Ondulación (eléctrica)

Variación periódica residual de tensión.

La ondulación (específicamente el 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 en la salida de un rectificador o en la generación y conmutación de energía CC.

La ondulación (específicamente la corriente de ondulación o sobrecorriente ) 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, provoca 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 puede verse 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: hay rectificación monofásica de media onda y onda completa, y rectificación trifásica de media onda 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 de la tensión de ondulación pueden ser importantes según la aplicación: la ecuación de la ondulación para el análisis de Fourier para determinar los armónicos constituyentes; el valor pico (generalmente 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 rizado para reducir el voltaje de rizado 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, la tensión directa es de 0,7  V; Para los rectificadores de tubo de vacío, la tensión directa suele oscilar 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:

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

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

• el término constante (más grande) debe ser el voltaje de CC ${\displaystyle {\frac {2V_{\mathrm {AC_{p}} }}{\pi }}}$
• la fundamental (frecuencia de línea) no está presente
• la expansión consiste sólo en armónicos pares de la fundamental
• la amplitud de los armónicos es proporcional a dónde está el orden de los armónicos ${\displaystyle {\frac {1}{n^{2}}}}$ ${\displaystyle n}$
• El término para el armónico de segundo orden se usa a menudo para representar el voltaje de ondulación completo 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 periodo de , puede tomarse en 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 relación 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 derivación central de onda completa con filtro condensador

La reducción de la ondulación es sólo una de varias consideraciones principales en el diseño de filtros de suministro de energía. ^{[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 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 ⁻⁹ V). 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. ^{[ cita necesaria ]}

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 sobre el voltaje y la corriente, y la elección entre ellos depende sobre 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 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 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 dentro de 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 a la 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. ^[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, el voltaje de rizado pico a pico se puede calcular como:

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

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

¿Dónde está el monto del cargo? 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 se obtiene, ${\displaystyle V_{\text{pp}}}$

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

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 pico a pico
• ${\displaystyle I}$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

Para el valor RMS del voltaje de ondulación, el cálculo es más complicado ya que la forma de la onda de ondulación influye en el resultado. Asumir una forma de onda en diente de sierra es una suposición similar a las anteriores. El valor RMS de una onda en diente de sierra es donde está el voltaje máximo. 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 ; esto es un poco mayor que el valor real porque una onda en 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 ^{[ se necesita aclaración ] 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,

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

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 de la consideración los armónicos de orden superior. (Ver Inductancia ).

Se requiere una inductancia mínima (que es relativa a la resistencia de la carga) para que un estrangulador en serie conduzca corriente continuamente. 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 máximo; en efecto, el inductor se comportará como un condensador. Esa inductancia mínima, llamada inductancia crítica, es donde R es la resistencia de carga yf la frecuencia de la 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 pueden dañar otros componentes de la fuente de alimentación o del circuito. Este fenómeno se llama voltaje de retorno. ${\displaystyle L={\frac {R}{2\pi (3f)}}}$  

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:

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

dónde

• ${\displaystyle \omega =2\pi f}$

En circuitos de alto voltaje/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

${\displaystyle \gamma ={\frac {V_{\mathrm {rms} }}{V_{\mathrm {DC} }}}={\frac {\left(1+{\frac {R}{R_{\mathrm {L} }}}\right)}{3{\sqrt {2}}\omega CR}}={\frac {1}{3{\sqrt {2}}\omega CR}}\approx 0.471{\frac {X_{\mathrm {C} }}{R}}}$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 del filtro LC con respecto a la carga, un capacitor de depósito también suele ir seguido de uno que da como resultado un filtro Π de paso bajo . ^[6] Un filtro Π da como resultado un factor de ondulación mucho más bajo que un condensador o filtro de entrada de 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.

Regulacion 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. ^[7] Las fuentes de alimentación de modo conmutado generalmente incluyen 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:

• 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 que la corriente pasa a través de elementos parásitos como la ESR de los condensadores.
• en las fuentes de alimentación, el voltaje de ondulación requiere que el voltaje máximo 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 ondulada a circuitos de entrada capacitivos deberán tener clasificaciones de 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 está dentro del ancho de banda del vídeo de televisión. Los receptores de televisión analógica mostrarán un patrón de líneas onduladas en movimiento si hay demasiadas ondulaciones. ^[8]
• La presencia de ondulaciones 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 riel de suministro, en el que los circuitos lógicos dan salidas incorrectas y los datos se corrompen.

Corriente de rizado

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 (I ² R). 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

Ondulación en un prototipo de filtro Chebyshev de quinto orden

La ondulación en el contexto del dominio de la frecuencia se refiere a la variación periódica de 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 . ^[9] 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. ^[10]

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. ^[10]

Ver también

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

Notas

1. Los requisitos de salida de la fuente de alimentación generalmente especifican un voltaje de CC mínimo, un rango de voltaje de salida o un porcentaje de regulación de voltaje, 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 del ruido de la fuente o la distorsión armónica.

Referencias

1. Ryder, págs. 107-115
2. "Filtro de entrada de condensador: Parte 3". www.tucasaelectrica.com . Consultado el 25 de septiembre de 2018 .
3. Millman-Halkias, págs. 112-114
4. Ryder, página 113
5. Ryder, págs. 115-117
6. Ryder págs. 117-123
7. Ryder págs. 353–355
8. Wharton, W & Howorth, D, Principios de recepción televisiva , p70, Pitman Publishing, 1971
9. Matthaei y otros, págs. 85–95
10. Matthaei y otros, págs. 120-135

• Ryder, JD, Fundamentos y aplicaciones electrónicas , 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.