Nivel: Básico – Construye un sistema sensor de interrupción de luz para detectar objetos en movimiento en una línea.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás una barrera óptica utilizando una fotorresistencia (LDR) y un amplificador operacional configurado como comparador de voltaje. El circuito detecta cuando un objeto opaco interrumpe un haz de luz continuo, activando una señal que puede ser contada o procesada.

Por qué es útil:
* Automatización industrial: Se utiliza para contar productos que se mueven en una cinta transportadora.
* Barreras de seguridad: Detecta si una persona u objeto cruza un límite peligroso.
* Alarmas de intrusión: Activa una advertencia cuando se rompe un haz de luz invisible o visible.
* Sistemas de estacionamiento: Detecta la presencia de un vehículo en un lugar específico.

Resultado esperado:
* Estado A (Trayectoria de luz despejada): El sensor recibe luz y el indicador de salida (LED rojo) permanece APAGADO (Lógica Baja).
* Estado B (Objeto detectado): El objeto bloquea la luz, aumentando la resistencia del LDR. El indicador de salida se ENCIENDE (Lógica Alta).
* Umbral de señal: El comparador cambia de estado cuando el voltaje del sensor cruza el voltaje de referencia ajustable (aprox. 2.5 V).

Público objetivo: Nivel Básico

Materiales

• V1: Fuente de alimentación de 5 V DC, función: alimentación principal del circuito.
• R1: Resistencia de 10 kΩ, función: parte superior del divisor de voltaje para referencia.
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: parte inferior del divisor de voltaje para referencia.
• R3: Resistencia de 10 kΩ, función: resistencia pull-up para el nodo del sensor.
• R4: Fotorresistencia (LDR), función: sensor de detección de luz.
• R5: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente para el LED indicador de salida.
• R6: Resistencia de 330 Ω, función: limitación de corriente para el LED emisor.
• D1: LED blanco, función: emisor de luz (simula la fuente del haz).
• D2: LED rojo, función: indicador de salida (objeto detectado).
• U1: LM358 o OpAmp similar, función: comparador de voltaje.

Guía de conexionado

Este circuito se basa en comparar dos voltajes: una referencia fija (V_REF) y un voltaje de sensor variable (V_SENSE).

Conexiones de alimentación
* V1 (+) se conecta al nodo VCC.
* V1 (-) se conecta al nodo 0 (GND).
* U1 (Pin 8 / VCC) se conecta a VCC.
* U1 (Pin 4 / GND) se conecta a 0.

Voltaje de referencia (V_REF)
* R1 se conecta entre VCC y V_REF.
* R2 se conecta entre V_REF y 0.
* U1 (Pin 2 / Entrada Inversora) se conecta a V_REF.
* Nota: Esto establece un umbral fijo de 2.5 V.

Voltaje del sensor (V_SENSE)
* R3 se conecta entre VCC y V_SENSE.
* R4 (LDR) se conecta entre V_SENSE y 0.
* U1 (Pin 3 / Entrada No Inversora) se conecta a V_SENSE.
* Lógica: Cuando se bloquea la luz, la resistencia de R4 aumenta, V_SENSE sube. Si V_SENSE > V_REF, la Salida pasa a Alto.

Emisor de luz (Fuente)
* R6 se conecta entre VCC y NODE_EMIT.
* D1 (Ánodo) se conecta a NODE_EMIT.
* D1 (Cátodo) se conecta a 0.
* Coloca D1 físicamente frente a R4 (LDR).

Etapa de salida
* U1 (Pin 1 / Salida) se conecta a V_OUT.
* R5 se conecta entre V_OUT y NODE_LED.
* D2 (Ánodo) se conecta a NODE_LED.
* D2 (Cátodo) se conecta a 0.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ INPUTS / SENSORS ]                     [ LOGIC / PROCESSING ]             [ OUTPUTS ]

    [ LIGHT SOURCE ]
    [ VCC -> R6 -> D1 (White) ]
             |
      (Light Beam Path)
             |
             V
    [ SENSOR DIVIDER ]
    [ VCC -> R3 -> Node -> R4 ] --(V_SENSE)-->+----------------+
    [ (R4=LDR, varies w/ light)]              |   Pin 3 (+)    |
                                              |                |
                                              |    U1 LM358    |
                                              |   (Comparator) | --(Pin 1)--> [ R5 (330) ] --> [ D2 (Red LED) ] --> GND
                                              |                |
    [ REFERENCE DIVIDER ]                     |                |
    [ VCC -> R1 -> Node -> R2 ] --(V_REF)---->|   Pin 2 (-)    |
    [ (Fixed 2.5 V Threshold)  ]               +----------------+

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

1. Verificación de referencia: Usa un multímetro para medir el voltaje entre V_REF y 0. Debería ser aproximadamente 2.5 V (la mitad de VCC).
2. Condición de luz (Trayectoria despejada): Asegúrate de que el LED emisor (D1) ilumine el LDR (R4). Mide V_SENSE. Debería ser menor que V_REF (ej. < 2.0 V). El LED de salida (D2) debería estar APAGADO.
3. Condición de oscuridad (Objeto detectado): Coloca un objeto (cartón o dedo) entre D1 y R4. Mide V_SENSE. Debería subir más alto que V_REF (ej. > 3.0 V). El LED de salida (D2) debería ENCENDERSE.
4. Salida del comparador: Mide V_OUT relativo a 0. En el estado «Oscuro», debería estar cerca de 3.5 V – 4 V (Alto). En el estado «Luz», debería estar cerca de 0 V (Bajo).

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Object counter on conveyor belt

* -----------------------------------------------------------------------------
* Power Supply
* Wiring: V1 (+) to VCC, V1 (-) to 0 (GND)
* -----------------------------------------------------------------------------
V1 VCC 0 DC 5

* -----------------------------------------------------------------------------
* Reference Voltage Divider
* Wiring: R1 between VCC and V_REF, R2 between V_REF and 0
* Function: Sets threshold voltage (approx 2.5V)
* -----------------------------------------------------------------------------
R1 VCC V_REF 10k
R2 V_REF 0 10k

* -----------------------------------------------------------------------------
* Sensor Network
* Wiring: R3 between VCC and V_SENSE, R4 (LDR) between V_SENSE and 0
* Simulation Note: R4 is modeled as a behavioral resistor to simulate the
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Object counter on conveyor belt

* -----------------------------------------------------------------------------
* Power Supply
* Wiring: V1 (+) to VCC, V1 (-) to 0 (GND)
* -----------------------------------------------------------------------------
V1 VCC 0 DC 5

* -----------------------------------------------------------------------------
* Reference Voltage Divider
* Wiring: R1 between VCC and V_REF, R2 between V_REF and 0
* Function: Sets threshold voltage (approx 2.5V)
* -----------------------------------------------------------------------------
R1 VCC V_REF 10k
R2 V_REF 0 10k

* -----------------------------------------------------------------------------
* Sensor Network
* Wiring: R3 between VCC and V_SENSE, R4 (LDR) between V_SENSE and 0
* Simulation Note: R4 is modeled as a behavioral resistor to simulate the
* changing resistance of an LDR when an object blocks the light.
* -----------------------------------------------------------------------------
R3 VCC V_SENSE 10k

* R4 (LDR) Implementation:
* Resistance = 1k (Light/No Object) to 100k (Dark/Object Detected)
* Controlled by dummy voltage source V_OBJ_CTRL
R4 V_SENSE 0 R='1k + 99k / (1 + exp(-50 * (V(V_OBJ_CTRL) - 2.5)))'

* -----------------------------------------------------------------------------
* Light Emitter (Source)
* Wiring: R6 between VCC and NODE_EMIT, D1 Anode to NODE_EMIT, Cathode to 0
* -----------------------------------------------------------------------------
R6 VCC NODE_EMIT 330
D1 NODE_EMIT 0 D_WHITE

* -----------------------------------------------------------------------------
* Comparator (U1: LM358)
* Wiring: Pin 8=VCC, Pin 4=0, Pin 3=V_SENSE (+), Pin 2=V_REF (-), Pin 1=V_OUT
* -----------------------------------------------------------------------------
XU1 V_SENSE V_REF VCC 0 V_OUT LM358_COMP

* -----------------------------------------------------------------------------
* Output Stage
* Wiring: R5 between V_OUT and NODE_LED, D2 Anode to NODE_LED, Cathode to 0
* -----------------------------------------------------------------------------
R5 V_OUT NODE_LED 330
D2 NODE_LED 0 D_RED

