Caso práctico: Suavizar variaciones de brillo en una mini lámpara

Materiales

• 1 × Fuente de 3 V a 5 V (por ejemplo, 2 pilas AA en serie o una fuente regulada de laboratorio).
• 1 × LED blanco (o de cualquier color).
• 1 × [R1] Resistencia limitadora para el LED:
• 220 Ω para 5 V
• 100 Ω para 3 V (si usas solo 2×AA, por ejemplo).
• 1 × [C1] Capacitor electrolítico de 470 µF a 1000 µF, 10 V o más (polarizado).
• 1 × Interruptor simple (SPST) o pulsador normalmente abierto.
• 1 × Protoboard (placa de pruebas).
• 4–6 × Cables de conexión (jumpers macho-macho).
• 1 × Multímetro digital (para medir tensiones y, opcionalmente, corriente).

En el texto usaré 5 V y R1 = 220 Ω como ejemplo. Si usas 3 V, solo ajusta el valor de R1 como indicado.

Guía de conexionado

• Conecta el terminal positivo de la fuente de 5 V al primer contacto del interruptor.
• Conecta el segundo contacto del interruptor al extremo izquierdo de [R1] 220 Ω.
• Conecta el extremo derecho de [R1] 220 Ω al nodo VA, que será el punto común de la mini lámpara.
• Conecta el ánodo (pata larga) del LED al nodo VA.
• Conecta el cátodo (pata corta) del LED a GND (negativo de la fuente).
• Conecta el terminal positivo de [C1] 1000 µF al nodo VA.
• Conecta el terminal negativo de [C1] 1000 µF a GND.
• Conecta el negativo de la fuente (0 V) a la línea de GND de la protoboard.

Este nodo VA es donde verás el efecto del capacitor: allí se conecta la resistencia que viene de la fuente, el LED y el capacitor en paralelo con el LED.

Esquemático

                    +5V
                    |
                 Interruptor
                    |
                 [R1] 220Ω
                    |
             o VA node (lámpara)
             /              \
        [D1] LED           [C1] 1000µF
        (ánodo)             (+)
          |                  |
          +------------------+
          |                  |
         GND                GND

Mediciones y pruebas

• Comprobación básica de funcionamiento:

  • Cierra el interruptor: el LED debe encenderse con brillo normal.
  • Abre el interruptor: el LED debe apagarse de forma suave, no instantánea; debe tardar una fracción de segundo.
  • Repite varias veces: observa si desaparecen pequeños parpadeos o cortes muy breves que tendrías sin el capacitor.

• Medición de la tensión en el LED (V_LED):

  • V_LED significa “tensión entre el ánodo y el cátodo del LED”.
  • Coloca la punta negra del multímetro en GND y la punta roja en el ánodo del LED (nodo VA).
  • Pon el multímetro en modo voltímetro DC (rango de 20 V es suficiente).
  • Cierra el interruptor: V_LED debería situarse cerca de la tensión típica del LED (≈2 V para rojo, ≈3 V para blanco).
  • Abre el interruptor y observa V_LED: debe caer de forma progresiva (por ejemplo, de 3 V a 0 V en 0,2–0,5 s), no en un salto instantáneo.

• Medición del tiempo de descarga (t_descarga):

  • t_descarga es el tiempo que tarda el nodo VA (y por tanto el LED) en bajar desde el valor inicial hasta casi 0 V después de abrir el interruptor.
  • Para medirlo “a ojo”, cuenta mentalmente desde que abres el interruptor hasta que el LED se ve casi apagado.
  • Para medirlo con más precisión, observa V_LED con el multímetro y cronometra cuánto tarda en bajar, por ejemplo, desde 3 V hasta 1 V.
  • Prueba a cambiar el valor de [C1] (por ejemplo, 470 µF, 1000 µF, 2200 µF) y compara cuánto se alarga o acorta t_descarga.

• Medición de la corriente del LED (I_LED) — opcional:

  • I_LED significa “corriente que circula por el LED”.
  • Desconecta el ánodo del LED del nodo VA.
  • Coloca el multímetro en modo amperímetro DC (empezando por el rango más alto disponible).
  • Conecta la punta roja del multímetro al nodo VA y la punta negra al ánodo del LED.
  • Cierra el interruptor y anota I_LED cuando el LED está encendido estable.
  • Abre el interruptor y observa cómo I_LED va disminuyendo poco a poco conforme el capacitor se descarga.

