Ondulación (eléctrica)

Variación periódica residual de voltaje

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 salida de un rectificador o de la generación y conmutación de energía de CC.

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

Además de estos fenómenos que varían con 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 la frecuencia . La variación puede no ser estrictamente periódica lineal. En este sentido, también, 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 energía desperdiciada y tiene muchos efectos no deseados en un circuito de CC: calienta los componentes, causa ruido y distorsión y puede hacer que los circuitos digitales funcionen incorrectamente. La ondulación se puede reducir con un filtro electrónico y eliminar con un regulador de voltaje .

Ondulación de voltaje

Una forma de onda de voltaje de CC no ideal puede verse como una composición de un componente de CC constante (desplazamiento) con un voltaje alterno (CA) —el voltaje de ondulación— superpuesto. El componente de ondulación suele ser de pequeña magnitud 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 consiste en armónicos de alguna frecuencia fundamental que suele ser la frecuencia de línea de CA original, pero en el caso de las 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 rectificación monofásica de media onda y de onda completa, y rectificación trifásica de media onda y de 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 de la tensión de rizado pueden ser importantes según la aplicación: la ecuación de la ondulación para el análisis de Fourier para determinar los armónicos constituyentes; el valor pico (normalmente pico a pico) de la tensión; el valor cuadrático medio (RMS) de la tensión, que es un componente de la potencia transmitida; el factor de rizado γ , la relación entre el valor RMS y la salida de tensión de CC; la relación de conversión (también denominada relación de rectificación o "eficiencia") η , la relación entre la potencia de salida de CC y la potencia de entrada de CA; y el factor de forma, la relación entre el valor RMS de la tensión de salida y el valor medio de la tensión 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; a este tipo de filtro a menudo se lo denomina filtro de suavizado .

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 pico a pico es igual al voltaje pico de CA menos el voltaje directo de los diodos rectificadores. En el caso de un diodo de silicio SS, el voltaje directo es de 0,7  V; para los rectificadores de tubo de vacío, el voltaje directo generalmente varía entre 25 y 67  V (5R4). El voltaje de salida es una onda sinusoidal con los semiciclos negativos invertidos. La ecuación es:

${\displaystyle V_{\mathrm {L} }(t)=V_{\mathrm {AC_{p}} }\cdot |\sin(t)|}$

La expansión de Fourier de la función es:

${\displaystyle V_{\mathrm {L} }(t)={\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}+{\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\cdot \sum _{n=1}^{\infty }{\frac {\cos(n\pi )}{1-4n^{2}}}\cdot \cos(2n\omega t)}$

Al examinar la serie de Fourier se hacen evidentes varias propiedades relevantes:

• El término constante (más grande) debe ser el voltaje de CC ${\displaystyle {\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}}$
• La frecuencia fundamental (frecuencia de línea) no está presente
• La expansión consta únicamente de armónicos pares de la fundamental.
• La amplitud de los armónicos es proporcional a donde es el orden del armónico. ${\displaystyle {\frac {1}{n^{2}}}}$ ${\displaystyle n}$
• El término para el armónico de segundo orden se utiliza a menudo para representar todo el voltaje de ondulación para simplificar el cálculo. ${\displaystyle {\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}\cos(2\omega t)}$

Los voltajes de salida son:

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {L} }={}&V_{\mathrm {AC} }={\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\sqrt {2}}}\quad {\text{(ignoring diode drop and losses)}}\\[6pt]V_{\mathrm {DC} }={}&{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}\!V_{\mathrm {L} }(t)\,dt={\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}{\Big [}-\cos(t){\Big ]}_{0}^{\pi }={\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\left(-\cos(\pi )--\cos(0)\right)\,={\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\\[6pt]V_{\mathrm {ripple-rms} }={}&{\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}\!(V_{\mathrm {L} }(t)\,-K)^{2}dt}}={\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}\!(V_{\mathrm {L} }(t)^{2}\,-2KV_{\mathrm {L} }(t)+K^{2})dt}}\\[6pt]={}&{\sqrt {{\frac {1}{\pi }}\left[{\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}}{2}}t-{\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}}{4}}\sin(2t)+2V_{\mathrm {AC_{p}} }K\cos(t)+K^{2}t\right]_{0}^{\pi }}}={\sqrt {{\frac {1}{\pi }}\left({\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}\pi }{2}}-4KV_{\mathrm {AC_{p}} }+K^{2}\pi \right)}}\\[6pt]&{\text{let }}K=V_{\mathrm {DC} },{\text{ and substitute in terms of }}V_{\mathrm {AC_{p}} },{\text{ so}}\\={}&{\sqrt {{\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}}{2}}-{\frac {8}{\pi ^{2}}}V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}+{\frac {4}{\pi ^{2}}}V_{\mathrm {AC_{p}} }^{2}}}={\sqrt {\left({\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\sqrt {2}}}\right)^{2}-\left({\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\right)^{2}}}\end{aligned}}}$

