Caso práctico: Construir una bobina de choque para CC

• Checklist rápida para elaborar y verificar el esquema:
• Define la topología: ¿qué entra, qué sale y qué filtras? (aquí: filtro L-C para DC).
• Elige valores realistas y disponibles (L, C, carga, tensión).
• Dibuja con +V arriba y GND abajo; sin nodos flotantes.
• Etiqueta componentes como en la lista de materiales (L1, C1, R1…).
• Marca puntos de medida con puntos sólidos y abreviaturas.
• Revisa que todas las conexiones cierran y el circuito funcionará si se cablea tal cual.

Objetivo

Construir y probar una bobina de choque (L1) para filtrar el rizado de una línea DC de 12 V mediante un filtro L-C, y medir la mejora en Vout.

Topología (resumen)

Filtro en L: fuente +V → L1 en serie → nodo Vout → C1 y C2 a GND en paralelo con la carga R1.

Mediciones (resumen)

Comparar V_in vs V_out (rizado), corriente por la bobina I_L, caída DC en L1 (por su resistencia), y temperatura de L1 bajo carga.

Materiales

• 1x Núcleo toroidal de ferrita A_L ≈ 2500 nH/turno² (Ø externo ~ 25–30 mm)
• 1x Hilo de cobre esmaltado 0,5–0,7 mm (AWG 24–20), ~5 m
• 1x L1 (a construir): objetivo 3,3 mH, ≥0,5 A
• 1x C1: 1000 µF, 25 V (electrolítico)
• 1x C2: 100 nF, 50 V (cerámico)
• 1x R1 (carga): 120 Ω, 2 W
• 1x Fuente DC: 12 V, ≥0,5 A (mejor si es con algo de rizado, p. ej., adaptador no regulado)
• 1x Multímetro digital (tensión, corriente, resistencia)
• 1x Osciloscopio (opcional pero recomendado)
• 1x Protoboard o regleta de bornes
• Varios: estaño, cinta/termorretráctil, bridas

Guía de conexionado

• Identifica el positivo de la fuente como +V y la referencia común como GND.
• Conecta L1 en serie entre +V y el nodo de salida Vout.
• Conecta C1 entre Vout y GND (polarizado: el negativo al GND).
• Conecta C2 en paralelo con C1, entre Vout y GND.
• Conecta R1 entre Vout y GND como carga de prueba.
• Prepara puntos de medida accesibles en: entrada (Vin), salida (Vout) y en serie con L1 (para I_L).

Esquemático

                 +V (+12 V)
                   │
               ● Vin
                   │
                ┌────┐               L1 3.3 mH / 0.5 A
                │    │
                │    │
                └──┬─┘
                   │
               ● IL
                   │
      ● Vout ──────┼───────────────┐
                   │               │
                 ┌─┴─┐             │           C1 1000 µF / 25 V
                 │   │             │
                 │   │             │
                 └─┬─┘             │
                   │               │
                 ┌─┴─┐             │           C2 100 nF
                 │   │             │
                 │   │             │
                 └─┬─┘             │
                   │             ┌─┴─┐         R1 120 Ω / 2 W (carga)
                   │             │   │
                   │             │   │
                   │             └─┬─┘
                   │               │
                  GND             GND

Cómo construir L1 (bobina de choque)

• Cálculo de vueltas (aprox.): N ≈ √(L/A_L). Con L = 3,3 mH y A_L = 2500 nH/turno² → N ≈ √(3,3e-3 / 2,5e-6) ≈ 36 vueltas.
• Selección del hilo: 0,5–0,7 mm soporta hasta ~0,8–1,5 A en DC (según ventilación). Para 0,5 A es suficiente.
• Bobinado:
• Limpia el núcleo. Marca inicio/fin para identificar el sentido.
• Reparte las ~36 vueltas uniformemente alrededor del toroide, apretadas y sin cruces.
• Raspa/quema el esmalte en los extremos y estaña.
• Mide la resistencia DC (R_DC) de la bobina: debería ser baja (decenas a pocos cientos de mΩ).
• Asegura el bobinado con laca, cinta Kapton o termorretráctil.

