Caso práctico: Filtrar ruido con resistor y condensador

Materiales

• 1 × Fuente de 5 V DC (puede ser un banco de laboratorio o USB + adaptador).
• 1 × Pulsador (push button) normalmente abierto.
• 1 × Resistor R1 = 10 kΩ (para crear el filtro con el condensador).
• 1 × Resistor R2 = 330 Ω (limitador de corriente para el LED).
• 1 × Condensador C1 = 10 µF (electrolítico o cerámico, tensión ≥ 10 V).
• 1 × LED estándar (rojo, verde o similar).
• 1 × Protoboard (placa de pruebas).
• 6–10 × Cables puente macho-macho.
• 1 × Multímetro digital (para medir tensiones).
• (Opcional pero muy recomendable) 1 × Osciloscopio (para ver la forma de onda de entrada y salida del filtro).

Guía de conexionado

• Conecta el terminal positivo de la fuente de 5 V al nodo etiquetado como +5V de la protoboard.

• Conecta el terminal negativo de la fuente al nodo común de masa etiquetado como GND.

• Conexiones del pulsador (fuente de señal “ruidosa”):

• Conecta un terminal del pulsador directamente a +5V.
• Conecta el otro terminal del pulsador al nodo etiquetado como VA node (será la señal de entrada ruidosa).

• Conecta un resistor de “pull-down” (R3 = 10 kΩ, interno implícito en este escenario) entre VA node y GND si tu pulsador no deja la entrada claramente a 0 V al soltar; si no tienes R3, puedes asumir que VA node queda flotando y verás aún más ruido.
  (Para mantener el circuito simple en el esquema, ese resistor de pull-down lo consideraremos integrado; el filtro RC se centrará en R1 y C1.)

• Conexiones del filtro RC paso bajo:

• Conecta el resistor R1 = 10 kΩ entre VA node y el nodo etiquetado como VB node (salida filtrada).

• Conecta el condensador C1 = 10 µF entre VB node y GND (respetando la polaridad si es electrolítico: positivo a VB node, negativo a GND).

• Conexiones del LED indicador de señal filtrada:

• Conecta el ánodo del LED (patilla larga) al nodo VB node.
• Conecta el cátodo del LED (patilla corta) al resistor R2 = 330 Ω.

• Conecta el otro extremo de R2 a GND.

• Puntos de medición:

• Punto de medida de entrada: VA node (antes del filtro).
• Punto de medida de salida: VB node (después del filtro).
• Referencia común de medida: GND.

Esquemático

               +5V
               |
               |
             [PULS] Pulsador
               |
               o VA node (señal "ruidosa")
               |
            [R1] 10kΩ
               |
               o VB node (señal filtrada)
               |
             [C1] 10µF
               |
              GND


   Indicador LED:

   VB node o----[D1] LED----[R2] 330Ω----GND

   VA node o----[R3] 10kΩ----GND

Mediciones y pruebas

• Mediciones básicas con multímetro:

  • Mide la tensión entre VA node y GND (configura el multímetro en voltímetro DC).
  • Mide la tensión entre VB node y GND.
  • Pulsa y suelta el pulsador: observa cómo en VA node la tensión sube y baja casi instantáneamente hacia 0 V y 5 V, mientras que en VB node la subida y bajada son más lentas (por el efecto del RC).

• Mediciones con osciloscopio (si dispones de él):

  • Conecta la punta del canal 1 del osciloscopio a VA node y la pinza de masa a GND.
  • Conecta la punta del canal 2 del osciloscopio a VB node y la pinza de masa del mismo canal también a GND.
  • Ajusta la base de tiempos para ver transiciones cuando pulses el botón (por ejemplo, 5 ms/div o 10 ms/div).
  • Observa la forma de onda:
    • En VA node verás bordes casi verticales y, a veces, pequeños rebotes (picos cortos) al pulsar.
    • En VB node esos rebotes se verán mucho más pequeños o incluso desaparecerán; las transiciones serán curvas suaves (cargas y descargas del condensador).