${\displaystyle V_{\text{ripple-rms}}={\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}{\sqrt {{\frac {\pi ^{2}}{8}}-1}}}$

dónde

• ${\displaystyle V_{\mathrm {L} }}$es el voltaje variable en el tiempo a través de la carga, para el período 0 a T ${\displaystyle |\sin(t)|}$
• ${\displaystyle T}$es el período de , puede tomarse como radianes ${\displaystyle V_{\mathrm {L} }}$ ${\displaystyle \pi }$

El factor de ondulación es:

${\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {ripple-rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\sqrt {{\frac {\pi ^{2}}{8}}-1}}}$

${\displaystyle \gamma \approx 0.483}$

El factor de forma es:

${\displaystyle FF={\frac {V_{\mathrm {L} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\frac {\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\sqrt {2}}}{\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}}}$

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

El factor pico es:

${\displaystyle PF={\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\frac {V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\sqrt {2}}}}}$

${\displaystyle PF={\sqrt {2}}}$

La tasa de conversión es:

${\displaystyle \eta \approx 0.812\ (81.2\%)}$

El factor de utilización del transformador es:

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

Filtración

Rectificador de onda completa con toma central y filtro de condensador

Reducir la ondulación es solo una de las principales consideraciones en el diseño de filtros de fuentes de alimentación. ^{[nb 1]} 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 altas tensiones y corrientes o ambas como ondulación. Por lo tanto, los componentes discretos grandes, como los condensadores electrolíticos con alta corriente de ondulación nominal, los grandes bobinados con núcleo de hierro 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 tensión o a la carga. El tipo de filtrado necesario depende de la amplitud de los diversos 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 ⁻⁹ V). Por el contrario, un cargador de batería , al ser un circuito totalmente resistivo, no requiere ningún filtrado de ondulación. Dado que la salida deseada es corriente continua (esencialmente 0  Hz), los filtros de ondulación suelen configurarse como filtros de paso bajo caracterizados por condensadores en derivación y bobinas en serie. Las resistencias en serie pueden reemplazar a las bobinas para reducir el voltaje de CC de salida, y las resistencias en derivación pueden usarse para regular el voltaje.

Filtrado en fuentes de alimentación

La mayoría de las fuentes de alimentación actuales son 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 de rizado. La frecuencia de rizado en las fuentes de alimentación de modo conmutado no está relacionada con la frecuencia de línea, sino que es un múltiplo de la frecuencia del circuito chopper , que suele estar en el rango de 50  kHz a 1  MHz. ^{[ cita requerida ]}

Filtros de entrada de condensadores y de estranguladores

Un filtro de entrada de condensador (en el que el primer componente es un condensador 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 sobre el voltaje y la corriente, y la elección entre ellos depende de las características de la carga. Los filtros de entrada de condensador 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 produce un voltaje estable y una corriente más alta significa menos ondulación en este caso).

La cantidad de componentes reactivos en un filtro se denomina orden . Cada componente reactivo reduce la intensidad de la señal en 6  dB/octava por encima (o por debajo en el caso de un filtro de paso alto) de la frecuencia de corte del filtro, de modo que un filtro de paso bajo de segundo orden, por ejemplo, reduce la intensidad de la señal en 12  dB/octava por encima de la frecuencia de corte. Los componentes resistivos (incluidos los resistores y los elementos parásitos como la DCR de los estranguladores 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 habitual consiste en permitir que el rectificador funcione en un condensador de suavizado de gran tamaño que actúa como depósito. Después de un pico de tensión de salida, el condensador suministra la corriente a la carga y continúa haciéndolo hasta que la tensión del condensador haya caído al valor del siguiente semiciclo de tensión rectificada, que ahora está aumentando. En ese punto, el rectificador conduce de nuevo y suministra corriente al depósito hasta que se alcanza de nuevo la tensión pico.

