Caso práctico: Potenciómetro como divisor variable

Prototipo de Potenciómetro como divisor variable (Maker Style)

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

Conceptual block diagram — Potentiometer
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

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 (-) ]
Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama eléctrico: Caso práctico: Potenciómetro como divisor variable
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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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)

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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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal del circuito descrito en el artículo?




Pregunta 2: ¿Qué componente principal se utiliza para crear el divisor de voltaje variable?




Pregunta 3: ¿Cuál es el rango de oscilación del voltaje de salida esperado en este circuito?




Pregunta 4: ¿Qué valor de voltaje se espera medir aproximadamente en el punto medio mecánico de un potenciómetro lineal alimentado con 5 V?




Pregunta 5: ¿Cuál de las siguientes es una aplicación útil mencionada para este circuito?




Pregunta 6: ¿Qué relación existe entre los voltajes de la sección superior e inferior del potenciómetro?




Pregunta 7: ¿Qué tipo de señal de control puede actuar este circuito para dimmers y motores?




Pregunta 8: ¿Cuál es el nivel de dificultad indicado para este artículo?




Pregunta 9: ¿Qué tipo de potenciómetro se especifica para obtener 2.5 V exactamente en el punto medio?




Pregunta 10: ¿Qué función cumple este circuito en equipos de audio según el texto?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Resistencias en serie y paralelo

Prototipo de Resistencias en serie y paralelo (Maker Style)

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

Conceptual block diagram — Series Resistance
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

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 ] --+
Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama eléctrico: Caso práctico: Resistencias en serie y paralelo
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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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) ...

Copia este contenido en un archivo .cir y ejecútalo con ngspice.

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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)

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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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal de este caso práctico?




Pregunta 2: ¿Qué instrumento se utiliza para medir la resistencia equivalente total (Req)?




Pregunta 3: En el modo serie, ¿cuál es el resultado esperado para la resistencia equivalente?




Pregunta 4: Si se utilizan dos resistencias de 1 kΩ en paralelo, ¿cuál es el valor aproximado esperado?




Pregunta 5: ¿Para qué aplicación es útil entender la resistencia equivalente?




Pregunta 6: Según el contexto, ¿cuál es el valor implícito de las resistencias individuales usadas en el ejemplo?




Pregunta 7: ¿Qué resultado se espera al medir las resistencias en modo paralelo si R1 es igual a R2?




Pregunta 8: En la verificación de resultados, ¿qué condición deben cumplir los valores medidos?




Pregunta 9: ¿Cuál de las siguientes NO se menciona como una utilidad de este caso práctico?




Pregunta 10: Si el resultado esperado en serie es aprox. 2 kΩ, ¿qué sucede con la corriente en comparación con una sola resistencia de 1 kΩ (a mismo voltaje)?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

Sígueme:

Caso práctico: Divisor de voltaje simple

Prototipo de Divisor de voltaje simple (Maker Style)

Nivel: Básico. Demuestra cómo dos resistencias en serie dividen el voltaje de entrada en proporciones predecibles.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirá un circuito fundamental que utiliza dos resistencias en serie para reducir un voltaje de fuente de CC más alto a un nivel de voltaje más bajo específico.

  • Por qué es útil:

    • Interfaz de sensores: Adapta sensores de alto voltaje (por ejemplo, sensores automotrices de 12 V) a microcontroladores de bajo voltaje (por ejemplo, lógica de 3.3 V o 5 V).
    • Polarización: Proporciona voltajes de referencia estables para bases de transistores o entradas de amplificadores operacionales.
    • Desplazamiento de nivel: Método simple para reducir los niveles de señal entre diferentes etapas del circuito.

  • Resultado esperado:

    • Voltaje de entrada (Vin): Medido en la fuente de alimentación completa de 9 V.
    • Voltaje de salida (Vout): Medido en la unión entre las resistencias; esperando exactamente 4.5 V (50% de la entrada).
    • Corriente: Una corriente pequeña y segura fluye continuamente desde la fuente a tierra a través de la ruta en serie.
    • Verificación de la relación: El voltaje de salida sigue la fórmula Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2)).

  • Público objetivo y nivel: Estudiantes que comienzan con la Ley de Ohm y Circuitos en Serie (Nivel: Básico).

