Taller capacitores

01 · Punto de partida

Tres montajes, un veredicto por cada uno

Temas 10–11 dieron tipos y sombras. Hoy se montan tres aplicaciones con criterio de selección, E12/nominales y medición: desacople de 100 nF, filtro/temporizador RC de τ = 1 s y reserva electrolítica dimensionada. Si las tres cierran, el bloque capacitores está aprobado.

Lista de trabajo: X7R 100 nF ×5, electrolíticos 100 µF/25 V y 1000 µF/25 V, R 10k metal, cronómetro y multímetro en V⎓ y V〜.

• ¿Dónde va el desacople y cómo sé que trabaja?
• ¿Cómo monto un RC de 1 s y lo verifico?
• ¿Cuánta reserva necesita mi fuente?
• ¿Qué anoto en cada dictamen?

02 · Desacople

100 nF pegado al chip

Diseño: cerámico X7R 100 nF/50 V entre + y GND lo más cerca posible de cada integrado, más electrolítico 47–100 µF por zona de placa. Verificación sin osciloscopio: rizado en modo AC antes/después (debe bajar), ausencia de resets raros, y temperatura ambiente del electrolítico.

03 · Filtro RC de 1 s

Suavizado visible con cronómetro

Diseño: R 10k metal + C 100 µF (τ = 1 s, 5τ = 5 s). Montaje: fuente → R → nodo → C a GND; multímetro en el nodo. Prueba: conectar 9 V y anotar Vc a 0/1/2/5τ (0 / 5,7 / 7,8 / 8,9 V); desconectar fuente y ver la descarga sobre R.

Si la curva llega antes (τ menor): C real menor (tolerancia −20 % o vejez) o R menor. Medir R sin pila dirime (curso 2, Tema 6).

04 · Reserva dimensionada

Cuántos µF para mi rizado

Regla aproximada (rectificador onda completa, 50 Hz): C ≈ I / (100 × ΔV). Para 200 mA con rizado 2 V: C ≈ 0,2/200 = 1000 µF/25 V. Verificación: medir rizado AC en bornes (≈ 2 V) y temperatura tras 10 minutos.

Si el rizado duplica

C a la mitad de lo calculado (tolerancia −20 % + vejez) o ESR alta: subir a 2200 µF o paralelo de 2× 1000.

Si calienta

Ripple excesivo para su ESR: pasar a low-ESR 105 °C (Tema 11) antes que a más µF.

Nominal con margen

25 V para 9–12 V de trabajo (regla 2×). Picos de red mediante: 35 V si hay dudas.

Polaridad siempre

Franja al −/GND, verificada antes de energizar. Un electrolítico al revés arruina el taller (y el día).

05 · Taller en código

Predicciones de las tres apps

τ, rizado estimado y tabla de curva RC en un bloque:

import math

def taller_rc(vs=9.0, r_ohm=10000, c_uF=100):
    tau = r_ohm * c_uF * 1e-6
    print(f"tau={tau:.1f}s 5tau={5*tau:.0f}s")
    for n in [0, 1, 2, 5]:
        print(f"  {n}tau: Vc={vs*(1-math.exp(-n)):.1f}V")


def reserva(i_a, rizado_v):
    # C ≈ I/(100*ΔV) para 50 Hz onda completa
    c_uF = i_a / (100 * rizado_v) * 1e6
    print(f"Reserva: {c_uF:.0f} uF (E12: elegir mayor cercano)")


taller_rc()
reserva(0.2, 2.0)

Probá taller_rc(5, 4700, 470): ¿τ? ¿Vc a 2τ? ¿Medible a ojo?

Comparador de reservas honesto

Suficiencia (µF) y calor (ESR) por separado: las dos tienen que dar verde.

def comparar_reserva(i_a, rizado_v):
    nec = i_a / (100 * rizado_v) * 1e6
    print(f"Necesarios: {nec:.0f} uF")
    for nombre, c, esr in [("1x1000u comun", 1000, 0.3),
                           ("2x470u low-ESR", 940, 0.025),
                           ("3x1000u comun", 3000, 0.1)]:
        p = i_a**2 * esr
        ok_c = "µF-OK" if c >= nec else "µF-CORTO"
        ok_p = "frio" if p < 0.125 else "CALIENTE"
        print(f"  {nombre}: {ok_c} + {p*1000:.0f}mW {ok_p}")


comparar_reserva(0.5, 2.0)

06 · Analogía programador

Capas de caché en hardware

1. 1
   Desacople = L1.

   Pequeño, pegado al consumidor, atiende picos. Sin él, stalls (resets) aleatorios.

2. 2
   Reserva = buffer.

   Dimensionada por throughput y tolerancia de rizado: backpressure calculado.

3. 3
   Curva = traza.

   Muestrear Vc en 0/1/2/5τ es trazar la función: 4 puntos bastan para validarla.

07 · Exploración

Laboratorio: guía de las 3 apps

Elegí la aplicación: el laboratorio da diseño, medición esperada y criterio de aprobado para tu taller.

Preguntas para explorar

1. ¿Por qué el desacople se verifica por ausencia (sin resets) y no por número?
2. ¿Qué dos números validan el RC de 1 s?
3. ¿Qué decide entre 1000 µF común y 2× 470 low-ESR?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de taller

Ejercicio 1: curva real vs tabla

Montá RC 10k/100 µF a 9 V y anotá Vc a 0/1/2/5τ. Compará con taller_rc(). ¿Error? ¿Causa probable?

Ejercicio 2: reserva con números

Con reserva(0.2, 2.0): ¿µF? Elegí E12 + nominal 25 V y justificá ESR (común vs low-ESR a 200 mA).

Ejercicio 3: cazar al culpable

Placa con resets aleatorios y electrolítico tibio. Aplicá el método: ¿qué medís primero? ¿Qué concluís?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Capacitores aplicados de punta a punta. Ahora, los magnéticos: en el próximo tema, inductores, núcleo y saturación.