Condensador de filtro: circuitos, tipos exhaustivos, funcionamiento, fórmula, aplicaciones, preguntas frecuentes

Contenido:

¿Qué es un condensador de filtro?

La impedancia del condensador se puede definir en función de la frecuencia ya que el condensador es un elemento reactivo, es adecuado para usarlo como filtro de electrónica analógica.

Un condensador de filtro es un filtro pasivo que consta del elemento pasivo. Los efectos del condensador de cualquier señal dependen de la frecuencia. Esta característica del condensador se utiliza para diseñar filtros que pueden filtrar un rango de frecuencia específico de señales según sea necesario.

Imagen del condensador de filtro

condensadores
Crédito de la imagen: "Condensadores" by oskay está licenciado bajo CC BY 2.0

Funcionamiento del condensador de filtro

El condensador es un elemento de circuito reactivo; su impedancia y resistencia variarán con la señal de frecuencia que la atraviese.

El funcionamiento del filtro-condensador se basa en el principio fundamental de la reactancia capacitiva. El valor de la reactancia capacitiva cambia con la frecuencia aplicada al capacitor para que el capacitor de señal de frecuencia más baja ofrezca una mayor resistencia, y el capacitor de señal de mayor frecuencia proporciona baja resistencia. El capacitor siempre está tratando de mantener la capacitancia del capacitor, por lo que el capacitor intentará resistir un pequeño flujo de corriente en el circuito que crea la impedancia del capacitor..

Reemplazo del condensador de filtro

El filtro-condensador puede ser reemplazado por un condensador activo, circuito de filtro inductor, circuitos FET, etc.

Tipos de condensadores de filtro

El filtro-condensador se puede clasificar de la siguiente manera como tipos básicos:

  • Filtro de condensador de paso bajo
  • Filtro de condensador de paso alto
  • Filtro de condensador de paso de banda
  • Filtro de condensador de parada de banda / rechazo de banda

Fórmula del condensador de filtro

Como llegamos a saber, existe una relación entre la reactancia capacitiva del capacitor ( X_c) con la frecuencia y capacitancia de la señal de entrada del capacitor.

X_c = 1 / (2 \ pi fC)

Entonces, la reactancia capacitiva ( X_c ) del condensador del filtro es inversamente proporcional a la frecuencia (f) de la señal. 

Circuito del condensador de filtro

condensador de filtro
Fig. Un circuito de filtro-condensador básico.

Aplicaciones de condensadores de filtro

El filtro-condensador se utiliza en varias aplicaciones como:

  • Bloquee el componente de CC o CA de la señal.
  • Bypass DC o AC parte de la señal.
  • Aplicaciones de filtros de alto voltaje.
  • Para limitar la banda de frecuencia.
  • Para eliminar ruidos no deseados del circuito.
  • Para eliminar la interferencia en los circuitos.
  • Se utiliza para eliminar el ruido de la radio.

Circuito del condensador de filtro para bloquear CC y pasar CA

Cuando un condensador está conectado a una serie con la fuente de CC en un estado completamente descargado, la corriente fluirá hasta que el condensador esté completamente cargado. En esa etapa, el voltaje del capacitor es igual al voltaje aplicado, y en ese punto, el capacitor está saturado, ahora no puede fluir corriente a través de él, por lo que el capacitor se comportará como un circuito abierto. Como sabemos, DC generalmente e es un valor constante, es decir, tiene una frecuencia de 0Hz. Como el condensador ofrece una alta resistencia hacia la baja frecuencia, cuando el condensador está conectado en serie con la fuente de CC, bloqueará todos los componentes de CC de la señal y dejará que la CA pase a través de ella.

Cálculo del condensador de filtro de CC

Como sabemos, la señal de CC suele ser un valor constante, es decir, tiene una frecuencia de 0 Hz.

AHORA X_c = 1 / (2 \ pi cf) como f = 0

Xc = \ infty

Entonces, para la entrada de CC, el condensador proporciona una resistencia infinita, por lo que I = V / X_c

 En cuanto al valor de X_c = \ infty, el valor de I = 0.