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, se puede hacer una aproximación razonablemente precisa suponiendo que el voltaje del capacitor cae linealmente. Se puede hacer otra suposición útil 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 desde un pico hasta el siguiente con poca pérdida de precisión. ^[1]

Tensión de ondulación de un rectificador de onda completa, antes y después de la aplicación de un condensador de suavizado

Con los supuestos anteriores, la tensión de ondulación pico a pico se puede calcular como:

La definición de capacitancia y corriente son ^[2] ${\displaystyle C}$ ${\displaystyle I}$

${\displaystyle {\begin{aligned}&Q=CV_{\text{pp}}\\&Q=I_{\text{ave}}t_{\text{ave}},\end{aligned}}}$

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

${\displaystyle t_{\text{ave}}={\frac {t_{\text{fullwave}}}{2}}={\frac {1}{2f}}}$

Combinando las tres ecuaciones anteriores para determinar , obtenemos: ${\displaystyle V_{\text{pp}}}$

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

Así, para un rectificador de onda completa: ^[3]

${\displaystyle V_{\mathrm {pp} }={\frac {I}{2fC}}}$

dónde

• ${\displaystyle V_{\mathrm {pp} }}$es el voltaje de ondulación de pico a pico
• ${\displaystyle I}$¿Cuál es la corriente en el circuito?
• ${\displaystyle f}$es la frecuencia de la fuente (línea) de la alimentación de CA
• ${\displaystyle C}$es la capacitancia

En el caso del valor RMS de la tensión de ondulación, el cálculo es más complejo, ya que la forma de la onda de ondulación influye en el resultado. Suponer una onda de diente de sierra es una suposición similar a las anteriores. El valor RMS de una onda de diente de sierra es donde es la tensión pico. Con la aproximación adicional, que es , se obtiene el resultado: ^[4] ${\displaystyle {\frac {V_{\mathrm {p} }}{\sqrt {3}}}}$ ${\displaystyle V_{\mathrm {p} }}$ ${\displaystyle V_{\mathrm {p} }}$ ${\displaystyle {\frac {V_{\mathrm {pp} }}{2}}}$

${\displaystyle V_{\mathrm {rms} }={\frac {V_{\mathrm {pp} }}{2{\sqrt {3}}}}={\frac {I}{4{\sqrt {3}}fC}}={\frac {V_{\mathrm {DC} }}{4{\sqrt {3}}fCR}}}$dónde ${\displaystyle V_{\mathrm {DC} }=IR}$

${\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\frac {1}{4{\sqrt {3}}fCR}}}$ ${\displaystyle \approx 0.453{\frac {X_{\mathrm {C} }}{R}}}$

dónde

• ${\displaystyle \gamma }$¿Es el factor de ondulación?
• ${\displaystyle R}$es la resistencia de la carga
• Para la fórmula aproximada, se supone que X _C ≪ R ; este es un poco más grande que el valor real porque una onda de diente de sierra comprende armónicos impares que no están presentes en el voltaje rectificado.

En función del estrangulador en serie

Otro enfoque para reducir la ondulación es utilizar un estrangulador en serie . Un estrangulador tiene una acción de filtrado ^{[ aclaración necesaria ]} y, en consecuencia, produce una forma de onda más suave con menos armónicos de orden superior . En contraposición a esto, la salida de CC está cerca del voltaje de entrada promedio en oposición al voltaje con el condensador de reserva que está cerca del voltaje de entrada pico. Comenzando con el término de Fourier para el segundo armónico e ignorando los armónicos de orden superior,

${\displaystyle V_{\mathrm {2f} }(t)={\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}\cos(2\omega t)}$

El factor de ondulación viene dado por: ^[5]

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {rms} }={}&{\sqrt {{\frac {1}{T}}\int _{0}^{T}\left({\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}\cos(2\omega t)\right)^{2}dt}}\cdot Z_{\mathrm {RL} }\\&{\text{where }}Z_{\mathrm {RL} }{\text{ is the impedance of the RL filter formed by the choke and load}}\\[8pt]={}&{\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}{\sqrt {{\frac {1}{\pi }}\left[{\frac {t}{2}}+{\frac {\sin 2\omega t}{4\omega }}\right]_{0}^{\pi }}}\cdot {\frac {R}{\sqrt {R^{2}+X_{\mathrm {L} }^{2}}}}={\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3\pi }}{\sqrt {\frac {1}{2}}}\cdot {\frac {R}{\sqrt {R^{2}+X_{\mathrm {L} }^{2}}}}={\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3{\sqrt {2}}\pi }}\cdot {\frac {R}{X_{\mathrm {L} }}}.\end{aligned}}}$