* -----------------------------------------------------------------------------
* Dynamic Stimuli (Object Simulation)
* This source drives the behavioral LDR (R4).
* Logic: 0V = Clear (Light), 5V = Object (Dark)
* Timing: Wait 50us, Pulse High for 100us, Repeat every 300us
* -----------------------------------------------------------------------------
V_OBJ V_OBJ_CTRL 0 PULSE(0 5 50u 10u 10u 100u 300u)

* -----------------------------------------------------------------------------
* Models and Subcircuits
* -----------------------------------------------------------------------------
.model D_WHITE D(IS=1e-14 N=4 RS=10) ; High Vf simulation for White LED
.model D_RED D(IS=1e-12 N=2 RS=5)    ; Standard Red LED

* Behavioral OpAmp Subcircuit (Comparator)
* Pinout Order: Non-Inv(+), Inv(-), VCC, GND, Output
.subckt LM358_COMP P M V_POS V_NEG OUT
  * Sigmoid function for robust switching behavior (Rail-to-Rail logic approx)
  * V(OUT) approaches V_POS when P > M, V_NEG when P < M
  B1 OUT 0 V = V(V_POS) * (1 / (1 + exp(-100 * (V(P) - V(M)))))
.ends

* -----------------------------------------------------------------------------
* Analysis Directives
* -----------------------------------------------------------------------------
.op
.tran 1u 500u

* Print required signals for batch processing
.print tran V(V_SENSE) V(V_REF) V(V_OUT) V(V_OBJ_CTRL)

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (1064 rows)

Index   time            v(v_sense)      v(v_ref)        v(v_out)
0	0.000000e+00	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
1	1.000000e-08	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
2	2.000000e-08	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
3	4.000000e-08	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
4	8.000000e-08	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
5	1.600000e-07	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
6	3.200000e-07	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
7	6.400000e-07	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
8	1.280000e-06	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
9	2.280000e-06	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
10	3.280000e-06	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
11	4.280000e-06	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
12	5.280000e-06	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
13	6.280000e-06	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
14	7.280000e-06	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
15	8.280000e-06	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
16	9.280000e-06	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
17	1.028000e-05	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
18	1.128000e-05	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
19	1.228000e-05	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
20	1.328000e-05	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
21	1.428000e-05	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
22	1.528000e-05	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
23	1.628000e-05	4.545455e-01	2.500000e+00	7.345271e-89
... (1040 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

• Intercambiar entradas del OpAmp: Conectar la Referencia a la entrada No Inversora (+) en lugar de la Inversora (-) invertirá la lógica (el LED se APAGA cuando se detecta el objeto). Asegúrate de que V_SENSE vaya al pin No Inversor (+) para la «Detección de Oscuridad».
• Interferencia de luz ambiental: El LDR es muy sensible. Si la habitación es brillante, el estado «Oscuro» podría no ser lo suficientemente oscuro para activar el umbral. Usa un pequeño tubo o cinta para proteger el LDR.
• Colocación incorrecta del LDR: Si el LDR (R4) se coloca en la rama superior del divisor de voltaje (intercambiado con R3), la lógica se invierte. Asegúrate de que R4 se conecte a Tierra (0).

Solución de problemas

• El LED de salida nunca se ENCIENDE:
  • Verifica si el objeto realmente bloquea la luz completamente.
  • Mide V_SENSE. Si nunca supera los 2.5 V, aumenta el valor de R3 (ej. a 22 kΩ) para aumentar la sensibilidad del voltaje.
• El LED de salida nunca se APAGA:
  • El LDR podría estar recibiendo luz insuficiente del Emisor.
  • Verifica la alineación de D1 y R4.
  • Mide V_REF. Si R1 está desconectada, V_REF podría ser 0 V, causando que la salida permanezca en Alto.
• La salida parpadea:
  • La fuente de luz podría ser inestable, o el voltaje está oscilando exactamente en el umbral. Añade un condensador de desacoplo (ej. 100 nF) a través de los rieles de alimentación cerca del OpAmp.

Posibles mejoras y extensiones

1. Sensibilidad ajustable: Reemplaza R1 o R2 con un potenciómetro de 10 kΩ. Esto te permite ajustar finamente el umbral V_REF para trabajar en diferentes condiciones de luz ambiental.
2. Histéresis (Trigger de Schmitt): Añade una resistencia de retroalimentación de alto valor (ej. 1 MΩ) entre la Salida (V_OUT) y la entrada No Inversora (V_SENSE). Esto evita que el LED parpadee si el objeto se mueve lentamente a través del haz.

Más Casos Prácticos en Prometeo.blog

Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

Ingeniero Superior en Electrónica de Telecomunicaciones e Ingeniero en Informática (titulaciones oficiales en España).

Sígueme:

¿Quiénes somos?

Nivel: Básico – Construye un circuito donde un LED se atenúa a medida que aumenta la luz ambiental.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito de sensor de luz analógico simple utilizando una fotorresistencia (LDR) en una configuración donde la salida de luz es inversamente proporcional a la intensidad de la luz ambiental. Esto crea un efecto de «Sensor de oscuridad» sin usar transistores.

Por qué es útil:
* Iluminación automática: Simula farolas o luces nocturnas que se encienden automáticamente cuando oscurece.
* Eficiencia de la batería: Asegura que los indicadores solo estén activos durante condiciones de poca luz cuando la visibilidad es pobre.
* Sistemas de seguridad: Puede detectar si un contenedor sellado o una habitación oscura ha sido vulnerada por la luz.
* Demostración de concepto: Demuestra la división de corriente y componentes de resistencia no lineal en circuitos paralelos.

Resultado esperado:
* Condición de oscuridad: La resistencia del LDR es alta, forzando la corriente a través del LED. El LED rojo se ENCIENDE.
* Condición de luz brillante: La resistencia del LDR cae significativamente, desviando la corriente del LED. El LED rojo se APAGA o se atenúa significativamente.
* Cambio de voltaje: Medirás una caída de voltaje en el nodo compartido a medida que aumenta la luz.
* Público objetivo: Principiantes y estudiantes familiarizados con el montaje básico en protoboard.

Materiales

• V1: Suministro de 5 V CC, función: fuente de alimentación principal
• R1: Resistencia de 470 Ω, función: limitación de corriente y rama superior del divisor de voltaje
• R2: LDR (GL5528 o similar), función: sensor de luz ambiental (resistencia variable)
• D1: LED rojo, función: indicador de baja luz

Guía de conexionado

Usaremos una topología de «shunt de corriente» (derivación de corriente). El LDR se coloca en paralelo con el LED.

• VCC: Conecta el terminal positivo de V1 a un lado de R1.
• VA: Conecta el otro lado de R1 al Ánodo (patilla larga) de D1.
• VA: Conecta una patilla de R2 (LDR) al mismo nodo (Ánodo de D1).
• 0 (GND): Conecta el Cátodo (lado plano/patilla corta) de D1 al terminal negativo de V1.
• 0 (GND): Conecta la patilla restante de R2 (LDR) al terminal negativo de V1.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ POWER SOURCE ]              [ CURRENT LIMITER ]               [ SHUNT TOPOLOGY ]

                                                +--> [ D1: Red LED ] --> GND
                                                              |    (Output Indicator)
    [ V1: 5 V DC ] --(+)--> [ R1: 470 Ω ] --(Node VA)--> [ + ]
                                                              |
                                                              +--> [ R2: LDR ] --> GND
                                                                   (Light Sensor)

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

Para validar que el circuito se comporta inversamente a la intensidad de la luz:

1. Configurar el multímetro: Selecciona el modo de Voltaje CC (rango de 20 V).
2. Conectar las sondas: Coloca la sonda Roja en el nodo VA (Ánodo del LED) y la sonda Negra en 0 (GND).
3. Prueba 1 (Luz ambiental/brillante):
   • Expón el LDR a una luz brillante.
   • Observación: El LED debe estar TENUE o APAGADO.
   • Medición: El voltaje en VA debe caer por debajo del voltaje directo del LED (probablemente < 1.5 V). La baja resistencia del LDR desvía la corriente a tierra.
4. Prueba 2 (Oscuridad):
   • Cubre el LDR completamente con tu dedo o una tapa.
   • Observación: El LED debe encenderse BRILLANTEMENTE.
   • Medición: El voltaje en VA debe subir al voltaje directo del LED (aprox. 1.8 V a 2.0 V para un LED rojo). La alta resistencia del LDR fuerza la corriente a través del LED.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Simple light intensity meter

