Experimento: Medición de la constante de tiempo en un circuito RC utilizando un osciloscopio

Materiales:

• Fuente de voltaje continua ajustable
• Resistencia de valor conocido (por ejemplo, 1 kΩ)
• Condensador de valor conocido (por ejemplo, 1 μF)
• Osciloscopio
• Cables de conexión
• Protoboard (opcional)

Procedimiento:

1. Armado del circuito:
   • Conecta la fuente de voltaje, la resistencia y el condensador en serie en un protoboard o utilizando cables de conexión.
   • Conecta uno de los canales del osciloscopio a través de una sonda a los extremos de la resistencia. El otro canal se puede conectar a la fuente de voltaje para referencia.
2. Configuración del osciloscopio:
   • Ajusta la escala de tiempo y voltaje del osciloscopio para obtener una visualización clara de la señal.
   • Asegúrate de que la entrada del osciloscopio esté configurada para voltaje continuo.
3. Carga del condensador:
   • Aplica un voltaje constante a través del circuito.
   • Observa en el osciloscopio cómo aumenta la tensión en el condensador hasta alcanzar el valor de la fuente de voltaje.
   • Mide el tiempo que tarda el condensador en cargarse al 63.2% de la tensión de la fuente. Este tiempo corresponde a una constante de tiempo (τ).
4. Descarga del condensador:
   • Retira la fuente de voltaje y cortocircuita el condensador a través de una resistencia de alto valor para descargarlo de manera segura.
   • Observa cómo disminuye la tensión en el condensador exponencialmente.
   • Mide el tiempo que tarda el condensador en descargarse al 36.8% de su tensión inicial. Este tiempo también corresponde a una constante de tiempo (τ).
5. Repetir el experimento:
   • Varía el valor de la resistencia o del condensador y repite las mediciones para observar cómo cambia la constante de tiempo.

Análisis de datos:

• Cálculo de la constante de tiempo: Utiliza la fórmula τ = RC para calcular la constante de tiempo teórica y compárala con los valores medidos en el osciloscopio.
• Representación gráfica: Grafica la tensión en el condensador en función del tiempo para ambas fases (carga y descarga). Ajusta una curva exponencial a los datos para obtener una mejor estimación de la constante de tiempo.
• Discusión: Analiza los resultados obtenidos y discute las posibles fuentes de error.

Ampliaciones:

• Circuito RC en serie con una inductancia: Analiza la respuesta en frecuencia de un circuito RLC.
• Simulación por computadora: Utiliza software de simulación como LTspice o PSpice para modelar el circuito y comparar los resultados con los obtenidos experimentalmente.
• Aplicación en filtros: Diseña un filtro pasabajos o pasaltas utilizando un circuito RC y analiza su respuesta en frecuencia.

Consideraciones adicionales:

• Seguridad: Asegúrate de trabajar con voltajes seguros y de desconectar la fuente de alimentación cuando realices modificaciones en el circuito.
• Precisión: La precisión de las mediciones dependerá de la calidad de los componentes y del osciloscopio utilizado.
• Interpretación de datos: Es importante comprender el significado físico de la constante de tiempo y cómo se relaciona con las características del circuito.