Caso práctico: Temporizador simple con RC

Objetivo

Construir un temporizador muy simple: al pulsar un botón, el LED se enciende y luego se apaga lentamente conforme el capacitor se descarga.

Topología (resumen)

• RC cargado desde +5 V con pulsador; el nodo del capacitor (V_C) alimenta un camino en serie R_LED + LED hacia GND.
• Carga rápida mediante R1 + S1; descarga controlada a través de R2 + LED hacia GND.
• Medidas en el nodo V_C y a través del LED (V_LED).

Mediciones (resumen)

• V_C(t): tensión en el nodo del capacitor respecto a GND durante carga/descarga.
• V_LED(t): tensión entre ánodo y cátodo del LED para observar umbral de conducción.
• Corriente estimada por el LED: a partir de V_R2(t) = +5 V − V_anodo_LED(t), I_LED ≈ V_R2 / R2.

Materiales

• 1 × Fuente de alimentación de +5 V DC (o 3×AA con soporte de 4.5–5 V)
• 1 × S1: Pulsador normalmente abierto (NO)
• 1 × R1 = 100 Ω (limitación de corriente de carga)
• 1 × C1 = 100 µF, 16 V (electrolítico)
• 1 × R2 = 330 Ω (resistencia limitadora del LED)
• 1 × LED1 rojo 5 mm
• 1 × Protoboard y cables
• 1 × Multímetro digital (VDC)
• 1 × Cronómetro (puede ser el del móvil)

Guía de conexionado

• Coloca la fuente de +5 V con su GND en los buses de la protoboard.
• Desde +5 V a R1 (100 Ω); la otra pata de R1 al pulsador S1 (cualquiera de sus contactos).
• Del otro contacto de S1 al nodo principal del circuito (llamado V_C).
• Conecta C1 (100 µF) entre V_C y GND; respeta la polaridad: positivo a V_C, negativo a GND.
• Conecta R2 (330 Ω) entre V_C y el ánodo de LED1. Del cátodo de LED1 a GND. Nota: ánodo = pata larga, cátodo = lado plano.
• Verifica que no existan cortocircuitos entre +5 V y GND con el multímetro antes de alimentar.
• Abreviaturas de medida:
• V_C: tensión del nodo del capacitor respecto a GND. Para medir V_C: multímetro en VDC, punta negra a GND y roja al punto marcado como ● V_C.
• V_LED: tensión entre ánodo y cátodo del LED. Para medir V_LED: multímetro en VDC, punta roja al ● V_LED+ (ánodo del LED) y punta negra al ● V_LED− (cátodo del LED).
• Para estimar I_LED sin abrir el circuito: mide V_anodo (en ● V_LED+) respecto a GND; V_R2 = 5.0 V − V_anodo; I_LED ≈ V_R2 / 330 Ω.

Esquemático

                 +5 V
                  │
                ┌┴┐            R1 = 100 Ω (limitación de carga)
                │ │
                │ │
                └┬┘
                  │
                [ S1 ]         S1 = Pulsador NO (cargar)
                  │
                  ├───────────────● V_C
                  │               │
                  │              ┌┴┐
                  │              │ │   C1 = 100 µF 16 V
                  │              │ │   (electrolítico)
                  │              └┬┘
                  │               │
                  │               │
                  │              GND


                  └───────────────┬─────────────────────────────
                                  │
                                 ┌┴┐
                                 │ │   R2 = 330 Ω (LED)
                                 │ │
                                 └┬┘
                                  │
                                  │      ● V_LED+
                                  │     ┌┴┐
                                  │     │ │   LED1 rojo (ánodo arriba)
                                  │     │ │
                                  │     └┬┘
                                  │      ● V_LED−
                                  │       │
                                  │       │
                                  │      GND

Mediciones y pruebas

• Verificación inicial:

  • Con la fuente apagada, mide continuidad entre +5 V y GND: debe indicar circuito abierto.
  • Enciende la fuente a +5 V y verifica que el LED está apagado con el pulsador en reposo.

• Carga y encendido:

  • Pulsa S1 durante ~1 s. El LED debe encenderse brillante y mantenerse encendido al soltar S1, luego empezar a atenuarse.

• Medir V_C(t):

  • Coloca el multímetro en VDC. Punta negra a GND, roja en ● V_C.
  • Pulsa S1 y suelta: anota V_C inmediatamente después de soltar y luego cada segundo hasta que baje por debajo de ~2 V (umbral aproximado en el que el LED casi no conduce).

• Medir V_LED(t):

  • Punta roja en ● V_LED+, punta negra en ● V_LED−.
  • Observa cómo V_LED se mantiene cerca de ~1.8–2.2 V mientras el LED conduce y luego cae cuando la corriente es muy baja.

• Estimar I_LED(t):

  • Mide V_anodo = V(● V_LED+) respecto a GND.
  • Calcula V_R2 = 5.0 V − V_anodo y luego I_LED ≈ V_R2 / 330 Ω.
  • Compara I_LED estimada con el brillo percibido.

• Constante de tiempo (aprox.):

  • Aunque el LED no es una carga lineal, puedes aproximar el tiempo visible de encendido como el intervalo en que V_C > V_LED + (I_LED·R2).
  • Para una estimación más “RC pura”, temporalmente sustituye LED1 por un resistor de prueba de 1 kΩ a GND y repite la medición de V_C(t); en ese caso τ ≈ R_eq·C1, con R_eq ≈ 1 kΩ.

Explicación rápida

• Al pulsar S1, C1 se carga desde +5 V (limitado por R1). Al soltar, C1 se descarga a través de R2 y el LED.
• El brillo depende de la corriente que atraviesa el LED: ésta disminuye al bajar V_C, por lo que el LED se atenua progresivamente.
• El capacitor es el “depósito” de energía que sostiene la iluminación durante unos segundos.

Errores comunes

• Conectar el electrolítico C1 al revés: revisa el lado “−” del capacitor hacia GND.
• Omitir R2: sin resistencia limitadora, el LED puede dañarse.
• Medir V_C sin referencia a GND: siempre coloca la punta negra del multímetro en GND para V_C.
• Usar un LED azul/blanco con R2=330 Ω y V=5 V: puede dar menos tiempo visible por su mayor Vf; ajusta R2 (p.ej., 470–1 kΩ) o usa LED rojo/verde.

Seguridad

• No superes la tensión nominal del capacitor (usa 16 V o más para trabajar con 5 V con margen).
• Evita cortocircuitos al pulsar: R1 ayuda a limitar la corriente de carga.

Mejoras y variaciones

• Ajuste de tiempo: incrementa C1 (p.ej., 220–470 µF) o R2 (470–1 kΩ) para alargar el apagado.
• Carga/descarga más controlada: añade una resistencia adicional en paralelo con el LED para asegurar una descarga más lineal aun cuando el LED deje de conducir.
• Indicador de “fin de tiempo”: coloca un comparador sencillo (o un transistor) si quieres que el LED se mantenga brillante y corte de golpe cerca de un umbral, en lugar de atenuarse.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

¿Quiénes somos?