Condensador de filtro en rectificador

La salida del rectificador es de naturaleza pulsante, lo que lo hace adecuado para el suministro de CC en el circuito electrónico, por lo que el condensador está conectado a través de la carga. El filtro-condensador ayuda a reducir el comportamiento pulsátil de la salida del rectificador.

  En un circuito de medio rectificador, un diodo ideal en la fuente de voltaje es una fuente de CA con una señal sinusoidal en la mitad positiva de la señal. El diodo está polarizado hacia adelante, por lo que el diodo está polarizado hacia adelante y el condensador se cargó. En la mitad negativa de la señal, el diodo está en polarización inversa, por lo que no fluye corriente a través del diodo y el condensador cargado se descargará a través de la resistencia de carga, así es como el condensador del filtro reduce la naturaleza pulsante de la salida del rectificador.

Para evitar que el voltaje de salida se reduzca demasiado durante la descarga del capacitor, seleccione un capacitor con un valor tal que la constante de tiempo sea mucho mayor que el intervalo de descarga. El filtro-condensador está conectado en paralelo con la carga, por lo que este circuito de filtro también se conoce como filtro de condensador de derivación. Un condensador es de mayor valor conectado a través de la impedancia de carga.

Condensador de filtro para rectificador de puente

Un puente rectificador convierte CA en CC usando cuatro diodos igual que el rectificador de medio puente. La salida es de naturaleza pulsante, por lo que se conecta un condensador a través de la carga para crear una forma de CC más pura. El funcionamiento es el mismo que el del circuito de filtro de medio rectificador. La principal ventaja de un puente rectificador de onda completa es que su salida tiene un comportamiento menos pulsátil que el del rectificador de media onda, por lo que el tamaño del condensador en el circuito del filtro de puente puede ser más pequeño que el del filtro-condensador de media onda.

Cálculo del valor del condensador de filtro

¿Cómo calcular el valor del condensador del filtro en la fuente de alimentación?

La relación entre la capacitancia del capacitor (C) con cambio (Q) y el voltaje (V) a través del capacitor se define como C = QV

La relación entre la carga y la corriente es Q = IT

Como sabemos, el tiempo es inversamente proporcional al tiempo T = 1 / f

Para las ecuaciones anteriores, obtenemos C = I / (FV)

Condensador de filtro de paso bajo

El filtro de paso bajo solo pasa la señal de frecuencia, que es más baja que la de la frecuencia de corte del filtro. Para este filtro de paso bajo, la relación entre la resistencia del capacitor y la frecuencia de corte es

f_c = 1 / (2 \ pi RC)

La resistencia en el circuito es independiente de la variación de la frecuencia aplicada, pero el capacitor es sensible a los cambios en la frecuencia de la señal de entrada.

Fig. Diagrama del circuito de filtro-condensador de paso bajo de primer orden.

Cuando la frecuencia de la señal de entrada es baja, la impedancia del capacitor es mayor que la impedancia de la resistencia a la caída de voltaje de entrada a través del capacitor. Aún así, cuando la frecuencia de la señal de entrada es alta, entonces la impedancia del capacitor es más baja que la del resistor que hace más caída de voltaje a través del resistor. La baja frecuencia pasa y la alta frecuencia se bloquea.

 En un filtro de paso bajo, las frecuencias por debajo de la frecuencia de corte se conocen como banda de paso, y la frecuencia por encima de la frecuencia de corte se conoce como banda de detención.

Los filtros de paso bajo se utilizan para

  • Para reducir el ruido eléctrico
  • Para limitar el ancho de banda de la señal.
  • Para reducir la interferencia

La ganancia del filtro de paso bajo en magnitud se puede calcular mediante

Ganancia de filtro = 20log (Vout / Vin)

Vout-> voltaje de salida del filtro

Vin-> voltaje de entrada del filtro

Tipo de condensador de filtro de paso bajo

Puede ser de dos tipos:

  • Filtro-condensador de primer orden
  • Filtro-condensador de segundo orden

El circuito de filtro de paso bajo anterior tiene solo un capacitor de componente reactivo, llamado filtro de sondeo o filtro de primer orden.

In el segundo orden del filtro de paso bajo, tiene que el elemento reactivo que es el condensador en su circuito. El diseño es útil cuando la señal no proporciona un rango de banda ancha entre los componentes de frecuencia deseados y no deseados.

