Caso práctico: Mantener encendido brevemente un buzzer con capacitor

Materiales

• 1 × Fuente de alimentación de CC de 5 V (puede ser un puerto USB regulado o una fuente de laboratorio).
• 1 × Buzzer pasivo de 5 V (dos terminales, sin oscilador interno; si solo tienes uno activo también sirve para el experimento).
• 1 × Capacitor electrolítico de 470 µF (entre 220 µF y 1000 µF también es válido; tensión ≥ 10 V).
• 1 × Resistencia de 1 kΩ (¼ W o similar).
• 1 × Pulsador normalmente abierto (push button).
• 1 × Protoboard (placa de pruebas).
• 6–8 × Cables de conexión (macho-macho).

Guía de conexionado

Trata estas conexiones como la especificación oficial que el esquemático debe seguir:

• Conecta el terminal positivo de la fuente de +5 V a un riel de la protoboard (llámalo “+5V”).

• Conecta el terminal negativo de la fuente al riel de GND de la protoboard (masa común, “GND”).

• Conecta un terminal del pulsador al riel de +5V.

• Conecta el otro terminal del pulsador a un nodo que llamaremos “VA node”.

• Conecta el terminal positivo del capacitor [C1] 470 µF entre “VA node” y el GND de la protoboard:

• Un terminal (marcado “+”) de C1 al “VA node”.

• El otro terminal de C1 a GND.

• Conecta la resistencia [R1] 1 kΩ entre “VA node” y el terminal positivo del buzzer:

• Un extremo de R1 al “VA node”.

• El otro extremo de R1 a un nodo intermedio que llamaremos “VB node”.

• Conecta el terminal positivo del buzzer [BZ1] al “VB node”.

• Conecta el terminal negativo del buzzer [BZ1] al riel de GND.

En resumen en cadena:
– +5V → Pulsador → VA node.
– VA node → (en paralelo a GND) Capacitor C1.
– VA node → R1 → VB node → Buzzer → GND.

Esquemático

               +5V
               |
             [SW1]
             Pulsador
               |
             o VA node
               |
          +----+----+
          |         |
        [C1] 470uF  |
          |         |
         GND        |
                    |
                 [R1] 1kΩ
                    |
                 o VB node
                    |
                 [BZ1] Buzzer
                    |
                   GND

Mediciones y pruebas

• Verificación básica del funcionamiento:

  • Pulsa SW1 y manténlo presionado: BZ1 debe sonar de inmediato.
  • Suelta SW1: BZ1 debe seguir sonando un instante y su volumen debe ir bajando progresivamente hasta apagarse.
  • Repite pulsaciones cortas y largas; observa cómo la duración del pitido después de soltar parece similar en ambos casos (depende más del valor RC que del tiempo de pulsación, siempre que el capacitor llegue a cargarse casi completo).

• Medición de tensión en el capacitor (V_C1):

  • V_C1 significa la tensión entre el terminal positivo de C1 (en VA node) y GND.
  • Coloca la punta positiva del multímetro en VA node y la punta negativa en GND.
  • Con SW1 presionado, verifica que V_C1 está cercana a +5 V (por ejemplo, entre 4,8 V y 5,0 V si la fuente es 5 V).
  • Suelta SW1 y observa cómo V_C1 disminuye de forma gradual; anota el tiempo que tarda en bajar de 5 V a, por ejemplo, 2 V y luego a 1 V.

• Medición de tensión sobre el buzzer (V_BZ):

  • V_BZ significa la tensión entre VB node (positivo del buzzer) y GND.
  • Coloca la punta positiva del multímetro en VB node y la punta negativa en GND.
  • Con SW1 presionado, V_BZ debe ser de unos pocos voltios (depende de la caída en el buzzer).
  • Al soltar SW1, observa que V_BZ cae junto con V_C1; cuando V_BZ baja demasiado, el buzzer deja de sonar.