• Qué significa cada magnitud que puedes medir:

  • V_VA: tensión en el nodo VA respecto a GND. Es la señal “sin filtrar”. Mide esta tensión colocando la punta del multímetro (o sonda del osciloscopio) en VA node y la referencia en GND.
  • V_VB: tensión en el nodo VB respecto a GND. Es la señal filtrada por el RC. Mídela igual: punta en VB node y referencia en GND.
  • ΔV_ruido_entrada: diferencia máxima entre el valor medio de la señal y los pequeños picos rápidos que aparecen en VA. La verás claramente en el osciloscopio como “dientes” o “picos” al pulsar.
  • ΔV_ruido_salida: la misma diferencia pero ahora en VB. Si el filtro funciona, ΔV_ruido_salida será claramente menor que ΔV_ruido_entrada.

• Criterios de éxito:

  • El LED se enciende al pulsar el botón y se apaga al soltar, con una transición algo más suave (no “instantánea”) que si estuviera conectado directamente a VA.
  • En el osciloscopio, la amplitud de los picos rápidos (ruido) en VB es mucho menor que en VA.
  • El condensador C1 no se calienta y el circuito no muestra cortocircuitos (la fuente no se protege ni cae bruscamente de tensión).

Errores comunes y cómo evitarlos

• Polaridad del condensador electrolítico:
• Error: conectar el negativo de C1 al nodo VB y el positivo a GND.
• Consecuencia: el condensador puede dañarse, calentarse o incluso estallar.

• Solución: asegúrate de que el terminal marcado con “–” va a GND y el terminal “+” a VB node.

• Ausencia de resistor limitador del LED:

• Error: conectar el LED directamente entre VB node y GND, sin R2.
• Consecuencia: el LED puede quemarse por exceso de corriente; también puedes sobrecargar la fuente.

• Solución: mantén siempre el resistor R2 = 330 Ω en serie con el LED.

• Cortocircuito entre +5 V y GND:

• Error: unir por error con un cable directo las líneas de alimentación.
• Consecuencia: caída brusca de la tensión de la fuente, posible daño de la fuente o cables calientes.

• Solución: revisa que no haya ningún cable que una +5V directamente a GND sin componentes entre medias.

• Confusión de nodos VA y VB:

• Error: conectar R1 y C1 en el mismo nodo o invertirlos de modo que no se forme realmente un filtro RC en serie con la señal.
• Consecuencia: no se produce filtrado, la señal de entrada y salida prácticamente coinciden.
• Solución: verifica que R1 está en serie entre VA node y VB node, y que C1 está entre VB node y GND.

Mejoras y variaciones propuestas

• Cambiar el valor de R1:
• Prueba con 1 kΩ, 4.7 kΩ, 47 kΩ.

• Observa cómo cambia la velocidad de respuesta: cuanto menor es R1, más rápido responde VB (menos filtrado); cuanto mayor es R1, más lento responde (más filtrado).

• Cambiar el valor de C1:

• Prueba con 1 µF, 4.7 µF, 100 µF.

• Comprobarás que con más capacidad la transición es más lenta y se suprime mejor el ruido rápido.

• Usar el filtro con una entrada digital de un microcontrolador:

• En lugar del LED, conecta VB a la entrada digital de un Arduino (o similar) y comprueba que al pulsar el botón se reducen los falsos disparos o lecturas inestables.

• Reutilizar la idea en alimentación:

• Conecta R1 en serie con la línea de 5 V que alimenta un pequeño módulo y C1 entre la entrada del módulo y GND (VB sería la “alimentación filtrada” del módulo).
• Verás que se suavizan los pequeños ruidos o picos producidos por otros elementos conectados a la misma fuente.

Con este sencillo caso práctico ya dispones de una herramienta básica, el filtro RC paso bajo, para reducir ruido en señales de baja frecuencia usando solo un resistor y un condensador.

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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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