Fig. Diagrama del filtro de paso bajo de segundo orden.

Condensador de filtro de derivación

Aquí, un extremo del condensador está conectado a la fuente de alimentación y el otro está conectado directamente a tierra. Este capacitor ayuda a reducir el efecto de picos de voltaje o cualquier componente de CA de la fuente de alimentación; corta la señal de CA al suelo y reduce el ruido de CA para producir una señal de CC mucho más clara.

Fig. Diagrama del condensador del filtro de derivación.

La El condensador de este circuito debe tener al menos una décima parte de la resistencia del resistor Re. Como sabemos, la corriente eléctrica elige el camino con baja resistencia a seguir si tiene múltiples caminos para elegir; el condensador ofrece una gran resistencia a las bajas frecuencias, por lo que solo el componente de CA de la señal pasa a través de él. El componente de CC de la señal de entrada pasará a través de la resistencia. Re.

Condensador de filtro de alta frecuencia

Un filtro de paso alto es un filtro que bloquea las frecuencias bajas y deja pasar la señal de frecuencia más alta aquí. La frecuencia más baja que la frecuencia de corte está bloqueada, y la frecuencia más alta que la frecuencia de corte permitida para pasar a través de este filtro también se llama filtro de corte bajo.. Un condensador está conectado en serie con la fuente de entrada; la resistencia está vinculada en paralelo.

Fig. Circuito de filtro-condensador de paso alto de primer orden.

 Como sabemos, cuando la frecuencia de la señal de entrada es baja, la impedancia del condensador es mayor ya que el condensador está en serie con la fuente de alimentación a través de la cual solo puede pasar una señal de alta frecuencia.

El circuito anterior es un filtro de condensador de paso alto de primer orden, ya que solo hay un elemento reactivo en ese circuito.

La filtro de condensador de paso alto de segundo orden y el filtro de condensador de paso alto de primer orden se conectan en cascada para formar un filtro de condensador de paso alto de segundo orden.

Fig. Diagrama del filtro-condensador de paso alto de segundo orden.

Condensador de filtro de 3 terminales

Los filtros de condensador de tres terminales constan de un condensador de tres terminales, que presenta una impedancia más insignificante que dos capacitores terminales. Lo que le permite reducir la impedancia en la banda de frecuencia más alta con menor número del elemento reactivo tiene un gran efecto de supresión de ruido estos se utilizan en líneas eléctricas de circuito, teléfonos inteligentes, TV LED, etc.

Condensador de filtro armónico

El filtro de armónicos se puede diseñar con elementos reactivos en serie o en paralelo para bloquear o derivar las corrientes armónicas. Pueden estar disponibles en varias formas y tamaños. Aún así, cuando este condensador está conectado en paralelo con la fuente de alimentación, ayuda a reducir la corriente armónica y el voltaje en los circuitos.

El condensador requerido en el filtro de armónicos debe aceptar la magnitud dada de varios órdenes de corriente armónica. Una corriente armónica puede ser una onda no sinusoidal ya que el condensador es muy sensible al valor de alta tensión. El condensador se utiliza en el filtro de armónicos en rangos específicos dependiendo del condensador en uso. Un filtro de armónicos está formado por un banco de condensadores, principalmente un grupo de condensadores del mismo valor nominal. Este filtro convierte la corriente armónica en calor para proteger la carga de ella.

Condensador de filtro pasante

El filtro-condensador de paso es un condensador de tres terminales cuya impedancia de conexión a tierra es un efecto pequeño y bajo en la impedancia del cable. Está especialmente diseñado para un rendimiento más eficiente en el circuito de filtrado.

 El condensador ordinario no es muy bueno para la aplicación de filtros, ya que tienen una alta impedancia, lo que no es deseable y puede afectar la eficiencia del circuito de filtrado. El condensador de filtro pasante tiene un valor pequeño de capacitancia en derivación. Este condensador se utiliza en líneas de suministro de CA y CC para reducir las interferencias perjudiciales.

El filtro-condensador de paso tiene un efecto de filtrado cercano al de un condensador ideal. El condensador se diseñó inicialmente para líneas de alimentación de CC en el sistema de RF, bloqueando la energía de RF y dejando pasar las señales de CC a través de él.

