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Calculadora de constante de tiempo RC y circuitos RLC

Constante de tiempo RC y RL y tiempo para cargar o descargar hasta cualquier porcentaje; frecuencia de resonancia, impedancia, fase, factor Q y ancho de banda de un circuito RLC en serie.

Redactado con herramientas de redacción con IAActualizado Ejemplos verificados: 7

Admite 4,7k
V
%
Porcentaje del valor final (carga) o del valor inicial (descarga)
Más opciones
Automático elige s, ms, µs o ns según el tamaño de τ
Probar
Constante de tiempo τ
s
Constante de tiempo τ: 1 s
Cifras significativas: 6; Al más cercano; empates alejándose de cero
Tiempo para llegar al nivel
2,30259s
Valor final
5V
Energía almacenada con la carga completa
0,00125J

τ = 1 s: tras un τ, la tensión del condensador ha subido al 63,2 % de 5 V, y tarda 2,303 s en llegar al 90 %. Tras 5τ queda a menos del 1 % del valor final.

Tensión del condensador durante cinco constantes de tiempo

01234012345Tiempo (s)Tensión del condensador (V)1τ: 63,2 %90 % a los 2,303 s
Cómo se calcula S
  1. Constante de tiempo

    τ=RC=(10,000)(0.0001)=1 s\tau = RC = (10{,}000)(0.0001) = 1\ \mathrm{s}
  2. Subida hacia el valor final

    x(t)=X∞(1−e−t/τ),X∞=5 Vx(t) = X_\infty\left(1 - e^{-t/\tau}\right),\quad X_\infty = 5\ \mathrm{V}
  3. Tiempo para llegar al 90 %

    t=−τln⁡(1−0.9)=2.30259 st = -\tau\ln(1 - 0.9) = 2.30259\ \mathrm{s}
  4. Energía almacenada con la carga completa

    E=12CV2=0.00125 JE = \tfrac12 CV^2 = 0.00125\ \mathrm{J}

Acerca de Calculadora de constante de tiempo RC y circuitos RLC

Un circuito RC responde con una constante de tiempo τ = RC y un circuito RL con τ = L/R: tras un τ, la tensión del condensador o la corriente del inductor ha recorrido el 63,2 % del camino hasta su valor final, y alcanzar una fracción p lleva t = −τ ln(1 − p). En un circuito RLC en serie, la calculadora obtiene la frecuencia de resonancia f₀ = 1/(2π√(LC)), la impedancia y la fase a la frecuencia de tu señal a partir de las reactancias 2πfL y 1/(2πfC), y Q = (1/R)√(L/C).

El ejemplo inicial, 10 kΩ con 100 µF y una fuente de 5 V, da τ = 1 s y 2,30 s para llegar al 90 %. Las constantes de tiempo RC fijan retardos de temporizadores, tiempos antirrebote de interruptores y frecuencias de corte de filtros, 1/(2πRC). Con 10 Ω, 10 mH y 1 µF en serie, f₀ = 1591,55 Hz y Q = 10.

Los componentes son ideales y la entrada es un escalón: sin fugas en el condensador ni más resistencia de devanado que R. Tras 5τ la respuesta queda a menos del 0,67 % de su valor final (e⁻⁵), la regla habitual para considerar el condensador «cargado del todo».

Cómo se calcula la constante de tiempo RC

La calculadora de constante de tiempo RC y circuitos RLC obtiene la constante de tiempo de un circuito RC o RL, el tiempo que tarda en llegar a un nivel dado y, en un circuito RLC en serie, la frecuencia de resonancia, la impedancia, la fase, el factor Q y el ancho de banda. La constante de tiempo RC es la resistencia por la capacidad: τ = R × C, en segundos cuando R está en ohmios y C en faradios. Con los valores iniciales, 10 kΩ y 100 µF, τ = 10 000 × 0,0001 = 1 s, y la carga hasta el 90 % de una fuente de 5 V tarda 2,303 s.

Un condensador que se carga a través de ese resistor llega al 63,2 % de la tensión de alimentación tras un τ y se considera cargado tras cinco constantes de tiempo (5 s).

Carga y descarga del condensador en cada constante de tiempo

Al cargarse desde cero, la tensión del condensador sigue V(t) = Vs(1 − e^(−t/τ)). Al descargarse desde una tensión inicial V₀, sigue V(t) = V₀ e^(−t/τ). Cada constante de tiempo cierra el 63,2 % de la distancia que queda:

  • 1τ: 63,2 % de carga, o 36,8 % restante en la descarga
  • 2τ: 86,5 % de carga, 13,5 % restante
  • 3τ: 95,0 % de carga, 5,0 % restante
  • 4τ: 98,2 % de carga, 1,8 % restante
  • 5τ: 99,3 % de carga, 0,7 % restante

La curva ideal nunca llega al 100 %, y por eso 5τ es la definición práctica de carga o descarga completa. OpenStax deduce las dos curvas.