* --- Models ---
* Generic Red LED Model
* Parameters: IS=saturation current, N=emission coefficient, RS=series resistance
* BV=breakdown voltage, IBV=breakdown current, CJO=junction capacitance
.model DLED D(IS=1e-14 N=2 RS=10 BV=5 IBV=10u CJO=20p)

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC supply (Main power source)
* Connected between VCC and GND (0)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Circuit Components ---
* R1: 470 Ohm resistor
* Function: Current limiting and voltage divider upper leg
* Wiring: Connects Positive Terminal of V1 (VCC) to Node VA
R1 VCC VA 470

* D1: Red LED
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Simple light intensity meter

* --- Models ---
* Generic Red LED Model
* Parameters: IS=saturation current, N=emission coefficient, RS=series resistance
* BV=breakdown voltage, IBV=breakdown current, CJO=junction capacitance
.model DLED D(IS=1e-14 N=2 RS=10 BV=5 IBV=10u CJO=20p)

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC supply (Main power source)
* Connected between VCC and GND (0)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Circuit Components ---
* R1: 470 Ohm resistor
* Function: Current limiting and voltage divider upper leg
* Wiring: Connects Positive Terminal of V1 (VCC) to Node VA
R1 VCC VA 470

* D1: Red LED
* Function: Low-light indicator
* Wiring: Anode to Node VA, Cathode to Negative Terminal of V1 (0)
D1 VA 0 DLED

* R2: LDR (GL5528 or similar)
* Function: Ambient light sensor (variable resistor)
* Wiring: Connects Node VA to Negative Terminal of V1 (0)
* Note: Modeled as a behavioral resistor where Resistance = V(V_LDR_CTRL).
* This allows simulating the change from Light (Low R) to Dark (High R).
R2 VA 0 R='V(V_LDR_CTRL)'

* --- Dynamic Stimuli (Simulation Only) ---
* V_LDR_SRC: Generates a voltage signal representing the LDR resistance in Ohms.
* Logic: 
*   - 100V (representing 100 Ohms) = Bright Light -> V(VA) drops -> LED OFF
*   - 10kV (representing 10k Ohms) = Dark -> V(VA) rises -> LED ON
* Timing: Fast pulse to demonstrate switching.
* PULSE(v1 v2 td tr tf pw per)
V_LDR_SRC V_LDR_CTRL 0 PULSE(100 10000 10u 100u 100u 500u 1000u)

* --- Analysis Directives ---
* Transient analysis: 5us step size, 2ms duration
.tran 5u 2ms

* Print specific nodes to verify operation
* V(VA): Voltage at the LED/LDR node (Should swing between ~0.8V and ~1.8V)
* V(V_LDR_CTRL): The resistance value being simulated
.print tran V(VA) V(V_LDR_CTRL)

.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (441 rows)

Index   time            v(va)           v(v_ldr_ctrl)
0	0.000000e+00	8.771739e-01	1.000000e+02
1	5.000000e-08	8.771739e-01	1.000000e+02
2	1.000000e-07	8.771739e-01	1.000000e+02
3	2.000000e-07	8.771739e-01	1.000000e+02
4	4.000000e-07	8.771739e-01	1.000000e+02
5	8.000000e-07	8.771739e-01	1.000000e+02
6	1.600000e-06	8.771739e-01	1.000000e+02
7	3.200000e-06	8.771739e-01	1.000000e+02
8	6.400000e-06	8.771739e-01	1.000000e+02
9	1.000000e-05	8.771739e-01	1.000000e+02
10	1.016024e-05	9.861073e-01	1.158634e+02
11	1.048071e-05	1.182699e+00	1.475902e+02
12	1.112165e-05	1.342799e+00	2.110437e+02
13	1.175485e-05	1.386540e+00	2.737299e+02
14	1.276008e-05	1.418826e+00	3.732481e+02
15	1.399489e-05	1.436968e+00	4.954940e+02
16	1.646450e-05	1.455127e+00	7.399857e+02
17	2.140373e-05	1.468889e+00	1.228969e+03
18	2.640373e-05	1.474732e+00	1.723969e+03
19	3.140373e-05	1.478748e+00	2.218969e+03
20	3.640373e-05	1.480441e+00	2.713969e+03
21	4.140373e-05	1.481529e+00	3.208969e+03
22	4.640373e-05	1.482571e+00	3.703969e+03
23	5.140373e-05	1.483189e+00	4.198969e+03
... (417 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Colocar componentes en serie:
   • Error: Cablear Fuente -> Resistencia -> LDR -> LED -> Tierra.
   • Resultado: Esto crea un «Sensor de luz» (luz más brillante = LED más brillante), que es lo opuesto al objetivo.
   • Solución: Asegúrate de que el LDR esté en paralelo con el LED (compartiendo los mismos nodos de inicio y fin).
2. Usar un valor de resistencia demasiado alto para R1:
   • Error: Usar una resistencia de 10 kΩ para R1.
   • Resultado: El LED nunca se enciende brillantemente incluso en oscuridad total porque la corriente está demasiado restringida.
   • Solución: Usa de 330 Ω a 470 Ω para una fuente de 5 V para asegurar suficiente corriente para el LED cuando el LDR tiene alta resistencia.
3. Esperar un interruptor de Encendido/Apagado «Duro»:
   • Error: Esperar una conmutación tipo digital.
   • Resultado: El LED se atenúa gradualmente en lugar de apagarse de golpe.
   • Solución: Entiende que este es un circuito analógico pasivo. Para una acción de «golpe» duro, se requeriría un transistor o comparador.

Solución de problemas

• Síntoma: El LED está siempre ENCENDIDO, incluso con luz brillante.
  • Causa: El valor de R1 es demasiado bajo, o el LDR tiene una resistencia muy alta incluso con luz (o está desconectado).
  • Arreglo: Revisa las conexiones del LDR. Si son correctas, aumenta R1 a 1 kΩ para facilitar que el LDR baje el voltaje.
• Síntoma: El LED está siempre APAGADO.
  • Causa: LED cableado al revés o R1 es demasiado alta.
  • Arreglo: Invierte la orientación del LED. Asegúrate de que R1 sea < 1 kΩ.
• Síntoma: La fuente se calienta.
  • Causa: Cortocircuito. Probablemente R1 fue omitida, conectando VCC directamente al LDR o al LED.
  • Arreglo: Asegúrate de que R1 esté estrictamente entre VCC y el nodo VA.

Posibles mejoras y extensiones

1. Ajuste de sensibilidad: Reemplaza R1 con un potenciómetro de 1 kΩ para sintonizar exactamente qué tan oscuro debe estar antes de que el LED se encienda.
2. Mezcla de colores: Pon un LED verde en serie con el LDR (en lugar de paralelo). A medida que aumenta la luz, el LED verde se vuelve más brillante mientras que el LED rojo (paralelo) se atenúa, creando un monitor de luz con cambio de color.

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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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¿Quiénes somos?

Nivel: Básico — Construye un circuito que active un zumbador cuando detecte luz al abrir un cajón oscuro.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un sistema de alarma sensible a la luz utilizando una fotorresistencia (LDR) y un controlador de transistor. El circuito permanece en silencio en la oscuridad, pero activa una alarma sonora inmediatamente cuando la luz incide sobre el sensor.

• Seguridad: Protege cajones o cajas privadas alertándote si son abiertos.
• Protección: Puede usarse para señalar si la puerta de un refrigerador o despensa no está completamente cerrada.
• Automatización: Demuestra cómo utilizar entradas ambientales (luz) para controlar dispositivos de salida (sonido).

Resultado esperado:
* Oscuridad (Cajón cerrado): El zumbador permanece APAGADO (0 V a través del zumbador).
* Luz (Cajón abierto): El zumbador se ENCIENDE inmediatamente.
* Umbral: El transistor conmuta la carga cuando el voltaje de base excede aproximadamente 0.6 V–0.7 V.
* Público objetivo: Principiantes y aficionados que aprenden sobre la interfaz de sensores.

Materiales

• V1: Batería de 9 V CC o fuente de alimentación, función: Fuente de alimentación principal.
• R1: Fotorresistencia (LDR) GL5528, función: Detecta la intensidad de la luz (resistencia variable).
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: Resistencia pull-down para formar un divisor de voltaje.
• Q1: Transistor NPN 2N2222, función: Interruptor electrónico para accionar el zumbador.
• LS1: Zumbador piezoeléctrico activo de 9 V, función: Salida de alarma sonora.
• SW1: Interruptor de palanca SPST, función: Interruptor maestro de encendido/apagado (opcional).

