¿Cómo funcionan los circuitos rectificadores de filtro?

Empecemos por el principio. Primero fue la fuente de voltaje de onda sinusoidal:

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Y su voltaje de salida se muestra en la imagen de abajo. Observe que el voltaje oscila entre menos y más 10 voltios.

Parafacilitarladiscusión,hagamosunarectificacióndemediaonda.Elcircuitoparaesosevecomosigue:

^{simular este circuito}

El diodo bloquea el semiciclo negativo y conduce durante el semiciclo positivo. Observe que la escala vertical en el gráfico a continuación cambió de +/- 14V a 0-12V. El diodo introdujo una caída de voltaje de aproximadamente medio voltio, el pico ya no es de 10V, sino más bien como 9.5V. Así es como funcionan los diodos prácticos y va más allá de la discusión para esta pregunta. Acéptalo como un hecho de la vida por ahora.

Enestepuntotenemosunvoltajerectificado,peromuchosdispositivos(especialmenteloselectrónicos)nopuedenlidiarmuybienconeso.Estácontinuamenteencendidoyapagadoypreferimosverunvoltajemáscontinuo.Ahíesdondeentraelcondensador:

^{simular este circuito}

Mira un condensador como un depósito, como un cubo. Puede llenarlo hasta la parte superior y luego vaciarlo lentamente, pero como resultado neto todavía hay agua en el cubo. Esto es muy similar a lo que sucede con el condensador también. En el extremo izquierdo de la gráfica, el condensador está vacío, pero la fuente de voltaje y el diodo lo cargan rápidamente. La fuente de voltaje es ideal y puede generar tanta corriente como se requiera para extraer el voltaje del ánodo del diodo hasta 10 V, sin importar cuánta corriente consuma el resto del circuito. Recuerde que el diodo solo conducirá mientras el voltaje en su ánodo (izquierda) sea más alto que el voltaje en su cátodo (derecha). El condensador se carga a su voltaje máximo, justo por debajo de 10V. Luego, el voltaje de la fuente comienza a disminuir y una vez que el voltaje del ánodo es menor que el voltaje del capacitor, el diodo deja de conducir.

Pero el condensador todavía está cargado, el depósito está casi lleno y solo puede vaciarse a través de la carga (RL). Sin embargo, la carga requiere mucha menos corriente de la que puede suministrar la fuente de voltaje y, por lo tanto, el capacitor se descargará mucho más lento de lo que estaba cargado. El resultado es un voltaje de CC, pero ahora con una ondulación. La velocidad de descarga depende de la carga y del condensador. Un valor de resistencia más alto (ohmios) significa una descarga más lenta y la ondulación se hace más pequeña. Con una resistencia infinitamente alta como carga, el voltaje de salida solo se mantendrá a 10V. Similar al capacitor, si aumenta el valor del capacitor, la tensión de rizado disminuirá.

En este ejemplo, el voltaje de CC es de aproximadamente 7,5 V y la ondulación es de aproximadamente 2 V de pico a pico.

Los condensadores e inductores funcionan como tanques de energía electromagnética. La salida bruta de un circuito rectificador es una fuente de energía pulsante. Cuando la tensión de salida es alta, en lugar de desviarse directamente a la salida, parte de la energía se almacena en los condensadores y / o inductores. Cuando el voltaje de salida es bajo, la energía almacenada complementa la salida bruta de energía transitoriamente baja del rectificador.

Piense en un tanque lleno por una bomba con un flujo brusco: se agrega agua en pequeños chorros. Sin embargo, una vez que el tanque se haya llenado un poco, puede abrir un grifo en la parte inferior y extraer el agua a un ritmo suave. Siempre que esta tasa coincida con la tasa promedio de alimentación de la bomba espumosa y brusca, obtendrá un suministro de agua que fluye suavemente, aunque el suministro subyacente sea desigual.