Para $R\ll X_{L},$

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{\mathrm {DC} }={}&{\sqrt {\left({\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\right)^{2}-V_{\mathrm {rms} }^{2}}}={\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}\quad {\text{because }}V_{\mathrm {rms} }^{2}=K{\frac {R^{2}}{X_{\mathrm {L} }^{2}}}{\text{ is negligible for }}R\ll X_{L}.\\[8pt]\gamma ={}&{\frac {V_{\mathrm {rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}=\left.{\frac {4V_{\mathrm {AC_{p}} }}{3{\sqrt {2}}\pi }}\cdot {\frac {R}{2\omega L}}\right/{\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}={\frac {R}{3{\sqrt {2}}\omega L}}.\\[8pt]&{\text{Substituting }}X_{\mathrm {L} }=2\omega L,{\text{where }}L{\text{ is the inductance of the choke}};{\text{ in the more familiar form,}}\\\approx {}&0.471{\frac {R}{X_{\mathrm {L} }}},{\text{ for }}R\ll X_{L}.\end{aligned}}}$

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

Existe una inductancia mínima (que es relativa a la resistencia de la carga) necesaria para que un estrangulador en serie conduzca corriente de forma continua. Si la inductancia cae por debajo de ese valor, la corriente será intermitente y el voltaje de CC de salida aumentará desde el voltaje de entrada promedio hasta el voltaje de entrada pico; en efecto, el inductor se comportará como un capacitor. Esa inductancia mínima, llamada inductancia crítica , es donde R es la resistencia de carga y f la frecuencia de línea. Esto da valores de L = R/1131 (a menudo indicado como R/1130) para rectificación de red de 60 Hz, y L = R/942 para rectificación de red de 50 Hz. Además, interrumpir la corriente a un inductor hará que su flujo magnético colapse exponencialmente; a medida que la corriente cae, se produce un pico de voltaje compuesto de armónicos muy altos que puede dañar otros componentes de la fuente de alimentación o el circuito. Este fenómeno se llama voltaje de retorno. ${\displaystyle L={\frac {R}{2\pi (3f)}}}$  

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

${\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\frac {\sqrt {2}}{3}}\cdot {\frac {1}{4\omega ^{2}CL}}\approx 0.471{\frac {X_{\mathrm {C} }}{X_{\mathrm {L} }}}}$

dónde

• ${\displaystyle \omega =2\pi f}$

En circuitos de alto voltaje y baja corriente, una resistencia puede reemplazar el estrangulador 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

${\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\frac {\left(1+{\frac {R}{R_{\mathrm {L} }}}\right)}{3{\sqrt {2}}\omega CR}}={\frac {1}{3{\sqrt {2}}\omega CR}}\approx 0.471{\frac {X_{\mathrm {C} }}{R}}}$si R _L >> R , lo que hace que una sección de filtro RC sea prácticamente independiente de la carga

dónde

• ${\displaystyle \omega =2\pi f}$
• ${\displaystyle R}$es la resistencia de la resistencia del filtro

De manera similar, debido a la independencia de las secciones de filtro LC con respecto a la carga, un condensador de reservorio también suele ir seguido de otro, lo que da como resultado un filtro Π de paso bajo . ^[6] Un filtro Π da como resultado un factor de ondulación mucho menor que un condensador o un filtro de entrada de estrangulamiento solos. 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 reserva para reducir la ondulación a un valor 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 baje por debajo del voltaje que se regula. ^[7] 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 del filtrado: se basa en el voltaje inverso pico 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 ondulación. Un regulador de voltaje simple puede fabricarse con una resistencia en serie para reducir el voltaje seguido de un diodo Zener en derivación cuyo voltaje inverso pico (PIV) establece el voltaje de salida máximo; si el voltaje aumenta, el diodo desvía la corriente para mantener la regulación.