Condensador de filtro de línea

El condensador de filtro de línea es un condensador que se utiliza para suprimir el ruido eléctrico generado por la fuente de alimentación.

 La fuente de alimentación puede tener varias perturbaciones que incluyen sobretensiones transitorias y fluctuaciones en su voltaje de suministro. Para reducir el efecto de dicho ruido, los condensadores de filtro de línea utilizan condensadores de filtro de línea que pueden soportar fluctuaciones o transitorios durante un período más prolongado sin caer en él..

El condensador de filtro de línea se utiliza para

  • mantener transitorios de línea potencialmente dañinos
  • Para reducir la perturbación de la línea producida por la fuente.
  • Para reducir el ruido generado por el circuito

 Hay dos topologías utilizadas en el filtro de línea: una es un capacitor X y la otra es un capacitor Y.

 In Condensador X, aquí el condensador está conectado a través de la línea de suministro X se usa el condensador donde el celular no puede provocar una descarga eléctrica. Eliminó el ruido eléctrico proveniente de la fuente de alimentación y lo hizo utilizado en aplicaciones de alta frecuencia. La capacitancia del condensador X puede variar de 1 microF a 10 microF.

Fig. Diagrama del condensador X conectado a la fuente de alimentación.

Condensador Y,  en esta topología, los condensadores están conectados entre el suministro de voltaje de línea y el chasis de la lista de aparatos de colegios utilizados para una aplicación que podría provocar una descarga eléctrica. El rango de este condensador puede ser de 0.001 micro F a 1 micro F.

Fig. Diagrama del condensador del filtro Y.

Condensador de filtro en un circuito de suministro de energía

Fig. Diagrama del condensador X conectado a la fuente de alimentación.

Condensador de filtro del alternador

Los devanados del estator del alternador generan la corriente alterna trifásica. No hay mucho voltaje de ondulación para producir ruido de radio. Un diodo convierte la CA en CC y Si falla algún diodo del alternador, el voltaje de ondulación aumentará o quienes tengan conexiones eléctricas pueden causar ruido. Aún así, se puede utilizar un filtro-condensador para minimizar el ruido en el circuito. El filtro-condensador puede bloquear el voltaje de CA no deseado o desviar el voltaje de CA no deseado de regreso a la fuente.

Condensador de filtro electrolítico

An capacitor electrolítico Es un condensador cuya placa positiva está hecha de metal y cubierta por una capa de óxido aislante sobre el metal. Este capacitor usa un electrolito para tener una capacitancia masiva que otros capacitores. El condensador se utiliza en un circuito de filtro que combina el filtro de condensador electrolítico de voltaje de CC de alimentación de CA para eliminar la ondulación de CA de 60 Hz a 120 Hz en la fuente de alimentación de CC.

Condensador de filtro EMI

Los condensadores utilizados para filtrar la interferencia electromagnética en líneas de alimentación de CA y CC se conocen como condensadores de filtro EMI.. Este condensador puede fallar debido a sobretensiones y transitorios. Hay dos tipos diferentes de topología que se utilizan en el condensador de filtro X e Y. La topología del condensador X se utiliza para el filtrado EMI en modo diferencial. Por el contrario, la topología del condensador Y se utiliza en el filtrado EMI de modo estándar.

En teoría, varias tecnologías de condensadores diseñan condensadores X o Y, pero los más disponibles comercialmente son los condensadores de película o los condensadores cerámicos.

Diseño de condensador de filtro

Los condensadores de filtro se pueden diseñar de diferentes maneras según los requisitos.

 Cuando se crea un filtro de paso bajo, el condensador se conecta a través de la carga. Cuando se diseña un filtro de paso alto, el filtro-condensador está en serie con una fuente de alimentación. El filtro de condensador se utiliza como filtro de derivación cuando el condensador está conectado entre la tierra y la fuente de alimentación. Se pueden diseñar diferentes condensadores de filtro en función de los diferentes rangos de operaciones, costos, decisiones, temperaturas de operación y tamaños.

Amplificador de condensador de filtro

El condensador de filtro tiene una gran desventaja: la amplitud de la señal de salida es menor que la de la señal de entrada debido a una atenuación de la señal. Esto significa que la ganancia total del filtro-condensador es menor que uno, por lo que puede ser necesario amplificar la señal de salida.

