Caso práctico: Bloqueo de corriente continua

Prototipo de Bloqueo de corriente continua (Maker Style)

Nivel: Básico. Verifique que un condensador permite el paso de señales de CA mientras bloquea los componentes de CC.

Objetivo y caso de uso

Construirá un circuito pasivo que conecta una fuente de señal con un offset de CC a una carga a través de un condensador en serie. La configuración demuestra cómo el condensador filtra el componente de corriente continua (CC) mientras permite que la señal de corriente alterna (CA) llegue a la carga.

Por qué es útil:
* Acoplamiento de audio: Esencial para conectar etapas de amplificación donde existen diferentes voltajes de polarización de CC, pero la señal de audio debe pasar sin cambios.
* Acondicionamiento de sensores: Elimina los offsets de voltaje constante de los sensores (como los elementos piezoeléctricos) para centrarse solo en los cambios dinámicos.
* Protección: Evita que corrientes peligrosas de CC fluyan hacia cargas sensibles como auriculares o altavoces.

Resultado esperado:
* Señal de entrada: Una onda sinusoidal que oscila estrictamente por encima de 0 V (por ejemplo, entre +2 V y +4 V).
* Señal de salida: La misma onda sinusoidal centrada alrededor de 0 V (oscilando entre -1 V y +1 V).
* Medición de CC: El nodo de entrada mide un voltaje de CC constante (por ejemplo, +3 V), mientras que el nodo de salida mide 0 V CC.

Público objetivo y nivel:
Estudiantes y aficionados que aprenden sobre filtros pasivos y acoplamiento de CA.

Materiales

  • V1: Generador de funciones, función: proporciona una onda sinusoidal de 1 kHz (2 Vpp) con un offset de CC de +3 V.
  • C1: Condensador electrolítico de 10 µF, función: condensador de acoplamiento para bloqueo de CC.
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: carga de salida a tierra.
  • Herramientas de medición: Osciloscopio (modo de acoplamiento DC) y multímetro.

Guía de conexionado

Este circuito utiliza tres nodos específicos: VIN (fuente), VOUT (carga) y 0 (GND).

  • V1 (Fuente): Conecte el terminal positivo al nodo VIN y el terminal negativo/tierra al nodo 0.
  • C1 (Condensador): Conecte el terminal positivo (ánodo) al nodo VIN y el terminal negativo (cátodo) al nodo VOUT.
  • R1 (Resistencia): Conecte una pata al nodo VOUT y la otra pata al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — DC Blocking (High-Pass)
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

[ INPUT SOURCE ]                 [ PROCESSING ]                   [ OUTPUT LOAD ]

    [ V1: Function Gen ]             [ C1: Capacitor ]                 [ R1: Resistor ]
    ( 1kHz Sine, 2Vpp  ) --(VIN)--> +[     10 µF     ]- --(VOUT)--> [     10 kΩ      ] --> GND
    (   +3 V DC Offset  )      |      ( Electrolytic  )       |
                              |                              |
                              v                              v
                       [ Measurement ]                [ Measurement ]
                       (Scope/Multi)                  (Scope/Multi)
Esquema Eléctrico

Mediciones y pruebas

Para validar el circuito, asegúrese de que su osciloscopio esté configurado en DC Coupling (Acoplamiento DC) en el canal de entrada. Si se configura en AC Coupling, el propio osciloscopio bloqueará la CC, ocultando el efecto del condensador externo.

  1. Configurar fuente (V1): Configure el generador de funciones en onda sinusoidal, Frecuencia = 1 kHz, Amplitud = 2 V pico a pico, Offset = +3 V.
  2. Medir entrada (VIN):
    • Conecte la sonda del osciloscopio a VIN.
    • Observación: La señal debe oscilar entre +2 V y +4 V. La línea central está en +3 V.
    • Medidor de CC: Debe leer aproximadamente +3 V.
  3. Medir salida (VOUT):
    • Conecte la sonda del osciloscopio a VOUT.
    • Observación: La señal debe oscilar entre -1 V y +1 V. La línea central está en 0 V.
    • Medidor de CC: Debe leer aproximadamente 0 V.
  4. Verificación: Confirme que la forma y la amplitud (2 Vpp) de la onda de CA permanecen en gran medida inalteradas, pero la posición vertical se ha desplazado hacia abajo 3 voltios.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: DC blocking

* --- Components ---

* V1: Function Generator
* Specs: 1 kHz sine wave, 2 Vpp (Amplitude = 1V), +3 V DC offset
* Connection: Positive to VIN, Negative to 0 (GND)
V1 VIN 0 SIN(3 1 1k)

* C1: 10 uF electrolytic capacitor
* Function: DC blocking coupling capacitor
* Connection: Positive (VIN) to Negative (VOUT)
C1 VIN VOUT 10u

* R1: 10 kOhm resistor
* Function: Output load to ground
* Connection: VOUT to 0 (GND)
R1 VOUT 0 10k

* --- Simulation Commands ---
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: DC blocking

* --- Components ---

* V1: Function Generator
* Specs: 1 kHz sine wave, 2 Vpp (Amplitude = 1V), +3 V DC offset
* Connection: Positive to VIN, Negative to 0 (GND)
V1 VIN 0 SIN(3 1 1k)