Guía de conexionado

Construye el circuito conectando los componentes entre los nodos específicos definidos a continuación. Utiliza una protoboard para un fácil montaje.

• VCC: Conecta el terminal positivo de V1 y un lado de SW1. Conecta el otro lado de SW1 al riel principal VCC.
• 0 (GND): Conecta el terminal negativo de V1, el Emisor de Q1 y una pata de R2.
• V_BASE: Conecta la otra pata de R2, una pata de R1 y la Base de Q1.
• VCC (Conexión): Conecta la otra pata de R1 al riel VCC.
• V_COLLECTOR: Conecta el Colector de Q1 al cable negativo de LS1.
• VCC (Carga): Conecta el cable positivo de LS1 al riel VCC.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ INPUTS / POWER ]                  [ LOGIC / CONTROL ]                     [ OUTPUT ]

                                             (VCC Rail)
    [ 9 V Battery ] --> [ SW1 Switch ] --+------->+----------------------------------+
                                        |        |                                  |
                                        |        v                                  v
    [ Light Source ] --> [ LDR (R1) ] --+--> [ Voltage Divider ]                    |
                         (Sensor)            [ (Node: V_BASE)  ] --(Trigger)--> [ Q1 Transistor ]
                                       +--> [ R1 vs R2 Logic  ]                [ (NPN Switch)  ] --(Ground Path)--> [ LS1 Buzzer ]
                                        |                                       [ Collector Pin ]                    (Active Alarm)
    [ Resistor R2 ] ----(Pull-Down)-----+                                           |
    (10k Ohm)                                                                       v
                                                                                 [ GND ]

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

Sigue estos pasos para validar el funcionamiento del circuito:

1. Comprobación de resistencia del LDR:
   • Configura tu multímetro para medir Resistencia (Ω).
   • Mide R1 a plena luz; debería leer un valor bajo (p. ej., 500 Ω – 2 kΩ).
   • Cubre R1 completamente; debería leer un valor alto (p. ej., > 100 kΩ).
2. Prueba del divisor de voltaje:
   • Enciende el circuito (VCC = 9 V).
   • Configura el multímetro en Voltaje CC. Conecta la sonda negra a 0 (GND) y la sonda roja a V_BASE.
   • En oscuridad: El voltaje debería estar cerca de 0 V (por debajo de 0.6 V).
   • En luz: El voltaje debería aumentar significativamente (por encima de 0.7 V).
3. Verificación de salida:
   • Expón el sensor a la luz. El zumbador LS1 debería sonar.
   • Cubre el sensor con tu mano. El zumbador debería detenerse inmediatamente.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Secret drawer alarm sensor
* Ngspice Netlist
*
* Circuit Description:
* A light-activated alarm using a photoresistor (LDR) and an NPN transistor.
* When the drawer opens (Light), LDR resistance drops, Base voltage rises,
* Q1 turns ON, and the Buzzer sounds.
*
* Simulation Scenario:
* 0ms - 2ms: System OFF (Master Switch Open).
* 2ms: Master Switch closes (System Armed). Drawer is Closed (Dark).
* 5ms: Drawer Opens (Light hits LDR). Alarm triggers.

* --- Power Supply (V1) ---
* 9V DC Battery
V1 BAT_POS 0 DC 9

* --- Master Switch (SW1) ---
* Connects Battery Positive to Main VCC Rail.
* Modeled as a voltage-controlled switch closing at t=2ms.
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Secret drawer alarm sensor
* Ngspice Netlist
*
* Circuit Description:
* A light-activated alarm using a photoresistor (LDR) and an NPN transistor.
* When the drawer opens (Light), LDR resistance drops, Base voltage rises,
* Q1 turns ON, and the Buzzer sounds.
*
* Simulation Scenario:
* 0ms - 2ms: System OFF (Master Switch Open).
* 2ms: Master Switch closes (System Armed). Drawer is Closed (Dark).
* 5ms: Drawer Opens (Light hits LDR). Alarm triggers.

* --- Power Supply (V1) ---
* 9V DC Battery
V1 BAT_POS 0 DC 9

* --- Master Switch (SW1) ---
* Connects Battery Positive to Main VCC Rail.
* Modeled as a voltage-controlled switch closing at t=2ms.
S1 BAT_POS VCC CTRL_SW 0 SW_MODEL
V_SW_CTRL CTRL_SW 0 PULSE(0 5 2ms 1u 1u 100ms)
.model SW_MODEL SW(Vt=2.5 Ron=0.01 Roff=100Meg)

* --- Photoresistor (R1 / LDR) ---
* LDR GL5528 connecting VCC to Base.
* Modeled as a behavioral resistor B_R1.
* Resistance logic controlled by V_LDR_RES:
*   Dark (Closed) = 1 MegOhm
*   Light (Open)  = 2 kOhm
* Simulation: Transitions from Dark to Light at t=5ms.
V_LDR_RES RES_CTRL 0 PWL(0 1Meg 4.99ms 1Meg 5ms 2k)
B_R1 VCC V_BASE I=(V(VCC) - V(V_BASE)) / V(RES_CTRL)

* --- Resistor (R2) ---
* 10k Ohm pull-down resistor from Base to Ground.
R2 V_BASE 0 10k

* --- Transistor (Q1) ---
* 2N2222 NPN Transistor acting as the switch for the buzzer.
* Connections: Collector=V_COLLECTOR, Base=V_BASE, Emitter=0
Q1 V_COLLECTOR V_BASE 0 2N2222MOD

* --- Buzzer (LS1) ---
* 9V Active Piezo Buzzer.
* Modeled as a 1k Ohm resistive load connected between VCC and Collector.
* (Not modeled as a voltage source per requirements).
R_LS1 VCC V_COLLECTOR 1k

* --- Component Models ---
.model 2N2222MOD NPN(Is=14.34f Xti=3 Eg=1.11 Vaf=74.03 Bf=255.9 Ne=1.307 Ise=14.34f Ikf=.2847 Xtb=1.5 Br=6.092 Nc=2 Isc=0 Ikr=0 Rc=1 Cjc=7.306p Mjc=.3416 Vjc=.75 Fc=.5 Cje=22.01p Mje=.377 Vje=.75 Tr=46.91n Tf=411.1p Itf=.6 Vtf=1.7 Xtf=3 Rb=10)

* --- Analysis Directives ---
.op
* Transient analysis for 10ms to capture the sequence.
.tran 10u 10ms

* Print directives to verify operation
* V(VCC): Power rail status
* V(V_BASE): Transistor drive voltage (Low=Dark, High=Light)
* V(V_COLLECTOR): Output node (High=Off, Low=Alarm On)
.print tran V(VCC) V(V_BASE) V(V_COLLECTOR)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (1057 rows)

Index   time            v(vcc)          v(v_base)       v(v_collector)
0	0.000000e+00	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
1	1.000000e-07	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
2	2.000000e-07	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
3	4.000000e-07	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
4	8.000000e-07	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
5	1.600000e-06	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
6	3.200000e-06	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
7	6.400000e-06	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
8	1.280000e-05	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
9	2.280000e-05	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
10	3.280000e-05	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
11	4.280000e-05	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
12	5.280000e-05	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
13	6.280000e-05	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
14	7.280000e-05	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
15	8.280000e-05	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
16	9.280000e-05	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
17	1.028000e-04	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
18	1.128000e-04	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
19	1.228000e-04	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
20	1.328000e-04	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
21	1.428000e-04	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
22	1.528000e-04	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
23	1.628000e-04	8.999090e-02	8.909999e-04	8.999089e-02
... (1033 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Invertir el divisor de voltaje: Si intercambias R1 (LDR) y R2 (Resistencia fija), la alarma sonará en la oscuridad y se detendrá con la luz (lógica inversa). Asegúrate de que R1 esté conectada a VCC y R2 a GND.
2. Usar un zumbador pasivo: Un zumbador pasivo requiere una señal de CA oscilante para emitir sonido. Este circuito proporciona CC. Debes usar un Zumbador activo (que tiene un oscilador interno).
3. Errores en el pin-out del transistor: Confundir el Colector (C) y el Emisor (E) es común. Para el 2N2222 en un encapsulado TO-92, verifica la hoja de datos del pin-out; generalmente, con el lado plano hacia ti, los pines son E-B-C o E-B-C dependiendo del fabricante.

