DUAL
ADD
X/Y
COMP
V
mV
DC
AC
V
mV
DC
GND
AC
CH1
X-INP
Fig. 6.16.
TRIGGER
LEVEL
POSITION 2
X-POSITION
CH2
VOLTS/DIV
VOLTS/DIV
TRIGGER
DUAL
CH1
AC
ADD
CH2
DC
X/Y
LINE
LF
EXT
TV
COMP
V
mV
DC
AC
Los filtros paso bajo se suelen utilizar como complemento para un equipo de audio,
para acentuar más los sonidos de frecuencias bajas; y también en aparatos como radios, televisores, etc.
5
20
V
mV
DC
GND
AC
TIME/DIV
La onda de salida en
este caso sí es totalmente continua. A medida
que ponemos condensadores de mayor capacidad, la corriente continua es más perfecta
(desaparece la tensión
de rizado).
HOLD OFF
GND
INV
CH2
ON
2INP
EXT. TRIG / 2-INP
INPUTS
Fig. 6.17.
Para realizar este tipo de filtrado podemos utilizar bobinas, condensadores, o ambos
al mismo tiempo.
• Filtros TSA/FB3.
A
B
C
D
E
15
CH1
• Filtros de absorción.
Vi
10
X-INP
2.1. Filtros paso bajo
• Filtros de antirresonancia.
Vred
5
F
G
H
I
J
• Filtros paso banda.
• Filtros LCL.
Una exposición clara y concisa de la teoría, acompañada
de recuadros que ayudan a la comprensión de los aspectos más importantes:
Si cambiamos el condensador por el de 100 mF, la salida que obtenemos es la siguiente:
Podemos distinguir varios tipos de filtros:
• Filtrado por reactancias (bobinas).
¿Sabías que...?
6
Caso práctico 6: Fuente de alimentación con filtro paso bajo
(Continuación)
CH1
AC
CH2
DC
LINE
LF
EXT
TV
TIME/DIV
La onda de salida que obtenemos no es totalmente plana,
sino que tiene un pequeño rizado. A pesar de todo, se podría
utilizar como alimentación continua en muchos equipos.
HOLD OFF
GND
CH2
INV
ON
2INP
EXT. TRIG / 2-INP
INPUTS
(Continúa)
Los condensadores que se utilizan como filtros en las fuentes de alimentación tienen que
ser de elevada capacidad, con el fin de eliminar la ondulación de la señal continua;
por eso generalmente son electrolíticos.
Como hemos visto en el caso práctico anterior, se produce una tensión de rizado V0 ,
debida a las cargas y descargas del condensador. Podemos establecer una relación entre la tensión de rizado y la capacidad del condensador a través de la siguiente
fórmula:
I
V0 5 ––––
fC
We b
Donde: V0 5 tensión de rizado en voltios.
I
5 intensidad de la corriente continua en amperios.
f
5 frecuencia del rizado en hercios.
Ten cui d a d o
Hay que vigilar especialmente la
polaridad de los condensadores
electrolíticos en el filtro de la
fuente a la hora de conectarlos
en el circuito: el positivo debe ir
hacia la salida del diodo y el
negativo a la patilla de abajo de
la resistencia.
C 5 capacidad del condensador en faradios.
Interesa que la tensión de rizado sea lo más pequeña posible. El rizado es un efecto no
deseado cuando se está intentando conseguir una tensión continua en una fuente de
alimentación. Cuanto más pequeño sea este rizado, más se asemeja la tensión que
proporciona la fuente a la que nos daría una pila o una batería, en las que no existe
este efecto.
@
A través de un buscador puedes
acceder al archivo PDF de la
ponencia «Filtrado de armónicos
en instalaciones industriales».
Puedes ampliar la información
sobre armónicos a través de este
documento, que fue presentado
por Josep Balcells en las XII Jornadas de Conferencias de Ingeniería Electrónica del Campus
de Terrassa (2006).