• Estimación de la constante de tiempo RC:

  • La constante de tiempo τ (tau) es τ = R × C.
  • Con R1 = 1 kΩ y C1 = 470 µF, τ ≈ 0,47 s.
  • Observa experimentalmente si el buzzer deja de sonar en un tiempo del orden de 1–2 segundos, lo que corresponde a varias constantes de tiempo (3–5 τ).

Explicación sencilla del funcionamiento

• Cuando presionas el pulsador, el nodo VA se conecta directamente a +5 V.
• El capacitor C1 se carga rápidamente hasta una tensión cercana a 5 V.
• Mientras el capacitor está cargado y el pulsador sigue presionado, el buzzer recibe tensión a través de R1 y suena.
• Al soltar el pulsador, VA ya no está unido a +5 V, pero C1 sigue cargado: ahora el capacitor se descarga a través de R1 y del buzzer.
• Esta descarga no es inmediata; se produce con la ley del circuito RC, por eso la tensión cae de forma exponencial y el buzzer suena un poco más, con volumen decreciente.
• Cuanto más grande sea C1 o R1 (mayor producto R×C), más tiempo tardará en descargarse y más se prolongará el sonido.

Ajustes y mejoras posibles

• Aumentar el tiempo de pitido:

  • Usa un capacitor más grande, por ejemplo 1000 µF, manteniendo R1 = 1 kΩ.
  • O bien aumenta R1 a 2,2 kΩ o 4,7 kΩ para alargar τ.
  • Ten en cuenta que una R demasiado alta puede hacer que el buzzer suene más débil.

• Reducir el tiempo de pitido:

  • Usa un capacitor más pequeño (100 µF).
  • O reduce R1 a 470 Ω (si el buzzer y la fuente lo permiten) para aumentar la corriente inicial y hacer el apagado más rápido.

• Usar buzzer activo vs pasivo:

  • Con buzzer activo (que lleva oscilador interno), el comportamiento suele ser más “todo o nada”: sonará mientras la tensión esté por encima de un cierto umbral y se apagará bruscamente.
  • Con buzzer pasivo, el volumen suele bajar de forma más progresiva.

• Separar el camino de carga y descarga:

  • Una mejora típica es usar un diodo para que el capacitor se cargue rápido y se descargue más lento (o viceversa), pero esto ya sería un paso hacia un caso de uso un poco más avanzado.

Errores comunes y cómo evitarlos

• Polaridad del capacitor incorrecta:

  • Los capacitores electrolíticos tienen polaridad; el terminal marcado con “-” o la franja oscura debe ir a GND.
  • Si lo conectas al revés, puede dañarse, calentarse e incluso explotar.

• Confundir terminales del buzzer:

  • Muchos buzzers tienen un “+” impreso en la carcasa: ese va al lado de VB node.
  • Si lo conectas al revés, normalmente no se dañará, pero podría no sonar bien, especialmente si es pasivo.

• Pulsador mal cableado:

  • Asegúrate de que el pulsador conecta realmente +5 V con VA node cuando lo presionas.
  • En protoboard, algunos pulsadores tienen los pines en pares conectados internamente; verifica el datasheet o pruébalo con el multímetro en modo continuidad.

• Cortocircuitos entre +5 V y GND:

  • Revisa que no haya ningún cable que una directamente el riel de +5 V con el de GND.
  • Si la fuente de alimentación se apaga, se calienta o el USB se desconecta, revisa de inmediato el cableado.

Seguridad básica

• Trabaja siempre con tensiones bajas (5 V en este caso), es mucho más seguro.
• No excedas la tensión de trabajo del capacitor (usa capacitores de al menos 10 V para una fuente de 5 V).
• Si un capacitor se calienta, huele raro o ves que se hincha, desconecta la alimentación y no lo sigas usando.
• No cortocircuites intencionalmente la salida de la fuente de alimentación.

Con este pequeño proyecto verás de forma muy clara cómo un capacitor puede almacenar energía y prolongar el funcionamiento de una carga (el buzzer) durante un breve tiempo, incluso después de haber “quitado” la alimentación directa con el pulsador.

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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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