Solución de problemas

• El zumbador suena continuamente (incluso en la oscuridad):
  • La luz ambiental es demasiado fuerte. Coloca el circuito en una caja.
  • El valor de R2 es demasiado alto. Intenta reemplazar R2 con un valor más bajo (p. ej., 4.7 kΩ) para reducir el voltaje de base con más fuerza.
• El zumbador nunca suena:
  • El valor de R2 es demasiado bajo.
  • LS1 está conectado al revés (verifica la polaridad).
  • Q1 está dañado o conectado incorrectamente.
• El zumbador suena muy bajo:
  • El voltaje de la batería podría ser bajo.
  • Asegúrate de que el zumbador esté clasificado para el voltaje de alimentación utilizado (9 V).

Posibles mejoras y extensiones

1. Control de sensibilidad: Reemplaza la resistencia fija R2 con un potenciómetro de 50 kΩ. Esto te permite ajustar con precisión cuánta luz se necesita para activar la alarma.
2. Alarma con enclavamiento: Añade un Rectificador Controlado de Silicio (SCR) en lugar del transistor NPN, o añade un bucle de retroalimentación. Esto mantendría la alarma sonando incluso si el ladrón cierra rápidamente el cajón de nuevo, forzando un reinicio manual.

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¿Quiénes somos?

Nivel: Básico. Construye un circuito que encienda automáticamente un LED cuando la luz ambiental caiga por debajo de un nivel específico.

Objetivo y caso de uso

Diseñarás y montarás un circuito sensor de luz utilizando una fotorresistencia (LDR) y un transistor para controlar un LED según el brillo ambiental. El circuito actúa como una puerta lógica NOT en relación con la intensidad de la luz: Luz = Salida OFF (apagada), Oscuridad = Salida ON (encendida).

Por qué es útil:
* Alumbrado público: Automatizar farolas para que se enciendan solo por la noche para ahorrar energía.
* Luces de jardín: Luminarias solares de jardín que se activan al anochecer.
* Sistemas de seguridad: Activar grabación o iluminación con poca luz.
* Eficiencia de pantallas: Ajustar el brillo de la pantalla o la retroiluminación según las condiciones de la habitación.

Resultado esperado:
* Cuando la LDR está expuesta a luz brillante, el LED permanece OFF (apagado).
* Cuando se cubre la LDR (simulando oscuridad), el LED se pone en ON (encendido).
* El voltaje en la base del transistor (V_BASE) aumenta a medida que disminuye la intensidad de la luz.

Público objetivo: Principiantes que aprenden sobre sensores y conmutación con transistores.

Materiales

• V1: Batería de 9 V CC o fuente de alimentación.
• R1: Resistencia de 10 kΩ, función: rama superior del divisor de voltaje (pull-up).
• R2: LDR (Fotorresistencia), GL5528 o similar, función: sensor de luz (rama inferior).
• R3: Resistencia de 470 Ω, función: limitación de corriente del LED.
• Q1: Transistor NPN 2N3904, función: interruptor electrónico.
• D1: LED rojo, función: indicador de salida.

Guía de conexionado

Construye el circuito siguiendo estas conexiones utilizando los nombres de nodo específicos:

• Fuente de alimentación:

  • V1 (+): Se conecta al nodo VCC.
  • V1 (-): Se conecta al nodo 0 (GND).

• Etapa del sensor (Divisor de voltaje):

  • R1 (10 kΩ): Se conecta entre VCC y el nodo V_BASE.
  • R2 (LDR): Se conecta entre el nodo V_BASE y 0 (GND).

• Etapa de conmutación:

  • Q1 (Base): Se conecta al nodo V_BASE.
  • Q1 (Emisor): Se conecta al nodo 0 (GND).
  • Q1 (Colector): Se conecta al nodo N_LED_CATHODE.

• Etapa de salida:

  • R3 (470 Ω): Se conecta entre VCC y el nodo N_LED_ANODE.
  • D1 (Ánodo): Se conecta al nodo N_LED_ANODE.
  • D1 (Cátodo): Se conecta al nodo N_LED_CATHODE.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ SENSOR STAGE ]                   [ SWITCHING STAGE ]                 [ OUTPUT STAGE ]

   [ VCC 9 V Source ]
          |
          v
   [ R1: 10k Pull-Up ]
          |
          v
   [ Node: V_BASE  ] --(Trigger)--> [ Base: Q1 (2N3904)   ]
          |                         [                     ]
          v                         [ Coll: N_LED_CATHODE ] --(Sink)--> [ Cathode: D1 LED ]
   [ R2: LDR Sensor ]               [                     ]             [ Node: N_LED_ANODE ]
          |                         [ Emit: GND           ]             [ Anode:   D1 LED   ]
          v                                                             [         ^         ]
       [ GND ]                                                          [         |         ]
                                                                        [ R3: 470 Resistor  ]
                                                                                  ^
                                                                                  |
                                                                             [ VCC 9 V ]

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

Para validar el funcionamiento del circuito, realiza los siguientes pasos con un multímetro:

1. Condición de luz (Simulación): Ilumina R2 (LDR) con una linterna o asegúrate de que la habitación esté iluminada.

   • Mide el voltaje en V_BASE con respecto a 0 (GND). Debería ser bajo (< 0.6 V).
   • Observa D1: Debería estar OFF (apagado).
   • Mide el voltaje en N_LED_CATHODE con respecto a 0 (GND). Debería estar cerca de VCC (flotando alto a través del LED).

2. Condición de oscuridad (Simulación): Cubre R2 (LDR) completamente con tu dedo o una tapa.

   • Mide el voltaje en V_BASE. Debería subir por encima de 0.7 V.
   • Observa D1: Debería ponerse en ON (encendido).
   • Mide el voltaje en N_LED_CATHODE (Colector). Debería caer cerca de 0 V (Voltaje de saturación, aprox. 0.1 V – 0.2 V).

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Automatic twilight switch
* 
* This netlist implements a twilight switch where an LED turns ON
* when the light level drops (simulated by increasing LDR resistance).

* --- Models ---
* Standard NPN Transistor Model
.model 2N3904 NPN(IS=1E-14 VAF=100 BF=200 IKF=0.3 XTB=1.5 BR=3 CJC=8E-12 CJE=25E-12 TR=460E-9 TF=400E-12 ITF=0.6 VTF=10 XTF=30 RB=10 RC=1 RE=0.1)
* Generic Red LED Model (Vf approx 1.8V)
.model LED_RED D(IS=1e-14 N=2.5 RS=5 BV=5 IBV=10u)

* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC source connected to VCC and GND (0)
V1 VCC 0 DC 9

* --- Sensor Stage (Voltage Divider) ---
* R1: 10 kΩ Pull-up resistor
R1 VCC V_BASE 10k

* R2: LDR (Light Dependent Resistor)
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Automatic twilight switch
* 
* This netlist implements a twilight switch where an LED turns ON
* when the light level drops (simulated by increasing LDR resistance).

* --- Models ---
* Standard NPN Transistor Model
.model 2N3904 NPN(IS=1E-14 VAF=100 BF=200 IKF=0.3 XTB=1.5 BR=3 CJC=8E-12 CJE=25E-12 TR=460E-9 TF=400E-12 ITF=0.6 VTF=10 XTF=30 RB=10 RC=1 RE=0.1)
* Generic Red LED Model (Vf approx 1.8V)
.model LED_RED D(IS=1e-14 N=2.5 RS=5 BV=5 IBV=10u)

* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC source connected to VCC and GND (0)
V1 VCC 0 DC 9

* --- Sensor Stage (Voltage Divider) ---
* R1: 10 kΩ Pull-up resistor
R1 VCC V_BASE 10k

* R2: LDR (Light Dependent Resistor)
* Modeled as a behavioral resistor to simulate changing light conditions.
* Low Resistance = Bright Light (LED OFF), High Resistance = Dark (LED ON).
* Simulation: Resistance ramps from 100 Ohm to 3000 Ohm over 5ms.
* The switching threshold (Vbe ~ 0.65V) occurs around R2 = 780 Ohms.
R2 V_BASE 0 R='100 + 2900 * (time / 0.005)'

* --- Switching Stage ---
* Q1: 2N3904 NPN Transistor
* Base -> V_BASE, Collector -> N_LED_CATHODE, Emitter -> GND (0)
Q1 N_LED_CATHODE V_BASE 0 2N3904

* --- Output Stage ---
* R3: 470 Ω LED current limiting resistor
R3 VCC N_LED_ANODE 470

* D1: Red LED
* Anode -> N_LED_ANODE, Cathode -> N_LED_CATHODE
D1 N_LED_ANODE N_LED_CATHODE LED_RED

* --- Simulation Directives ---
* Perform a transient analysis for 5ms to observe the switching behavior
.tran 10u 5m