Mediciones y pruebas

• V_in (tensión de entrada):

  • Mide la tensión en el punto marcado como Vin respecto a GND con el multímetro en VDC.
  • Para evaluar rizado, usa el osciloscopio en AC acoplado o el multímetro en VAC (si tiene función de rizado), punta en Vin y referencia en GND.

• V_out (tensión de salida):

  • Mide la tensión en el punto Vout respecto a GND en VDC; debería ser cercana a V_in menos la caída en L1 por R_DC.
  • Mide el rizado en Vout igual que en Vin; compara amplitudes para ver la atenuación del filtro.

• I_L (corriente por la bobina):

  • I_L es la corriente que circula por L1. Para medirla, abre temporalmente el circuito en el tramo marcado IL y coloca el multímetro en modo A (corriente) en serie.
  • Alternativa sin abrir circuito: inserta una resistencia shunt conocida (p. ej., 1 Ω) para medir V_shunt y calcular I_L = V_shunt / R_shunt.

• R_DC de L1 (resistencia de cobre):

  • Con el circuito desconectado, mide con el multímetro en Ω entre los extremos de L1. Anota el valor; una R_DC alta incrementa la caída de tensión y el calentamiento.

• Temperatura de L1:

  • Tras 5–10 minutos a carga nominal, toca brevemente o usa un termómetro IR. Debe estar tibia, no caliente. Si quema al tacto, reduce la corriente o usa hilo más grueso/núcleo mayor.

• Cálculo de atenuación (opcional):

  • Frecuencia de rizado típica: 100/120 Hz (rectificado de red). La frecuencia propia f0 ≈ 1 / (2π·√(L·C_eq)). Con L=3,3 mH y C≈1000 µF, f0 ~ 88 Hz: el rizado cercano a 100/120 Hz se atenúa claramente.
  • Verifica en el osciloscopio la reducción de rizado entre Vin y Vout.

Resultados esperados

• Vout DC ~ V_in DC − I_L·R_DC(L1). Para 0,1 A y R_DC=0,3 Ω, caída ≈ 30 mV.
• Rizado en Vout notablemente menor que en Vin (típicamente 3–10× menos, depende de la fuente y la carga).
• L1 sin calentamiento significativo a 0,1–0,3 A continuos.

Errores comunes

• Usar un núcleo inadecuado (A_L muy bajo): obliga a demasiadas vueltas y eleva R_DC.
• Bobinado desordenado o con empalmes mal estañados: aumenta pérdidas y ruido.
• Polaridad incorrecta del electrolítico C1: riesgo de daño inmediato.
• Carga ausente: el filtro puede resonar; siempre prueba con carga R1 conectada.
• Intentar medir I_L en paralelo (en modo voltímetro): nunca; la corriente se mide en serie.

Seguridad

• Desconecta la fuente antes de manipular conexiones o medir resistencia.
• Descarga C1 tocando Vout a GND con una resistencia de ~1 kΩ durante unos segundos antes de reconfigurar.
• Evita cortocircuitos en protoboard/regletas; verifica polaridades de C1 y de la fuente.

Mejoras y variantes

• Añade un segundo condensador (π: C–L–C) para mayor atenuación de rizado.
• Usa un núcleo con entrehierro controlado o polvo de hierro para corrientes más altas sin saturación.
• Coloca C2 lo más cerca posible de la carga para suprimir HF.
• Para cargas sensibles, añade un regulador lineal LDO después del filtro.

Verificación final

1. Revisa que el esquema cumple: +V arriba, GND abajo, sin nodos flotantes, todas las conexiones cerradas.
2. Comprueba que L1, C1, C2 y R1 están etiquetados como en Materiales y con valores realistas.
3. Verifica que los puntos de medida (● Vin, ● IL, ● Vout) están marcados y accesibles.
4. Imagina que cada línea es un cable real: si alguien cablea exactamente el diagrama, el circuito debe funcionar.
5. Si detectas cualquier inconsistencia, corrige el esquema y repite la verificación antes de concluir.

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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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