Materiales

  • V1: Fuente de voltaje de 9 V CC (batería o fuente de alimentación).
  • R1: Resistencia de 10 kΩ, función: elemento del lado alto (cae la mitad del voltaje).
  • R2: Resistencia de 10 kΩ, función: elemento del lado bajo (resistencia de medición).
  • M1: Multímetro digital (modo voltímetro), función: herramienta de medición.

Guía de conexionado

Construya el circuito utilizando las siguientes conexiones de nodos. Asegúrese de que la fuente de alimentación esté apagada mientras ensambla los componentes.

  • V1: Conecte el terminal positivo al nodo VCC y el terminal negativo al nodo 0 (GND).
  • R1: Conecte entre el nodo VCC y el nodo VOUT.
  • R2: Conecte entre el nodo VOUT y el nodo 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — Voltage Divider
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

[ INPUT ]                    [ PROCESSING ]                    [ OUTPUT ]

 [ 9V Source (V1) ] --(VCC)--> [ R1: High-Side 10k ] --(VOUT)--> [ Multimeter (M1) ]
                                          |
                                          v
                                 [ R2: Low-Side 10k ]
                                          |
                                          v
                                    [ Node 0 (GND) ]
Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama eléctrico del caso práctico: Divisor de voltaje simple
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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Mediciones y pruebas

Realice los siguientes pasos para validar el comportamiento del circuito.

  1. Configurar el multímetro: Cambie su multímetro al modo de voltaje de CC (rango de 20 V o rango automático).
  2. Medir la entrada (Vin): Coloque la sonda roja en el nodo VCC y la sonda negra en el nodo 0. Verifique que la lectura sea de aproximadamente 9 V.
  3. Medir la salida (Vout): Coloque la sonda roja en el nodo VOUT (la unión entre R1 y R2) y la sonda negra en el nodo 0.
  4. Validar el resultado: La lectura debe ser de aproximadamente 4.5 V.
    • Cálculo: Vout = 9V × (10kΩ / (10kΩ + 10kΩ)) = 9V × 0.5 = 4.5V.

Netlist SPICE y simulación

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

* Title: Simple voltage divider

* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC voltage source
* Connected positive to VCC, negative to 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 9

* --- Components ---
* R1: 10 kOhm resistor (High-side)
* Connected between VCC and VOUT
R1 VCC VOUT 10k

* R2: 10 kOhm resistor (Low-side)
* Connected between VOUT and 0 (GND)
R2 VOUT 0 10k

* M1: Digital Multimeter (Voltmeter mode)
* Function: Measurement tool across R2 (VOUT to GND)
* Modeled as a high-impedance resistor (10 MegOhm) to represent input impedance
R_M1 VOUT 0 10Meg
* ... (truncated in public view) ...

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* Title: Simple voltage divider

* --- Power Supply ---
* V1: 9 V DC voltage source
* Connected positive to VCC, negative to 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 9

* --- Components ---
* R1: 10 kOhm resistor (High-side)
* Connected between VCC and VOUT
R1 VCC VOUT 10k

* R2: 10 kOhm resistor (Low-side)
* Connected between VOUT and 0 (GND)
R2 VOUT 0 10k

* M1: Digital Multimeter (Voltmeter mode)
* Function: Measurement tool across R2 (VOUT to GND)
* Modeled as a high-impedance resistor (10 MegOhm) to represent input impedance
R_M1 VOUT 0 10Meg

* --- Simulation and Output ---
* Operating point analysis for DC steady state
.op

* Transient analysis (required for .print tran)
* Simulating for 5ms to show steady DC levels
.tran 100u 5ms

* Print directives
.print tran V(VCC) V(VOUT)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (59 rows) 
Index   time            v(vcc)          v(vout)
0	0.000000e+00	9.000000e+00	4.497751e+00
1	5.000000e-07	9.000000e+00	4.497751e+00
2	1.000000e-06	9.000000e+00	4.497751e+00
3	2.000000e-06	9.000000e+00	4.497751e+00
4	4.000000e-06	9.000000e+00	4.497751e+00
5	8.000000e-06	9.000000e+00	4.497751e+00
6	1.600000e-05	9.000000e+00	4.497751e+00
7	3.200000e-05	9.000000e+00	4.497751e+00
8	6.400000e-05	9.000000e+00	4.497751e+00
9	1.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
10	2.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
11	3.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
12	4.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
13	5.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
14	6.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
15	7.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
16	8.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
17	9.280000e-04	9.000000e+00	4.497751e+00
18	1.028000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
19	1.128000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
20	1.228000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
21	1.328000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
22	1.428000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
23	1.528000e-03	9.000000e+00	4.497751e+00
... (35 more rows) ...

Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Conectar una carga pesada: Conectar un motor o una carga de baja resistencia a VOUT hará que el voltaje caiga significativamente por debajo de 4.5 V (efecto de carga). Solución: Conecte solo cargas de alta impedancia (como entradas de microcontrolador) o use un búfer.
  2. Usar relaciones de resistencia incorrectas: Usar valores de resistencia aleatorios dará como resultado un voltaje de salida aleatorio. Solución: Calcule siempre la relación requerida utilizando la fórmula del divisor de voltaje antes de construir.
  3. Sobrecalentamiento de resistencias: El uso de valores de resistencia muy bajos (por ejemplo, 10 Ω) conecta la fuente casi directamente a tierra, causando una alta corriente. Solución: Use valores en el rango de kΩ para voltajes de referencia de señal para minimizar el desperdicio de energía.

Solución de problemas

  • Síntoma: VOUT marca 0 V.
    • Causa: R1 está abierta (rota) o R2 está en cortocircuito a tierra.
    • Solución: Verifique la continuidad de R1 y asegúrese de que las patas de R2 no se toquen.
  • Síntoma: VOUT es igual a VCC (9 V).
    • Causa: R2 está abierta (rota) o R1 está en cortocircuito.
    • Solución: Asegúrese de que R2 esté insertada correctamente en los rieles de la protoboard.
  • Síntoma: VOUT está ligeramente desviado (por ejemplo, 4.6 V en lugar de 4.5 V).
    • Causa: Tolerancia de la resistencia (las resistencias estándar varían en ±5%).
    • Solución: Este es un comportamiento normal. Use resistencias de precisión del 1% si los valores exactos son críticos.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Divisor variable: Reemplace R1 y R2 con un solo potenciómetro de 10 kΩ (cursor a la salida) para crear una fuente de voltaje variable de 0 V a 9 V.
  2. Salida con búfer: Conecte el nodo VOUT a un amplificador operacional configurado como seguidor de voltaje para manejar cargas como LED sin que caiga el voltaje.

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal del circuito divisor de voltaje descrito?




Pregunta 2: ¿Qué componentes fundamentales se utilizan para crear este circuito?




Pregunta 3: Según el texto, ¿cuál es una aplicación útil de este circuito para sensores?




Pregunta 4: Si el voltaje de entrada (Vin) es de 9 V y se espera un Vout de 4.5 V, ¿qué relación tienen las resistencias?




Pregunta 5: ¿Qué fórmula general describe el comportamiento del voltaje de salida (Vout) en un divisor de voltaje?




Pregunta 6: ¿Qué se espera que ocurra con la corriente en este circuito?




Pregunta 7: ¿Para qué nivel de habilidad está diseñado este caso práctico?




Pregunta 8: ¿Dónde se debe medir el voltaje de salida (Vout) en este circuito?




Pregunta 9: ¿Qué utilidad tiene este circuito en relación con los transistores?




Pregunta 10: ¿Qué voltaje de entrada (Vin) se utiliza en el ejemplo práctico del texto?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

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Caso práctico: Limitación de corriente en un LED

Prototipo de Limitación de corriente en un LED (Maker Style)

Nivel: Básico. Demostrar cómo una resistencia protege un componente sensible (LED) limitando el flujo de corriente según la Ley de Ohm.

Objetivo y caso de uso

En este caso, construirá un circuito en serie fundamental conectando una fuente de voltaje de CC, una resistencia limitadora de corriente y un Diodo Emisor de Luz (LED).

Por qué es útil:
* Protección de componentes: Evita que el LED consuma una corriente excesiva y se queme instantáneamente.
* Aplicación de la Ley de Ohm: Demuestra visualmente la relación entre Voltaje, Corriente y Resistencia ($I = V/R$).
* Indicación de estado: Forma la base para los indicadores de encendido en casi todos los dispositivos electrónicos.
* Herramientas de diagnóstico: Los circuitos LED simples se utilizan a menudo para depurar niveles lógicos en sistemas complejos.