* Print required voltages for verification
* V_BASE: Shows the sensor voltage rising.
* N_LED_CATHODE: Shows the collector voltage dropping when Q1 turns ON.
.print tran V(V_BASE) V(N_LED_CATHODE) V(N_LED_ANODE)

.op
.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (508 rows)

Index   time            v(v_base)       v(n_led_cathode v(n_led_anode)
0	0.000000e+00	8.910891e-02	8.519679e+00	9.000000e+00
1	1.000000e-07	8.915880e-02	8.519729e+00	9.000000e+00
2	2.000000e-07	8.920993e-02	8.519780e+00	9.000000e+00
3	4.000000e-07	8.931227e-02	8.519882e+00	9.000000e+00
4	8.000000e-07	8.951694e-02	8.520087e+00	9.000000e+00
5	1.600000e-06	8.992625e-02	8.520496e+00	9.000000e+00
6	3.200000e-06	9.074475e-02	8.521314e+00	9.000000e+00
7	6.400000e-06	9.238131e-02	8.522950e+00	9.000000e+00
8	1.280000e-05	9.565263e-02	8.526219e+00	9.000000e+00
9	2.280000e-05	1.007592e-01	8.531319e+00	9.000000e+00
10	3.280000e-05	1.058600e-01	8.536410e+00	9.000000e+00
11	4.280000e-05	1.109549e-01	8.541491e+00	9.000000e+00
12	5.280000e-05	1.160440e-01	8.546563e+00	9.000000e+00
13	6.280000e-05	1.211273e-01	8.551627e+00	9.000000e+00
14	7.280000e-05	1.262047e-01	8.556682e+00	9.000000e+00
15	8.280000e-05	1.312764e-01	8.561728e+00	9.000000e+00
16	9.280000e-05	1.363422e-01	8.566765e+00	9.000000e+00
17	1.028000e-04	1.414023e-01	8.571793e+00	9.000000e+00
18	1.128000e-04	1.464566e-01	8.576812e+00	9.000000e+00
19	1.228000e-04	1.515051e-01	8.581823e+00	9.000000e+00
20	1.328000e-04	1.565479e-01	8.586824e+00	9.000000e+00
21	1.428000e-04	1.615849e-01	8.591815e+00	9.000000e+00
22	1.528000e-04	1.666162e-01	8.596796e+00	9.000000e+00
23	1.628000e-04	1.716418e-01	8.601767e+00	9.000000e+00
... (484 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Intercambiar la resistencia y la LDR: Colocar la LDR arriba y R1 abajo crea una «Alarma matutina» (se enciende cuando detecta luz) en lugar de un interruptor crepuscular. Asegúrate de que R1 se conecte a VCC y la LDR se conecte a 0.
2. Polaridad del LED invertida: El LED no se encenderá si el ánodo y el cátodo están intercambiados. Asegúrate de que el lado plano (Cátodo) se conecte al colector del transistor.
3. Confusión en el pinout del transistor: Confundir Colector, Base y Emisor en el 2N3904 es común. Verifica la hoja de datos (datasheet) para tu encapsulado específico (generalmente E-B-C de izquierda a derecha cuando el lado plano te mira).

Solución de problemas

• El LED está siempre encendido:
  • La luz ambiental podría ser demasiado baja. Usa una linterna para probar el sensor.
  • El valor de R1 (Pull-up) es demasiado bajo, proporcionando demasiada corriente de base incluso con luz. Aumenta R1 a 22 kΩ o 47 kΩ.
• El LED está siempre apagado:
  • Comprueba la orientación del transistor.
  • R1 podría ser demasiado alta, impidiendo que el voltaje de base alcance los 0.7 V incluso en la oscuridad.
  • La LDR podría estar en cortocircuito.
• El LED es tenue en la oscuridad:
  • El voltaje de la batería (V1) es bajo.
  • R3 (Limitación de corriente) es demasiado alta; intenta reducirla ligeramente (no bajes de 220 Ω).

Posibles mejoras y extensiones

1. Ajuste de sensibilidad: Reemplaza R1 con un potenciómetro de 50 kΩ o 100 kΩ para ajustar manualmente el nivel exacto de oscuridad requerido para activar el LED.
2. Histéresis: Añade una resistencia de retroalimentación entre el Colector y la Base para crear un efecto «Schmitt Trigger», evitando que el LED parpadee en el umbral crepuscular.

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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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¿Quiénes somos?

Nivel: Básico. Objetivo: Entender cómo varía el voltaje de salida al modificar la resistencia en un potenciómetro conectado como divisor de voltaje.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito divisor de voltaje variable utilizando un potenciómetro lineal para generar una señal de voltaje analógica ajustable que oscila entre 0 V y el voltaje de alimentación.

• Por qué es útil:

  • Se utiliza en perillas de volumen para equipos de audio.
  • Proporciona voltajes de referencia para comparadores y amplificadores operacionales.
  • Simula datos de sensores analógicos (como temperatura o luz) durante las pruebas.
  • Actúa como señal de control para reguladores de intensidad (dimmers) y controladores de velocidad de motores.
  • Esencial para calibrar la sensibilidad en circuitos de sensores.

• Resultado esperado:

  • El voltaje de salida (VOUT) varía suavemente de 0 V a 5 V.
  • En el punto medio mecánico de un potenciómetro lineal, VOUT marca aproximadamente 2.5 V.
  • La suma del voltaje a través de la sección superior y el voltaje a través de la sección inferior es igual al voltaje de la fuente (VIN).

• Público objetivo y nivel: Estudiantes y aficionados a la electrónica (Nivel: Básico).

Materiales

• V1: Fuente de 5 V DC, función: fuente de alimentación principal.
• R1: Potenciómetro lineal de 10 kΩ, función: divisor de voltaje variable.
• M1: Multímetro digital (configurado en Voltios DC), función: medir V_OUT.
• W1: Cables puente (jumpers), función: interconexiones.

Guía de conexionado

Este circuito utiliza las convenciones estándar de nomenclatura de nodos SPICE (VCC, 0 para GND, VOUT).

• V1 (Terminal Positivo): Se conecta al nodo VCC.
• V1 (Terminal Negativo): Se conecta al nodo 0 (GND).
• R1 (Pin 1 – Superior/Fijo): Se conecta al nodo VCC.
• R1 (Pin 3 – Inferior/Fijo): Se conecta al nodo 0 (GND).
• R1 (Pin 2 – Cursor/Variable): Se conecta al nodo VOUT.
• M1 (Sonda Positiva): Se conecta al nodo VOUT.
• M1 (Sonda Negativa): Se conecta al nodo 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

[ SOURCE ]                       [ COMPONENT ]                     [ MEASUREMENT ]

[ V1: 5 V Supply (+) ] --(Node VCC)--> [ R1: Pin 1 (Top)    ]
                                      |                    |
                                      |  Potentiometer     |
                                      |  (Voltage Divider) |
                                      |                    |
                                      |  R1: Pin 2 (Wiper) ] --(Node VOUT)--> [ M1: Multimeter (+) ]
                                      |                    |
[ V1: 5 V Supply (-) ] --(Node 0)----> [ R1: Pin 3 (Bottom) ] --(Node 0)-----> [ M1: Multimeter (-) ]

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

Sigue estos pasos para validar el comportamiento del divisor de voltaje:

1. Configuración: Configura el multímetro para medir voltaje DC (rango de 20 V). Conecta la sonda negra a Tierra (0) y la sonda roja al cursor (wiper) del potenciómetro (VOUT).
2. Verificación de Mínimo: Gira la perilla del potenciómetro completamente en sentido antihorario.
   • Observación: El multímetro debería leer aproximadamente 0 V.
3. Verificación de Máximo: Gira la perilla del potenciómetro completamente en sentido horario.
   • Observación: El multímetro debería leer aproximadamente 5 V (o igual al voltaje específico de tu V1).
4. Verificación del Punto Medio: Gira la perilla al centro físico aproximado.
   • Observación: El multímetro debería leer aproximadamente 2.5 V.
5. Prueba de Linealidad: Gira la perilla lentamente de un extremo al otro.
   • Observación: La lectura de voltaje debería cambiar suavemente sin saltos.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Potentiometer as a variable divider

* --- Power Supply ---
* V1: 5V Main power source
* Connected to VCC (+) and 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Simulation Control Source ---
* Vknob simulates the mechanical action of the potentiometer.
* Sweeps from 0 (0%) to 1 (100%) over 500us.
Vknob knob 0 PWL(0 0 500u 1)

* --- R1: 10k Potentiometer ---
* Implemented as two behavioral voltage sources (B-sources) acting as variable resistors.
* This allows the "Variable Divider" behavior to be simulated in Transient analysis.
* Total Resistance ~ 10k.

