Caso práctico: Filtro LC para eliminar ruido en DC

Checklist para elaborar y verificar el esquema eléctrico
– Identifica los nodos clave: VIN (antes del inductor), VOUT (después del inductor) y GND (referencia común).
– Dibuja la serie L1 y, desde VOUT, conecta C1 y C2 a GND en paralelo y la carga RLOAD a GND.
– Coloca puntos de medida (●) en VIN y VOUT y añade sus abreviaturas: CH1, CH2 y DMM.
– Revisa polaridades: C1 (electrolítico) con el positivo a VOUT y negativo a GND.
– Verifica que todas las líneas están conectadas sin extremos sueltos y que el GND es común.
– Asegúrate de que el texto quede fuera de los rectángulos de los componentes y no desplace conexiones.

Objetivo

Reducir el rizado (ruido) de una línea de 5 V DC mediante un filtro LC en configuración paso bajo: inductor en serie y condensadores a tierra en la salida.

Topología (resumen)

• Serie: L1.
• Derivación a GND en VOUT: C1 (electrolítico) || C2 (cerámico) y RLOAD como carga.

Mediciones (resumen)

• Osciloscopio: CH1 en VIN y CH2 en VOUT para comparar rizado (AC).
• Multímetro (DMM): lectura de VOUT en VDC para verificar caída de tensión y estabilidad.

Materiales

• 1 × L1 Inductor 100 µH (≥ 0,5 A, baja DCR).
• 1 × C1 Condensador electrolítico 100 µF, ≥ 10 V (baja ESR).
• 1 × C2 Condensador cerámico 100 nF, ≥ 16 V.
• 1 × RLOAD Resistencia 100 Ω, 0,25 W (carga).
• 1 × Fuente DC 5 V (idealmente con algo de rizado).
• 1 × Osciloscopio de 2 canales y 2 sondas ×10.
• 1 × Multímetro digital (DMM).
• Cables y protoboard o placa de pruebas.
• Opcional: Generador de funciones para inyectar ruido controlado.

Guía de conexionado

• Conecta la salida +5 V de la fuente al nodo VIN (entrada del filtro).
• Inserta L1 en serie entre VIN y VOUT (la salida filtrada se toma en VOUT).
• Desde VOUT:
• Conecta C1 entre VOUT (positivo) y GND (negativo).
• Conecta C2 entre VOUT y GND.
• Conecta RLOAD entre VOUT y GND.
• Une el negativo de la fuente con el GND del circuito (referencia común).
• Osciloscopio:
• CH1: sonda en ● CH1 (VIN), pin de tierra de la sonda a GND.
• CH2: sonda en ● CH2 (VOUT), pin de tierra a GND.
• Multímetro (DMM):
• Modo VDC, rojo en ● DMM (VOUT) y negro a GND.
• Abreviaturas usadas en el esquema:
• VIN: nodo de entrada antes de L1.
• VOUT: nodo de salida después de L1.
• CH1/CH2: canales 1 y 2 del osciloscopio.
• DMM: punto de medida para multímetro en VDC.
• GND: referencia de tierra común.

Esquemático

           +5 V (entrada ruidosa)
                 │
                 ● CH1         VIN
                 │
                ┌┴┐
                │ │    L1 = 100 µH (serie)
                │ │
                └┬┘
                 │
                 ├────● CH2───● DMM──── VOUT ─────────────> salida filtrada
                 │      │        │
                 │      │        │
                 │      ├───┬────┴─────┬───
                 │      │   │          │
                ┌┴┐    ┌┴┐ ┌┴┐        ┌┴┐
                │ │    │ │ │ │        │ │
                │ │    │ │ │ │        │ │
                └┬┘    └┬┘ └┬┘        └┬┘
                 │      │   │          │
                 │ C1   │ C2│       RLOAD
                 ├──────┴───┴──────────┤
                 │
                GND

Mediciones y pruebas

• Preparación del equipo:
  • Coloca las sondas del osciloscopio en ×10. En el canal donde medirás rizado, usa acoplamiento AC y una base de tiempos de 10–50 µs/div si esperas ruido de alta frecuencia; ajusta a 1–2 ms/div para rizado de baja frecuencia.
  • Configura el DMM en VDC para leer la tensión media de VOUT.
• Rizado en VIN (V_IN_ripple):
  • Mide en ● CH1 (nodo VIN) con acoplamiento AC. V_IN_ripple es la amplitud pico a pico observada en CH1. Anota V_IN_ripple_pp.
• Rizado en VOUT (V_OUT_ripple):
  • Mide en ● CH2 (nodo VOUT) con acoplamiento AC. V_OUT_ripple es la amplitud pico a pico observada en CH2. Anota V_OUT_ripple_pp.
  • Calcula la atenuación: Att_dB = 20·log10(V_OUT_ripple_pp / V_IN_ripple_pp). Espera una reducción notable (decenas de dB) por encima de la frecuencia de corte.
• Tensión DC en VOUT:
  • Con el DMM en ● DMM, lee VOUT en VDC. Debería estar cerca de 5 V. La pequeña caída se debe a la DCR de L1: ΔV ≈ I_LOAD × DCR(L1). Por ejemplo, con 50 mA y 0,2 Ω, ΔV ≈ 10 mV.
• Frecuencia de corte/reso­nancia (teórica y observada):
  • Para L=100 µH y C=100 µF: f0 ≈ 1 / [2π·√(LC)] ≈ 1,59 kHz. Por encima de f0, el rizado debe atenuarse más. Si observas oscilaciones, añade amortiguamiento (ver mejoras).
• Opcional: inyección de ruido controlado:
  • Si tu fuente es muy limpia, superpone 20–100 mVpp a 50–200 kHz con un generador de funciones conectado en paralelo a VIN (acoplamiento AC mediante el propio generador). No excedas el margen de la fuente.

Explicación rápida

• El inductor L1 se opone a cambios rápidos de corriente, y C1||C2 desvían el ruido a GND. C1 atenúa bajas-medias frecuencias (y aporta energía de reserva); C2 extiende la atenuación a altas frecuencias por su baja ESL/ESR.

Errores comunes

• Colocar C1 al revés: el negativo del electrolítico debe ir a GND.
• No compartir GND entre fuente y osciloscopio: produce lecturas erróneas.
• Sondas sin muelle de masa corto: aumentan el ruido medido; usa la masa corta de la sonda.
• Inductor subdimensionado (I_sat baja): puede saturar y perder eficacia.
• Cables largos a GND o bucles grandes: elevan el ruido residual.

Seguridad y buenas prácticas

• Descarga C1 antes de manipular el circuito: cortocircuita con una resistencia (p. ej., 1 kΩ) durante unos segundos.
• Comprueba la potencia de RLOAD: P ≈ V_OUT² / RLOAD (con 5 V y 100 Ω, P ≈ 0,25 W).
• Evita cortocircuitos en la línea de 5 V; ten cuidado con las puntas del osciloscopio.

Mejoras y variantes

• Amortiguamiento: si hay picos por resonancia LC, añade una R serie pequeña (0,22–1 Ω) con C1 o usa un condensador con ESR moderada.
• Doble etapa: dos LC en cascada para ruidos difíciles.
• Pi-filtro (C–L–C): mejora la atenuación sin subir la DCR.
• Selección de componentes: inductor con núcleo blindado (menor EMI) y C1 de baja ESR si la fuente es conmutada; mantén C2 cerámico lo más cerca posible de VOUT–GND.

Con este montaje y plan de medidas, podrás ver claramente cómo un inductor en serie, junto con un par de condensadores a GND, limpia eficazmente el rizado de una línea de 5 V DC.

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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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