A c t i vi d a d e s
5. La fuente de alimentación de un reproductor de CD
lleva un rectificador de media onda y un filtro paso
bajo formado por un condensador en paralelo. El
transformador de la fuente está conectado a una red
eléctrica de 230 V/50 Hz.
Determina la tensión de rizado de la señal que obtenemos a la salida del filtro si conectamos un condensador electrolítico de 700 ␮F y circula por la carga
una intensidad de 100 mA.
6. Determina la tensión de rizado para un rectificador
de onda completa de puente de diodos que se encuentra integrado en la fuente de alimentación del
mecanismo de apertura de la puerta de un garaje.
Ten en cuenta que la fuente está conectada a una red
eléctrica de 230 V/50 Hz, que el filtro de la fuente
consiste en un condensador electrolítico de 600 ␮F y
que, en estas condiciones, se ha medido con un amperímetro, en la salida de la fuente hacia la carga,
una intensidad de 100 mA.
127
126
Importante
Ten cuidado
A
Vocabulario
Truco
@
Web
Unidades de medida
Actividades: permiten trabajar los contenidos a medida que se van explicando, y
aseguran un aprendizaje progresivo.
Cierre de la unidad
Rectificadores y filtros
P r á c ti c a f i n a l:
6
Comprobación de la señal de salida de un rectificador con filtro paso bajo
1. Objetivo
Visualizar las diferentes formas de onda que obtenemos a la salida de un filtro paso bajo de entradas con
diferentes tipos de onda y distintas frecuencias.
5. Realiza la operación cambiando el condensador por el de 47 nF y el resistor de 1 kV.
6. Dibuja la señal obtenida y compárala con la
anterior.
Práctica final: ejercita de
forma integrada las competencias adquiridas.
7. Realiza la misma operación cambiando el condensador por el de 47 nF y el resistor de 1 kV.
Generador
de señales
V
RL
V0
C
Fig. 6.29.
10. Cambia el resistor por el de 6 k8 y comprueba
si se producen variaciones en la señal de salida.
2. Materiales
• Generador de señal.
• Placa BOARD para el montaje del circuito.
• Resistencias de 1 kV y 6 k8.
• Un condensador de 10 pF.
• Un condensador de 47 nF.
• Un condensador electrolítico de 470 mF.
• Osciloscopio.
b) Ajusta el generador de señal para que nos dé una
frecuencia de 5 kHz y con 10 Vpp. Sigue los mismos
pasos que en el caso a).
Test de repaso: ayuda a
detectar cualquier laguna
de conocimientos.
c) Ajusta el generador para que nos dé una onda
triangular con la misma frecuencia y amplitud que
en el caso anterior y realiza la misma operación.
d) Ajusta el generador para que nos dé una onda senoidal con una frecuencia de 100 kHz y una amplitud de 15 Vpp.
• Cables.
• Diodo 1N4001.
Realiza las mismas acciones que en el caso c) e indica qué ocurre en la señal de salida.
3. Técnica
a) Ajusta en el generador una señal para que nos dé
una onda senoidal de amplitud 10 Vpp y una frecuencia de 500 Hz y:
1. Realiza el montaje con un condensador de
10 pF y un resistor de 1 kV (Figs. 6.30 y 6.31).
2. Conecta el generador de señales a la entrada
del circuito.
3. Conecta el osciloscopio y observa la señal de
salida (Fig. 6.32).
4. Dibuja la señal en un cuaderno.
Fig. 6.30.
8. Repite la operación cambiando el condensador
por el de 470 ␮F y el resistor de 1 kV.
9. Dibuja la señal obtenida con este nuevo condensador.
Fig. 6.31.
4. Cuestiones
Comprueba tu aprendizaje: actividades finales agrupadas por criterios de evaluación.
a) Explica cuál es el mejor filtro que hemos montado,
justificando la respuesta.
b) ¿Por qué el circuito deja de funcionar cuando aumentamos la frecuencia?
c) ¿A partir de qué valor de frecuencia deja de funcionar?
d) Consultando un catálogo, elige un diodo que responda a las altas frecuencias para poder montar el
mismo rectificador.
Fig. 6.32.
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