* R1 Top Part (Pin 1 to Pin 2): Connects VCC to VOUT
* Resistance = 10k * (1 - Knob) + 1 ohm (offset to avoid divide-by-zero/shorts)
B_R1_top VCC VOUT V = I(B_R1_top) * (10000 * (1 - V(knob)) + 1)
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Potentiometer as a variable divider

* --- Power Supply ---
* V1: 5V Main power source
* Connected to VCC (+) and 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Simulation Control Source ---
* Vknob simulates the mechanical action of the potentiometer.
* Sweeps from 0 (0%) to 1 (100%) over 500us.
Vknob knob 0 PWL(0 0 500u 1)

* --- R1: 10k Potentiometer ---
* Implemented as two behavioral voltage sources (B-sources) acting as variable resistors.
* This allows the "Variable Divider" behavior to be simulated in Transient analysis.
* Total Resistance ~ 10k.

* R1 Top Part (Pin 1 to Pin 2): Connects VCC to VOUT
* Resistance = 10k * (1 - Knob) + 1 ohm (offset to avoid divide-by-zero/shorts)
B_R1_top VCC VOUT V = I(B_R1_top) * (10000 * (1 - V(knob)) + 1)

* R1 Bottom Part (Pin 2 to Pin 3): Connects VOUT to GND
* Resistance = 10k * Knob + 1 ohm
B_R1_bot VOUT 0 V = I(B_R1_bot) * (10000 * V(knob) + 1)

* --- M1: Digital Multimeter ---
* Function: Measure V_OUT.
* Modeled as a high input impedance load (10 Megohm) connected to VOUT and GND.
R_M1 VOUT 0 10Meg

* --- Analysis Commands ---
* Transient analysis to capture the full sweep of the potentiometer (500us)
.tran 1u 500u

* Print the Output Voltage and the Control Signal (Knob position)
.print tran V(VOUT) V(knob)

* Calculate DC operating point
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (508 rows)

Index   time            v(vout)         v(knob)
0	0.000000e+00	4.999000e-04	0.000000e+00
1	1.000000e-08	5.998800e-04	2.000000e-05
2	2.000000e-08	6.998599e-04	4.000000e-05
3	4.000000e-08	8.998199e-04	8.000000e-05
4	8.000000e-08	1.299740e-03	1.600000e-04
5	1.600000e-07	2.099579e-03	3.200000e-04
6	3.200000e-07	3.699258e-03	6.400000e-04
7	6.400000e-07	6.898613e-03	1.280000e-03
8	1.280000e-06	1.329731e-02	2.560000e-03
9	2.280000e-06	2.329525e-02	4.560000e-03
10	3.280000e-06	3.329314e-02	6.560000e-03
11	4.280000e-06	4.329099e-02	8.560000e-03
12	5.280000e-06	5.328880e-02	1.056000e-02
13	6.280000e-06	6.328657e-02	1.256000e-02
14	7.280000e-06	7.328430e-02	1.456000e-02
15	8.280000e-06	8.328200e-02	1.656000e-02
16	9.280000e-06	9.327965e-02	1.856000e-02
17	1.028000e-05	1.032773e-01	2.056000e-02
18	1.128000e-05	1.132749e-01	2.256000e-02
19	1.228000e-05	1.232724e-01	2.456000e-02
20	1.328000e-05	1.332699e-01	2.656000e-02
21	1.428000e-05	1.432674e-01	2.856000e-02
22	1.528000e-05	1.532648e-01	3.056000e-02
23	1.628000e-05	1.632622e-01	3.256000e-02
... (484 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Dejar el cursor (wiper) flotando: Conectar solo las dos patas fijas del potenciómetro hace que actúe como una resistencia fija. Conecta siempre el pin central (cursor) a tu nodo de salida.
2. Cortocircuitar la fuente: Conectar el cursor a VCC y una pata fija a 0, y luego girar la perilla completamente hacia el lado conectado a tierra crea un cortocircuito. Asegúrate de que las patas fijas vayan a Alimentación y Tierra, y que el Cursor sea la Salida.
3. Usar un potenciómetro logarítmico: Los potenciómetros de audio (Log) cambian la resistencia de forma no lineal. Para una prueba de divisor de voltaje predecible, asegúrate de usar uno lineal (generalmente marcado como ‘B’).

Solución de problemas

• Síntoma: El voltaje es constante en 2.5 V independientemente de la posición de la perilla.
  • Causa: El cursor está desconectado, o estás midiendo a través de los terminales fijos.
  • Solución: Verifica que la sonda del multímetro esté conectada específicamente al pin central (cursor).
• Síntoma: Humo o calor proveniente del potenciómetro.
  • Causa: Cortocircuito creado al conectar el cursor a un riel y girarlo hacia el riel opuesto.
  • Solución: Desconecta inmediatamente la alimentación. Vuelve a conectar de modo que los pines exteriores fijos se conecten a VCC y GND, y el cursor se conecte solo al medidor de alta impedancia.
• Síntoma: El voltaje salta erráticamente (por ejemplo, 1 V -> 4 V -> 2 V).
  • Causa: Pista interna sucia o defectuosa (el cursor pierde contacto).
  • Solución: Reemplaza el potenciómetro o límpialo con limpiador de contactos.

Posibles mejoras y extensiones

1. Efecto de carga: Conecta una resistencia fija de 1 kΩ entre VOUT y 0. Observa cómo el voltaje de salida cae significativamente en comparación con el estado sin carga, demostrando el desajuste de impedancia.
2. Límites seguros: Agrega una resistencia fija de 330 Ω en serie con la pata superior y otra con la pata inferior. Esto restringe el rango de salida (por ejemplo, 0.5 V a 4.5 V) y protege el potenciómetro de cortocircuitos si la salida se conecta accidentalmente a tierra.

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Carlos Núñez Zorrilla

Electronics & Computer Engineer

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¿Quiénes somos?

Nivel: Básico – Verificar fórmulas de resistencia equivalente mediante medición.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito pasivo utilizando dos resistencias para analizar cómo cambian los valores de resistencia cuando los componentes se conectan en serie frente a paralelo. Medirás la resistencia equivalente total (Req) usando un multímetro en modo óhmetro.

• Útil para:
  • Diseñar divisores de voltaje para sensores o fuentes de alimentación.
  • Calcular la resistencia de carga total en redes de distribución de energía.
  • Ajustar valores de resistencia específicos cuando no hay componentes estándar disponibles.
  • Comprender las rutas de limitación de corriente en circuitos controladores de LED.
• Resultado esperado:
  • Modo serie: El valor medido debe ser igual a la suma de ambas resistencias (Req ≈ 2 kΩ).
  • Modo paralelo: El valor medido debe ser la mitad de la resistencia individual (si R1=R2) o seguir la fórmula de paralelo (Req ≈ 500 Ω).
  • Verificación: Los valores medidos deben caer dentro del rango de tolerancia (p. ej., ±5%) del cálculo teórico.
• Público objetivo: Estudiantes y aficionados que aprenden las leyes fundamentales del análisis de circuitos (Ley de Ohm).

Materiales

• R1: Resistencia de 1 kΩ, función: Carga de prueba A
• R2: Resistencia de 1 kΩ, función: Carga de prueba B
• M1: Multímetro digital, función: Medición de resistencia (Óhmetro)
• W1: Cables puente (jumpers), función: Interconexión del circuito

Guía de conexionado

Esta guía utiliza nombres de nodos específicos. Asegúrate de que el circuito no esté conectado a una fuente de voltaje (batería) durante las mediciones de resistencia.

Parte A: Configuración en serie
* R1: Se conecta entre el nodo Node_A y el nodo Node_B.
* R2: Se conecta entre el nodo Node_B y el nodo Node_C.
* M1 (Sonda positiva): Se conecta al Node_A.
* M1 (Sonda negativa): Se conecta al Node_C.

Parte B: Configuración en paralelo (Requiere recableado)
* R1: Se conecta entre el nodo Node_A y el nodo Node_B.
* R2: Se conecta entre el nodo Node_A y el nodo Node_B (físicamente en paralelo a R1).
* M1 (Sonda positiva): Se conecta al Node_A.
* M1 (Sonda negativa): Se conecta al Node_B.