 Se pueden utilizar diferentes amplificadores para restaurar o controlar la señal atenuada, como OpAmp, transistores o FET. Después de que el amplificador de filtro de condensador puede extraer energía de una fuente externa para aumentar o amplificar la señal de salida a través del filtro de condensador, la señal de salida del filtro de condensador se puede alterar o remodelar según lo requiera el circuito amplificador.

Selección de condensador de filtro

¿Cómo seleccionar el valor del condensador de filtro?

Seleccione el filtro de condensador basado en:

  • Costo
  • Precisión
  • Rango de operación
  • Estabilidad
  • La corriente de fuga
  • Tamaño
  • Temperatura de funcionamiento

Condensador de filtro de alto voltaje

Componente de circuito pasivo de condensador de alto voltaje que puede almacenar carga y energía para su uso en aplicaciones de alto voltaje, El condensador ordinario no se puede usar en aplicaciones de alto voltaje, por lo que el condensador de alto voltaje se usa en aplicaciones de rango de voltaje más alto, como filtrado de líneas de energía de alto voltaje, filtrado de CA o CC de alto voltaje, bypass de CA o CC de alto voltaje, etc. Estos condensadores están diseñados donde las dos placas de metal del condensador están separadas por un metal dieléctrico en el medio para un funcionamiento eficiente en aplicaciones de alto voltaje.

Cómo probar el condensador de filtro

Hay dos formas de comprobar el filtro-condensador:

  1. Antes de revisar el capacitor, asegúrese de que esté completamente descargado. Si no está completamente descargado, entonces descargue el condensador conectándolo a través de una carga. Si está utilizando un multímetro, configure el medidor para que lea un rango alto de ohmios. Conecte correctamente el extremo positivo y negativo del condensador con el multímetro. El medidor debe comenzar desde 0 y luego moverse hacia el infinito, lo que muestra que el capacitor está en condiciones de trabajo; si el medidor permanece en 0, entonces el capacitor no se está cargando a través del medidor, eso muestra que no está funcionando correctamente.
  2. Otra forma de probar el condensador del filtro, cargue el capacitor con el suministro de voltaje de CC y luego observe el voltaje a través del ánodo y el cátodo del capacitor. En esta prueba, la polaridad del capacitor es esencial justo antes de aplicar el voltaje. Revise el capacitor después de cargarlo, desconecte la fuente de voltaje del capacitor y use un multímetro para observar el voltaje en el capacitor. Tras la verificación, el condensador cargado debe mantener el voltaje aplicado. El voltaje caerá rápidamente a cero cuando el multímetro esté conectado porque el capacitor se descargará a través del multímetro. Si el capacitor no mantiene ningún valor cerca del voltaje aplicado, entonces el capacitor no está funcionando correctamente.

Condensador de filtro SMD

SMD significa dispositivo montado en superficie, lo que significa que el condensador SMD es el condensador montado en superficie hoy en día El condensador SMD se usa ampliamente como filtro porque son más pequeños y se pueden colocar fácilmente en la placa de circuito.La tecnología montada en la superficie permite una construcción más rápida y confiable del elemento electrónico., por lo que los condensadores están fácilmente disponibles y tienen un rendimiento más económico y superior.

Preguntas Frecuentes

¿Qué hace un condensador de filtro?

Los condensadores de filtro se pueden utilizar para diferentes propósitos con diferentes disposiciones en el circuito.

El filtro-condensador se puede utilizar para restringir el componente de CC de la señal de entrada. También puede rechazar o desviar el componente de CA de la señal de entrada. Los condensadores de filtro pueden limitar el ancho de banda de la señal o eliminar un rango específico de frecuencia de la señal. También se puede utilizar para eliminar componentes no deseados o ruido de los circuitos.

¿Cómo seleccionar condensadores de filtro?

Seleccione el filtro de condensador basado en:

  • Costo
  • Precisión
  • Rango de operación
  • Estabilidad
  • La corriente de fuga
  • Tamaño
  • Temperatura de funcionamiento

¿Cuál es el efecto de un condensador como filtro??

El condensador se utiliza como filtro. Puede filtrar los componentes de CA o CC de la señal o eliminar un rango de frecuencia específico.