• Pruebas de suavizado frente a microcortes:

  • Con el interruptor cerrado, mueve ligeramente el conmutador para forzar microcortes (o golpea suavemente el portapilas si es algo flojo).
  • Sin capacitor (C1 desconectado), deberías notar parpadeos más evidentes.
  • Con capacitor (C1 conectado), estos parpadeos se reducen: el LED queda encendido más estable, porque el capacitor “rellena” los huecos cortos de alimentación.

Explicación sencilla del funcionamiento

• El LED, por sí solo, responde casi instantáneamente a cualquier cambio de tensión: si la alimentación cae, su brillo baja de golpe.
• El capacitor [C1] se comporta como un pequeño depósito de carga:
  • Cuando el interruptor está cerrado, se carga hasta una tensión cercana a la del nodo VA (casi la misma que el LED).
  • Cuando el interruptor se abre, la fuente desaparece, pero el capacitor se queda cargado y empieza a descargarse a través del LED.
• Durante la descarga:
  • La tensión en VA no cae a cero inmediatamente; disminuye de forma progresiva.
  • El LED recibe corriente desde el capacitor y se ve un apagado suave.
• Cuanto mayor sea C1 (en µF):
  • Más tiempo tarda en descargarse.
  • Más lento es el cambio de brillo → mejor suaviza las variaciones.

En fórmulas muy sencillas, el tiempo típico de descarga (constante de tiempo) es:

[
\tau = R_{equivalente} \cdot C
]

Donde ( R_{equivalente} ) es la resistencia a través de la cual se descarga el capacitor (en este caso, la combinación de R1 y el LED visto como una resistencia dinámica, pero a nivel básico puedes pensar que “más resistencia → descarga más lenta”).

Errores comunes

• Invertir la polaridad del capacitor electrolítico:
  • El terminal marcado con “–” siempre debe ir a GND.
  • El terminal “+” debe ir al nodo VA (lado positivo).
  • Si lo conectas al revés, puede calentarse, dañarse e incluso abrirse (riesgo).
• No usar resistencia limitadora (R1):
  • No conectes nunca el LED directamente a 5 V con un capacitor grande en paralelo.
  • Sin R1, el LED puede quemarse al cargar/descargar el capacitor.
• Usar tensión demasiado alta para el capacitor:
  • Revisa que la tensión de trabajo del capacitor (por ejemplo, 10 V) sea mayor que la tensión de tu fuente (5 V).
• Esperar un “apagado eterno” con un capacitor pequeño:
  • Con 10–47 µF el efecto será muy corto, casi imperceptible.
  • A partir de 470–1000 µF el apagado ya se ve claramente.

Seguridad y buenas prácticas

• Desconecta la fuente siempre que vayas a cambiar conexiones en la protoboard.
• No uses capacitores visiblemente hinchados, dañados o con pérdidas.
• Si un capacitor electrolítico se calienta mucho o emite olor raro, apaga la fuente y revisa:
  • Polaridad.
  • Tensión de trabajo suficiente.
  • Ausencia de cortocircuitos.
• No uses tensiones innecesariamente altas: para esta práctica, 3–5 V son más que suficientes.

Posibles mejoras y variaciones

• Variar el valor de C1:
  • Prueba 100 µF, 470 µF, 1000 µF, 2200 µF y compara la duración del apagado suave.
• Añadir otro LED en paralelo:
  • Conecta un segundo LED (con su propia resistencia) al nodo VA y observa cómo ambos se apagan de forma parecida.
• Usar un interruptor pulsador:
  • Mantén pulsado para encender el LED; al soltar, observa el efecto “fade out” (apagado gradual).
• Medir la tensión en el capacitor (en VA) con el tiempo:
  • Puedes anotar valores cada 0,1 s y luego dibujar una pequeña curva de descarga, viendo que no es una línea recta sino una curva suave.

Con este montaje habrás experimentado un uso muy típico de los capacitores: suavizar variaciones de tensión y corriente en un circuito sencillo de iluminación.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

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