Diagrama de bloques conceptual

Esquemático

PART A: SERIES CONFIGURATION (Current flows through R1 then R2)

      [ INPUT / SOURCE ]             [ CIRCUIT TOPOLOGY ]             [ RETURN / MEASURE ]

    [ M1 Probe (+) ] --(Node A)--> [ R1: 1kΩ ] --(Node B)--> [ R2: 1kΩ ] --(Node C)--> [ M1 Probe (-) ]



PART B: PARALLEL CONFIGURATION (Current splits between R1 and R2)

      [ INPUT / SOURCE ]             [ CIRCUIT TOPOLOGY ]             [ RETURN / MEASURE ]

                                         +--> [ R1: 1kΩ ] --+
    [ M1 Probe (+) ] --(Node A)--> [ SPLIT ]                [ JOIN ] --(Node B)--> [ M1 Probe (-) ]
                                         +--> [ R2: 1kΩ ] --+

Diagrama eléctrico

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Mediciones y pruebas

Realiza estos pasos con el multímetro configurado en el ajuste de Ohmios (Ω) (comienza con el rango de 20k si es manual).

1. Verificación de componentes:
   • Mide R1 y R2 individualmente antes de conectarlas. Confirma que sean de aproximadamente 1 kΩ cada una.
2. Medición en serie:
   • Construye el circuito descrito en la Parte A de la Guía de conexionado.
   • Conecta las sondas al Node_A y Node_C.
   • Validación: La pantalla debe indicar aproximadamente 2.0 kΩ ($R1 + R2$).
3. Medición en paralelo:
   • Modifica el circuito para que coincida con la Parte B de la Guía de conexionado (conecta ambos extremos de la resistencia al mismo par de filas).
   • Conecta las sondas a través del par paralelo.
   • Validación: La pantalla debe indicar aproximadamente 0.5 kΩ (500 Ω).
4. Comparación:
   • Observa que la combinación en serie aumenta la resistencia total, mientras que la combinación en paralelo disminuye la resistencia total.

Netlist SPICE y simulación

Netlist SPICE de referencia (ngspice) — extractoNetlist SPICE completo (ngspice)

* Practical case: Series and parallel resistors
*
* This netlist implements both Part A (Series) and Part B (Parallel) 
* configurations as separate sub-circuits to allow simultaneous simulation.
*
* BOM:
* R1, R2: 1 kΩ resistors
* M1: Digital Multimeter (Simulated as 1mA Current Source for Resistance Measurement)
* W1: Jumper wires (Implicit in netlist connectivity)

* ==============================================================================
* GLOBAL SETTINGS
* ==============================================================================
* Global Ground is Node 0.
* Unused System Supply (Required by prompt constraints)
VCC_Supply VCC 0 DC 5

* ==============================================================================
* PART A: SERIES CONFIGURATION
* ==============================================================================
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Series and parallel resistors
*
* This netlist implements both Part A (Series) and Part B (Parallel) 
* configurations as separate sub-circuits to allow simultaneous simulation.
*
* BOM:
* R1, R2: 1 kΩ resistors
* M1: Digital Multimeter (Simulated as 1mA Current Source for Resistance Measurement)
* W1: Jumper wires (Implicit in netlist connectivity)

* ==============================================================================
* GLOBAL SETTINGS
* ==============================================================================
* Global Ground is Node 0.
* Unused System Supply (Required by prompt constraints)
VCC_Supply VCC 0 DC 5

* ==============================================================================
* PART A: SERIES CONFIGURATION
* ==============================================================================
* Wiring Guide Mapping:
* Node_A -> Node_A_Ser
* Node_B -> Node_B_Ser
* Node_C -> Node_C_Ser
*
* Connections:
* R1 connects between Node_A and Node_B
* R2 connects between Node_B and Node_C
* M1 (Ohmmeter) connects to Node_A (+) and Node_C (-)
*
* Simulation Logic:
* Ohmmeter is modeled as a 1mA Current Source (I_M1_Ser) injecting into the 
* positive probe node, with the negative probe node grounded.
* V(Node_A_Ser) = Resistance * 1mA => 1V = 1kΩ.

I_M1_Ser     0            Node_A_Ser   DC 1m
R1_Ser       Node_A_Ser   Node_B_Ser   1k
R2_Ser       Node_B_Ser   Node_C_Ser   1k
V_M1_Ret_Ser Node_C_Ser   0            DC 0   ; Ground return for M1 (-)

* ==============================================================================
* PART B: PARALLEL CONFIGURATION
* ==============================================================================
* Wiring Guide Mapping:
* Node_A -> Node_A_Par
* Node_B -> Node_B_Par
*
* Connections:
* R1 connects between Node_A and Node_B
* R2 connects between Node_A and Node_B (Physically parallel)
* M1 (Ohmmeter) connects to Node_A (+) and Node_B (-)

I_M1_Par     0            Node_A_Par   DC 1m
R1_Par       Node_A_Par   Node_B_Par   1k
R2_Par       Node_A_Par   Node_B_Par   1k
V_M1_Ret_Par Node_B_Par   0            DC 0   ; Ground return for M1 (-)

* ==============================================================================
* ANALYSIS DIRECTIVES
* ==============================================================================
* Transient analysis to satisfy prompt requirements for logging
.tran 100u 5ms

* Print voltages representing resistance values
* V(Node_A_Ser) should be ~2.0V (2kΩ)
* V(Node_A_Par) should be ~0.5V (500Ω)
.print tran V(Node_A_Ser) V(Node_B_Ser) V(Node_A_Par)

* DC Operating Point for quick verification
.op

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Show raw data table (59 rows)

Index   time            v(node_a_ser)   v(node_b_ser)   v(node_a_par)
0	0.000000e+00	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
1	5.000000e-07	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
2	1.000000e-06	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
3	2.000000e-06	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
4	4.000000e-06	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
5	8.000000e-06	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
6	1.600000e-05	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
7	3.200000e-05	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
8	6.400000e-05	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
9	1.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
10	2.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
11	3.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
12	4.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
13	5.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
14	6.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
15	7.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
16	8.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
17	9.280000e-04	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
18	1.028000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
19	1.128000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
20	1.228000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
21	1.328000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
22	1.428000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
23	1.528000e-03	2.000000e+00	1.000000e+00	5.000000e-01
... (35 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Medir resistencia con la alimentación encendida: Nunca midas resistencia en un circuito vivo. Esto dará lecturas falsas y puede fundir el fusible de tu multímetro. Solución: Desconecta todas las baterías o fuentes de alimentación antes de usar el óhmetro.
2. Tocar las sondas metálicas: Si sostienes las puntas metálicas de las sondas con ambas manos mientras mides, la resistencia de tu cuerpo (en paralelo al circuito) afectará la lectura, especialmente con resistencias de alto valor. Solución: Usa pinzas de cocodrilo o presiona las sondas contra la protoboard sin tocar las puntas metálicas.
3. Asumir valores perfectos: Una resistencia de 1 kΩ con 5% de tolerancia puede medir físicamente entre 950 Ω y 1050 Ω. Solución: Siempre mide los componentes individuales primero para conocer sus valores reales antes de calcular el total esperado.

Solución de problemas

• Síntoma: El multímetro lee «1» u «OL» (Over Limit/Fuera de límite).
  • Causa: La resistencia es mayor que el rango seleccionado en el multímetro.
  • Solución: Cambia el selector a un rango más alto (p. ej., de 200 Ω a 2 kΩ o 20 kΩ).
• Síntoma: La lectura es 0 Ω.
  • Causa: Cortocircuito; las sondas podrían estar tocándose entre sí o un cable está puenteando las resistencias.
  • Solución: Revisa las filas de la protoboard para asegurarte de que las resistencias no estén en cortocircuito por un cable mal colocado.
• Síntoma: La lectura fluctúa o es inestable.
  • Causa: Mal contacto entre las patas de la resistencia y los clips de la protoboard.
  • Solución: Retira la resistencia, endereza las patas y vuelve a insertarla firmemente en orificios diferentes del mismo nodo.

Posibles mejoras y extensiones

1. Topología mixta: Añade una tercera resistencia (R3 = 1 kΩ) en serie con el par paralelo de R1 y R2 para crear una combinación Serie-Paralelo. Calcula y verifica el nuevo total (1.5 kΩ).
2. Resistencia variable: Reemplaza R2 con un potenciómetro de 10 kΩ. Mide cómo cambia la resistencia total en ambas configuraciones (serie y paralelo) mientras giras la perilla.

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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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