Efectos de la ondulación

La ondulación es indeseable en muchas aplicaciones electrónicas por diversas razones:

• La ondulación representa energía desperdiciada que no puede ser utilizada por un circuito que requiere corriente continua.
• La ondulación provocará calentamiento en los componentes del circuito de CC debido a la corriente que pasa a través de elementos parásitos como el ESR de los condensadores.
• En las fuentes de alimentación, la tensión de ondulación requiere que la tensión pico de los componentes sea mayor; la corriente de ondulación requiere que los elementos parásitos de los componentes sean menores y que la capacidad de disipación sea mayor (los componentes serán más grandes y la calidad tendrá que ser mayor).
• Los transformadores que suministran corriente de ondulación a los circuitos de entrada capacitivos deberán tener clasificaciones VA que excedan sus clasificaciones de carga (vatios)
• La frecuencia de ondulación y sus armónicos están dentro de la banda de audio y, por lo tanto, serán audibles en equipos como receptores de radio, equipos para reproducir grabaciones y equipos de estudio profesionales.
• La frecuencia de ondulación se encuentra dentro del ancho de banda de la señal de video de televisión. Los receptores de TV analógica exhibirán un patrón de líneas onduladas en movimiento si hay demasiada ondulación. ^[8]
• La presencia de ondulación puede reducir la resolución de los instrumentos electrónicos de medición y prueba. 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 en el riel de alimentación, en el cual los circuitos lógicos dan salidas incorrectas y los datos se corrompen.

Corriente de ondulación

La corriente de ondulación es una forma de onda periódica no sinusoidal derivada de una fuente de alimentación de CA que se caracteriza por pulsos de ancho de banda estrecho y gran amplitud. Los pulsos coinciden con la amplitud máxima o cercana a la máxima de una forma de onda de voltaje sinusoidal que la acompaña.

La corriente de ondulación produce una mayor disipación en las partes resistivas parásitas de los circuitos, como la ESR de los condensadores, la DCR de los transformadores e inductores y la resistencia interna de las baterías de almacenamiento. La disipación es proporcional al cuadrado de la corriente multiplicada por la resistencia (I ² R). El valor RMS de la corriente de ondulación puede ser muchas veces el valor RMS de la corriente de carga.

Ondulación en el dominio de la frecuencia

Ondulación en un prototipo de filtro Chebyshev de quinto orden

La ondulación en el contexto del dominio de 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 exhiben ondulación, algunos tienen una pérdida de inserción que aumenta monótonamente con la frecuencia, como el filtro Butterworth . Las clases comunes de filtro que exhiben ondulación son el filtro Chebyshev , el filtro Chebyshev inverso y el filtro elíptico . ^[9] La ondulación 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 regulares, nunca alcanzará 0 dB con una pérdida mínima si se diseña para una transmisión óptima a través de la banda de paso en su totalidad. ^[10]

La cantidad de ondulación se puede intercambiar por otros parámetros en el diseño del filtro. Por ejemplo, la tasa de reducción gradual desde la banda de paso a la banda de rechazo se puede aumentar a expensas de aumentar la ondulación sin aumentar el orden del filtro (es decir, el número de componentes se mantiene igual). Por otro lado, la ondulación se puede reducir aumentando el orden del filtro mientras se mantiene al mismo tiempo la misma tasa de reducción gradual. ^[10]

Véase también

• Rectificador , un dispositivo no lineal que es una fuente principal de ondulación.
• Dinamo , el instrumento de generación de energía de CC, cuya salida contiene un gran componente de ondulación.
• Timbre (señal) , el análogo natural del dominio del tiempo de respuesta de la ondulación del dominio de la frecuencia

Notas

1. Los requisitos de salida de la fuente de alimentación suelen especificar un voltaje de CC mínimo, un rango de voltaje de salida o un porcentaje de regulación de voltaje, un factor de ondulación. El filtro también debe tener en cuenta la impedancia de carga, el voltaje de la fuente y la regulación de voltaje, y el factor de potencia (es decir, para un transformador), la variación del voltaje de línea y cualquier filtrado necesario de ruido de la fuente o distorsión armónica.

Referencias

1. Ryder, págs. 107-115
2. "Filtro de entrada de capacitores: Parte 3". www.yourelectrichome.com . Consultado el 25 de septiembre de 2018 .
3. Millman-Halkias, págs. 112-114
4. Ryder, pág. 113
5. Ryder, págs. 115-117
6. Ryder págs. 117-123
7. Ryder págs. 353-355
8. Wharton, W y Howorth, D, Principios de recepción de televisión , pág. 70, Pitman Publishing, 1971
9. Matthaei y otros, págs. 85-95
10. Matthaei y otros, págs. 120-135

• Ryder, JD, Fundamentos electrónicos y aplicaciones , Pitman Publishing, 1970.
• Millman-Halkias, Electrónica integrada , McGraw-Hill Kogakusha, 1972.
• Matthaei, Young, Jones, Filtros de microondas, redes de adaptación de impedancia y estructuras de acoplamiento McGraw-Hill 1964.