Resultado esperado:
* El LED se enciende de forma constante sin sobrecalentarse.
* La corriente que fluye a través del circuito permanece dentro del rango seguro (típicamente 10–20 mA).
* La caída de voltaje a través de la resistencia corresponde al voltaje de alimentación menos el voltaje directo del LED.

Público objetivo y nivel: Principiantes y estudiantes que comienzan con el análisis básico de componentes.

Materiales

  • V1: Fuente de 5 V CC
  • R1: Resistencia de 220 Ω, función: limitación de corriente
  • D1: LED rojo, función: emisión de luz
  • M1: Multímetro, función: medición de corriente (A)
  • M2: Multímetro, función: medición de voltaje (V)

Guía de conexionado

Este circuito utiliza una topología en serie. Definimos los nodos como VCC (Fuente de 5V), 0 (Tierra) y NODE_A (Conexión intermedia).

  • V1 (Fuente de CC): El terminal positivo se conecta al nodo VCC. El terminal negativo se conecta al nodo 0.
  • R1 (Resistencia): Se conecta entre el nodo VCC y el nodo NODE_A.
  • D1 (LED): El ánodo se conecta al nodo NODE_A. El cátodo se conecta al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Conceptual block diagram — Current Limiting
Lectura rápida: entradas → bloque principal → salida (actuador o medida). Resume el esquemático ASCII de la siguiente sección.

Esquemático

[ SOURCE ]                  [ CURRENT CONTROL ]              [ OUTPUT / LOAD ]

    [ V1: 5V DC ] --(VCC)--> [ R1: 220 Ohm ] --(Node A)--> [ D1: Red LED ] --(0)--> [ GND ]
Esquema Eléctrico

Diagrama eléctrico

Diagrama eléctrico de limitación de corriente en un LED
Generado desde la netlist SPICE validada del caso.

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Mediciones y pruebas

Para validar la Ley de Ohm y la seguridad de los componentes:

  1. Calcular la corriente esperada:
    • Asumir Voltaje Directo del LED ($V_f$) $\approx$ 2.0 V.
    • Voltaje a través de R1: $V_{R1} = V_{source} – V_f = 5V – 2V = 3V$.
    • Corriente esperada: $I = V_{R1} / R1 = 3V / 220\Omega \approx 13.6 mA$.
  2. Medición de voltaje: Configure el multímetro M2 en Voltios de CC. Mida a través de R1 (puntas en VCC y NODE_A). La lectura debe ser de aproximadamente 3 V.
  3. Medición de corriente: Abra el circuito en el nodo VCC o 0 e inserte el multímetro M1 en serie (modo Amperímetro). La lectura debe estar cerca de 13–14 mA.
  4. Comprobación visual: El LED debe emitir una luz roja brillante y constante.

Netlist SPICE y simulación

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

* Practical case: Current limiting in an LED

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC Supply connected between VCC and 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Components ---
* R1: 220 Ohm Resistor
* Function: Current limiting
* Connected between VCC and NODE_A
R1 VCC NODE_A 220

* D1: Red LED
* Function: Light emission
* Anode connected to NODE_A, Cathode connected to 0 (GND)
D1 NODE_A 0 DLED

* --- Models ---
* Model for D1 (Red LED)
* Parameters: IS (Saturation Current), N (Emission Coefficient), RS (Series Resistance)
* ... (truncated in public view) ...

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* Practical case: Current limiting in an LED

* --- Power Supply ---
* V1: 5V DC Supply connected between VCC and 0 (GND)
V1 VCC 0 DC 5

* --- Components ---
* R1: 220 Ohm Resistor
* Function: Current limiting
* Connected between VCC and NODE_A
R1 VCC NODE_A 220

* D1: Red LED
* Function: Light emission
* Anode connected to NODE_A, Cathode connected to 0 (GND)
D1 NODE_A 0 DLED

* --- Models ---
* Model for D1 (Red LED)
* Parameters: IS (Saturation Current), N (Emission Coefficient), RS (Series Resistance)
* Tuned for approximately 1.8V - 2.0V forward voltage drop
.model DLED D (IS=1e-14 N=2.5 RS=5 BV=5 IBV=10u)

* --- Analysis Directives ---
* Calculate DC operating point
.op

* Transient analysis (Required for .print output generation)
* Step: 100us, Stop: 10ms
.tran 100u 10m