El condensador ofrece alta resistencia hacia la baja frecuencia datos de entrada señal. Por el contrario, ofrece baja resistencia a la señal de alta frecuencia, por lo que cuando el condensador está conectado en serie con la señal de potencia, solo el componente de CA puede pasar a través de él. Solo el componente DC enlatado  pasa a través de la carga cuando el condensador está vinculado en paralelo a la carga.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas del filtro de condensador??

Hay varias ventajas y desventajas de los filtros de condensadores.

Las ventajas de los filtros de condensador son más baratas, de menor tamaño y fácilmente disponibles. Las desventajas del filtro-condensador son que es sensible al cambio de temperatura, su capacitancia se reduce con el tiempo.

¿Qué sucede cuando el valor del condensador del filtro es mayor??

Cuanto mayor sea el valor del filtro-condensador, el tamaño del condensador también aumentará con él.

Con un condensador de filtro más grande, el voltaje será mínimo. La constante de tiempo será grande. La carga se mantendrá durante un período más largo, pero consumirá una gran cantidad de corriente y llevará mucho tiempo completar la carga y será costosa.

¿Cuál es el mejor filtro de condensador o filtro de inductor??

El filtro puede diseñarse con un condensador o un inductor o con ambos.

Los filtros de condensador son más baratos que los instaladores de inductores. El tamaño del filtro-condensador es siempre menor que el tamaño del filtro inductor. El filtro de condensador es mejor para suavizar el voltaje, mientras que el filtro de inductor es mejor para suavizar la corriente.

¿Qué tipo de condensador se utiliza en un filtro de paso bajo??

En un filtro de paso bajo, el condensador está conectado a través de la carga.

El tipo de condensador utilizado en el filtro de paso bajo depende del rango de funcionamiento, temperatura, sensibilidad, estabilidad, coste, tamaño, etc. Se puede utilizar el condensador que cumpla con los requisitos.

¿Cuál es la diferencia entre un riel y un condensador de filtro en un circuito??

Se usa un capacitor de riel en el riel de potencia, y el capacitor de filtro se usa para diferentes propósitos.

Se utiliza un condensador de riel para filtrar el ruido o la ondulación en la línea de energía del riel. Este condensador se utiliza principalmente para mantener la tensión en su valor nominal y estabilizarla. ¿Dónde se usa el condensador de filtro para diferentes propósitos, como eliminar el componente de CA de la señal, bloquear la señal del componente de CC, como filtro de derivación, filtro EMI, limitar el ancho de banda de la señal, eliminar un rango específico de la señal, etc.

¿Por qué usamos condensadores como filtros en la rectificación cuando los condensadores se utilizan para bloquear DC y permitir AC??

Cuando usamos un filtro-condensador en el circuito de rectificación, solo reduce el componente de CA de la señal.

En el circuito rectificador, el filtro-condensador está conectado en paralelo al circuito de los aparatos de carga. El componente de CC de la señal de entrada puede pasar a través de la carga y el componente de CA de la señal de entrada pasará a través del condensador del filtro. El condensador muestra una baja resistencia hacia la señal de alta frecuencia.

¿Cuál es el efecto de las magnitudes de capacitancia del filtro en el voltaje de ondulación en las fuentes de alimentación de CC??

Cuando el filtro-condensador está conectado en serie con la fuente de alimentación de CC, reduce el componente de CA de la fuente de alimentación.

 Se utiliza un filtro-condensador en los circuitos para minimizar el voltaje de ondulación de la fuente de alimentación.

La salida de voltaje de ondulación del filtro se puede calcular mediante 

V_r = V_p / (2fCR)

Dónde V_r = voltaje de ondulación

V_p = voltaje pico

f = frecuencia de la señal (suministro)

C = capacitancia del capacitador

R = el valor de la resistencia

Acerca de Sneha Panda

Me gradué en Ingeniería en Electrónica Aplicada e Instrumentación. Soy una persona curiosa. Tengo interés y experiencia en temas como Transductores, Instrumentación Industrial, Electrónica, etc. Me encanta aprender sobre investigaciones e invenciones científicas, y creo que mi conocimiento en este campo contribuirá a mis futuros emprendimientos.

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Frikis Lambda