* C1: 10 uF electrolytic capacitor
* Function: DC blocking coupling capacitor
* Connection: Positive (VIN) to Negative (VOUT)
C1 VIN VOUT 10u

* R1: 10 kOhm resistor
* Function: Output load to ground
* Connection: VOUT to 0 (GND)
R1 VOUT 0 10k

* --- Simulation Commands ---

* Operating point analysis
.op

* Transient analysis
* Frequency is 1kHz (Period = 1ms). Simulate 5ms to see 5 cycles.
.tran 10u 5m

* --- Output Directives ---
* Print input and output voltages for logging
.print tran V(VIN) V(VOUT)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (508 rows) 
Index   time            v(vin)          v(vout)
0	0.000000e+00	3.000000e+00	0.000000e+00
1	1.000000e-07	3.000628e+00	6.283179e-04
2	2.000000e-07	3.001257e+00	1.256635e-03
3	4.000000e-07	3.002513e+00	2.513266e-03
4	8.000000e-07	3.005027e+00	5.026506e-03
5	1.600000e-06	3.010053e+00	1.005285e-02
6	3.200000e-06	3.020105e+00	2.010452e-02
7	6.400000e-06	3.040202e+00	4.020026e-02
8	1.280000e-05	3.080338e+00	8.033296e-02
9	2.280000e-05	3.142767e+00	1.427508e-01
10	3.280000e-05	3.204633e+00	2.045991e-01
11	4.280000e-05	3.265691e+00	2.656336e-01
12	5.280000e-05	3.325700e+00	3.256134e-01
13	6.280000e-05	3.384424e+00	3.843020e-01
14	7.280000e-05	3.441631e+00	4.414676e-01
15	8.280000e-05	3.497095e+00	4.968847e-01
16	9.280000e-05	3.550597e+00	5.503345e-01
17	1.028000e-04	3.601927e+00	6.016061e-01
18	1.128000e-04	3.650880e+00	6.504972e-01
19	1.228000e-04	3.697265e+00	6.968148e-01
20	1.328000e-04	3.740898e+00	7.403761e-01
21	1.428000e-04	3.781608e+00	7.810093e-01
22	1.528000e-04	3.819232e+00	8.185538e-01
23	1.628000e-04	3.853624e+00	8.528617e-01
... (484 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Usar acoplamiento de CA en el osciloscopio: Este es el error más frecuente. Hace que la entrada se vea exactamente igual que la salida porque el osciloscopio bloquea la CC internamente. Solución: Verifique siempre que el canal del osciloscopio esté configurado en «DC Coupling».
  2. Invertir la polaridad del condensador: Usar un condensador electrolítico polarizado al revés puede hacer que tenga fugas de corriente o falle. Solución: Asegúrese de que el lado positivo de C1 esté orientado hacia el potencial de CC más alto (la fuente VIN en este caso).
  3. Resistencia de carga (R1) demasiado baja: Si R1 es muy pequeña, crea un filtro paso alto con una frecuencia de corte superior a 1 kHz, atenuando la señal de CA. Solución: Asegúrese de que R1 × C1 sea lo suficientemente grande para que fcutoff = (1 / (2\pi R C)) esté muy por debajo de la frecuencia de la señal.

Solución de problemas

  • Síntoma: VOUT muestra un voltaje de CC significativamente mayor que 0 V.
    • Causa: El condensador C1 tiene fugas o está dañado (actuando como una resistencia).
    • Solución: Reemplace C1 con un condensador nuevo.
  • Síntoma: No hay señal en VOUT (0 V CA y 0 V CC).
    • Causa: Conexión de circuito abierto o pista de protoboard defectuosa.
    • Solución: Verifique la continuidad entre el cátodo de C1 y R1.
  • Síntoma: La señal de CA en VOUT es mucho más pequeña que en VIN.
    • Causa: La frecuencia de la fuente es demasiado baja para la combinación seleccionada de C1/R1 (efecto de filtrado paso alto).
    • Solución: Aumente la frecuencia de V1 o aumente el valor de C1.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Barrido de frecuencia: Baje la frecuencia de V1 de 1 kHz a 1 Hz para observar cómo el condensador eventualmente bloquea también la señal de CA (demostración de filtro paso alto).
  2. Carga variable: Reemplace R1 con un potenciómetro para ver cómo el cambio de la impedancia de carga afecta el punto de corte de baja frecuencia.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal del circuito descrito en el texto?




Pregunta 2: ¿Qué componente es responsable de filtrar el componente de corriente continua (CC)?




Pregunta 3: ¿Por qué es útil este circuito en el acoplamiento de audio?




Pregunta 4: ¿Qué efecto tiene este circuito en el acondicionamiento de sensores?




Pregunta 5: ¿Cómo se describe la señal de entrada en el resultado esperado?




Pregunta 6: ¿Cuál es el resultado esperado para la señal de salida después de pasar por el condensador?




Pregunta 7: ¿Qué función de protección cumple este circuito según el texto?




Pregunta 8: ¿Qué tipo de circuito se indica que se construirá en el objetivo?




Pregunta 9: ¿Qué sucede con el componente de CA de la señal al pasar por el condensador?




Pregunta 10: ¿Cuál es un ejemplo de carga sensible mencionado que se beneficia de la protección contra CC?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

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