* --- Output / Measurements ---
* Simulating M2 (Multimeter - Voltage): Probing NODE_A (Voltage across LED)
* Simulating M1 (Multimeter - Current): Probing I(V1) (Total circuit current)
* Note: I(V1) will be negative as current flows out of the voltage source.
.print tran V(VCC) V(NODE_A) I(V1)

.end

Resultados de Simulación (Transitorio)

Resultados de Simulación (Transitorio)
Show raw data table (108 rows) 
Index   time            v(vcc)          v(node_a)       v1#branch
0	0.000000e+00	5.000000e+00	1.880179e+00	-1.41810e-02
1	1.000000e-06	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
2	2.000000e-06	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
3	4.000000e-06	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
4	8.000000e-06	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
5	1.600000e-05	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
6	3.200000e-05	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
7	6.400000e-05	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
8	1.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
9	2.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
10	3.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
11	4.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
12	5.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
13	6.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
14	7.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
15	8.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
16	9.280000e-04	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
17	1.028000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
18	1.128000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
19	1.228000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
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21	1.428000e-03	5.000000e+00	1.880178e+00	-1.41810e-02
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Errores comunes y cómo evitarlos

  1. Polaridad del LED invertida: Conectar el cátodo del LED al positivo. Solución: Asegúrese de que la pata más larga (Ánodo) esté orientada hacia el lado del voltaje positivo (hacia R1).
  2. Omitir la resistencia: Conectar el LED directamente a 5V. Solución: Verifique siempre que la resistencia esté en serie antes de aplicar energía para evitar destruir el LED.
  3. Medir corriente en paralelo: Intentar medir la corriente colocando las puntas a través del LED como un voltímetro. Solución: Abra siempre la ruta del circuito y coloque el medidor en serie para las mediciones de corriente.

Solución de problemas

  • Síntoma: El LED no se enciende.
    • Causa: LED conectado al revés o circuito abierto.
    • Solución: Verifique la orientación (Ánodo/Cátodo) y asegúrese de que todas las conexiones de la placa de pruebas (breadboard) estén firmes.
  • Síntoma: El LED parpadea una vez y muere.
    • Causa: No se utilizó resistencia limitadora de corriente (el LED se quemó).
    • Solución: Reemplace el LED y asegúrese de que R1 (220 Ω) esté instalada correctamente.
  • Síntoma: El LED es muy tenue.
    • Causa: El valor de la resistencia es demasiado alto (por ejemplo, usando 10 kΩ en lugar de 220 Ω).
    • Solución: Verifique las bandas de color de la resistencia o mida R1 con un multímetro.
  • Síntoma: El multímetro lee 0 A.
    • Causa: Fusible fundido en el multímetro o selección de modo incorrecta.
    • Solución: Verifique las conexiones de las puntas de prueba (Com/mA) y asegúrese de que el dial del medidor esté configurado en Corriente CC.

Posibles mejoras y extensiones

  1. Brillo variable: Reemplace R1 con un potenciómetro de 1 kΩ en serie con una resistencia de seguridad de 100 Ω para ajustar manualmente el brillo.
  2. Múltiples colores: Cambie el LED rojo por uno azul o verde y mida el cambio en la corriente (los diferentes colores tienen diferentes voltajes directos, lo que afecta el cálculo).

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Quiz rápido

Pregunta 1: ¿Cuál es el objetivo principal de la resistencia en el circuito descrito?




Pregunta 2: ¿Qué ley fundamental de la electrónica se demuestra visualmente en este circuito?




Pregunta 3: ¿Cuál es el rango de corriente seguro típico para el LED mencionado en el texto?




Pregunta 4: ¿Qué topología de circuito se utiliza para conectar los componentes?




Pregunta 5: ¿Cómo se calcula la caída de voltaje a través de la resistencia según el texto?




Pregunta 6: ¿Cuál es una aplicación práctica mencionada para este tipo de circuito simple?




Pregunta 7: ¿Qué resultado visual se espera si el circuito funciona correctamente?




Pregunta 8: ¿Qué tipo de fuente de voltaje se utiliza en este circuito fundamental?




Pregunta 9: ¿Qué función adicional, aparte de iluminar, se menciona para los circuitos LED simples?




Pregunta 10: ¿Qué relación matemática define la Ley de Ohm aplicada en este contexto?




Carlos Núñez Zorrilla
Carlos Núñez Zorrilla
Electronics & Computer Engineer

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

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