Caso práctico: Cargar y descargar un capacitor

Materiales

• 1 × Fuente DC de 5 V (banco de alimentación o USB 5 V estable)
• 1 × Protoboard y juego de cables
• 1 × Resistencia R1 = 10 kΩ, 1/4 W (para carga)
• 1 × Resistencia R2 = 10 kΩ, 1/4 W (para descarga)
• 1 × Capacitor electrolítico C1 = 100 μF, ≥16 V
• 1 × Pulsador S1 normalmente abierto (NA) para carga
• 1 × Pulsador S2 normalmente abierto (NA) para descarga
• 1 × Multímetro digital (DMM); opcional 1 × osciloscopio con sonda x1/x10

Guía de conexionado

• Identifica la polaridad de C1: la patilla larga o el lado sin franja es el positivo; la franja marca el negativo (a GND).
• Coloca C1 entre el nodo de medición y GND (positivo al nodo, negativo a GND).
• Inserta R1 en serie entre S1 y el nodo de medición: +5 V → S1 → R1 → nodo.
• Inserta R2 en serie con S2 hacia GND: nodo → S2 → R2 → GND.
• Conecta la fuente de 5 V: su positivo a +5 V del montaje y su negativo a GND del protoboard.
• Coloca los puntos de medida:
• Multímetro en VDC: punta roja al punto marcado ● V_C; punta negra a GND.
• Osciloscopio (opcional): CH1 a ● V_C; pinza de tierra a GND.
• Abreviaturas del esquema:
• V_C: tensión en el nodo del capacitor respecto de GND (voltaje sobre C1).
• GND: referencia de 0 V común a todo el circuito.

Esquemático

                +5 V
                 │
               ┌┴┐
               │ │   S1 = Pulsador NA (carga)
               │ │
               └┬┘
                 │
               ┌┴┐
               │ │   R1 = 10 kΩ (carga)
               │ │
               └┬┘
                 │
                 ● V_C
                 ├───────────────┬
                 │               │
                 │              ┌┴┐
                 │              │ │   S2 = Pulsador NA (descarga)
                 │              │ │
                 │              └┬┘
                 │               │
                ┌┴┐            ┌┴┐
                │ │            │ │   R2 = 10 kΩ (descarga)
                │ │   C1 =     │ │
                │ │   100 μF   └┬┘
                └┬┘              │
                 │               │
                GND             GND

Mediciones y pruebas

• Carga del capacitor:

  • Configura el DMM en VDC. Coloca la punta roja en ● V_C y la negra en GND.
  • Pulsa y mantén S1. Observa cómo V_C sube desde 0 V hacia 5 V.
  • Con R1 = 10 kΩ y C1 = 100 μF, la constante de tiempo es τ = R·C = 1 s. A t = τ, V_C ≈ 0,63·5 V ≈ 3,15 V.
  • A t ≈ 5τ (≈ 5 s), V_C estará prácticamente a 5 V.

• Descarga del capacitor:

  • Suelta S1. Pulsa y mantén S2 para descargar a través de R2.
  • Partiendo de ~5 V, a t = τ (1 s), V_C ≈ 0,37·5 V ≈ 1,85 V.
  • A t ≈ 5τ, V_C ≈ 0 V.

• Verificación de τ y cálculo:

  • τ_carga = R1·C1 = 10 kΩ · 100 μF = 1 s; τ_descarga = R2·C1 = 1 s.
  • Repite las mediciones variando R1 o R2 (p. ej., 4,7 kΩ o 22 kΩ) y comprueba que V_C alcanza ~63% en t = τ.

• Medición con osciloscopio (opcional):

  • Conecta CH1 a ● V_C y tierra de sonda a GND.
  • Ajustes iniciales: 1 V/div; 200 ms/div; disparo en flanco ascendente a ~1 V.
  • Pulsa S1 para registrar la curva de carga; cambia a flanco descendente y pulsa S2 para descarga.
  • Mide τ como el tiempo hasta 0,63·V_final (carga) o 0,37·V_inicial (descarga).

• Significado de abreviaturas y cómo medir:

  • V_C: tensión del nodo del capacitor respecto de GND; mide con la punta roja del DMM u osciloscopio en el punto ● y la referencia en GND.
  • GND: referencia de 0 V común; conecta aquí la punta negra del DMM o la pinza de tierra de la sonda.

Errores comunes

• Invertir la polaridad de C1 (en electrolíticos): puede dañarse o calentarse. El negativo (franja) siempre a GND.
• No compartir GND entre fuente y medición: el DMM/osciloscopio debe referenciar la misma tierra.
• Pulsar S1 y S2 a la vez: evita accionar ambos pulsadores simultáneamente.
• Usar R demasiado baja: corrientes elevadas pueden estresar el capacitor y la fuente.

Seguridad y buenas prácticas

• Verifica que C1 tenga tensión nominal ≥ 16 V (suficiente margen sobre 5 V).
• Comienza con la fuente apagada al cablear; energiza y desenergiza para cambiar conexiones si es necesario.
• Descarga el capacitor antes de manipular el circuito (mantén S2 pulsado unos segundos).

Extensiones y mejoras

• Cambia C1 (p. ej., 47 μF, 220 μF) para ver cómo afecta a τ.
• Sustituye S1 por un interruptor con retención para observar la trayectoria completa sin mantener presión.
• Añade una resistencia de bleed alta (p. ej., 1 MΩ) entre nodo y GND para garantizar descarga lenta cuando no se pulsa S2.
• Grafica V_C vs. tiempo con el osciloscopio y ajusta un modelo exponencial para estimar R·C.

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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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