Tiempo para llegar a un porcentaje

Despeja el tiempo en la curva, con el nivel p escrito como fracción:

  • Carga hasta p del valor final: t = −τ ln(1 − p)
  • Descarga hasta que quede p del valor inicial: t = −τ ln(p)

Cargar hasta el 90 % lleva τ ln 10 = 2,303τ, exactamente lo mismo que descargar hasta que quede el 10 %. Llegar al 99 % lleva τ ln 100 = 4,605τ, y la mitad se alcanza en τ ln 2 = 0,693τ.

Con una fuente de 5 V, el circuito de 10 kΩ y 100 µF llega a 4,5 V (90 %) a los 2,303 s y a 4,95 V (99 %) a los 4,605 s. Al cabo de un segundo está en 5 × (1 − e^(−1)) = 3,16 V; es el valor que devuelve la calculadora si introduces 1 s en «Valor en el instante».

Circuitos RL: τ = L/R

En un circuito RL es la corriente, y no una tensión, la que sube por la misma curva hacia I = V/R, con τ = L/R.

Para 100 Ω y 10 mH con 5 V, τ = 0,01 ÷ 100 = 100 µs. La corriente tiende a 50 mA, vale 19,67 mA a los 50 µs y llega al 99 % tras unos 460 µs.

La resistencia actúa en sentidos opuestos en los dos circuitos. Una R mayor hace más lento un circuito RC, porque τ = RC crece, pero acelera un circuito RL, porque τ = L/R disminuye. La resistencia del devanado de la bobina forma parte de R (OpenStax sobre circuitos RL).

Comparación de constantes de tiempo RC y RL

La primera fila es el circuito de 10 kΩ y 100 µF cargándose hasta el 90 %. La segunda descarga la misma pareja hasta que queda el 10 %. La tercera es 10 Ω con 10 mH, subiendo hasta el 90 % de su corriente final.

EscenarioConstante de tiempoTiempo hasta el objetivo
Predeterminado1 s2,30259 s
Descarga RC1 s2,30259 s
Subida RL1 ms2,30259 ms

Las tres tardan 2,30259τ, porque cargar hasta el 90 % y caer hasta el 10 % recorren las mismas nueve décimas del cambio.

Energía almacenada con la carga completa

Un condensador cargado almacena E = ½CV², y una bobina que lleva su corriente final almacena E = ½LI², con I = V/R. A 5 V, 100 µF almacenan ½ × 0,0001 × 25 = 1,25 mJ. La bobina de 10 mH a 50 mA almacena ½ × 0,01 × 0,05² = 12,5 µJ.

Frecuencia de resonancia, impedancia y fase del RLC en serie

Un circuito RLC en serie alimentado con una señal senoidal resuena a f₀ = 1/(2π√(LC)). A esa frecuencia la reactancia inductiva XL = 2πfL iguala a la capacitiva XC = 1/(2πfC), las dos se anulan y la impedancia baja a R.

A cualquier otra frecuencia, la impedancia es |Z| = √(R² + (XL − XC)²) y la fase es φ = arctan((XL − XC)/R). Para 10 Ω, 10 mH y 1 µF:

  1. f₀ = 1/(2π√(0,01 × 0,000001)) = 1591,55 Hz.
  2. A 1 kHz, XL = 62,83 Ω y XC = 159,15 Ω.
  3. |Z| = √(10² + (62,83 − 159,15)²) = 96,84 Ω, y φ = −84,07°.
  4. Una fuente de 5 V hace circular 5 ÷ 96,84 = 51,63 mA.

Por debajo de la resonancia el circuito es capacitivo: la fase es negativa y la corriente se adelanta a la tensión. A 2 kHz los mismos componentes se comportan de forma inductiva, con |Z| = 47,16 Ω y φ = +77,76°, de modo que la tensión se adelanta a la corriente. En f₀ la corriente alcanza su máximo, 5 ÷ 10 = 0,5 A.

Factor Q, ancho de banda y amortiguamiento

El factor de calidad es Q = (1/R)√(L/C), y el ancho de banda a −3 dB es f₀/Q. En el ejemplo, Q = (1/10) × √(0,01/0,000001) = 10, así que el pico tiene 159,15 Hz de ancho. R no mueve f₀; decide lo agudo que es el pico.

Los mismos componentes deciden cómo responde el circuito a un escalón. Compara α = R/(2L) con ω₀ = 1/√(LC):

  • Subamortiguado (α < ω₀, Q > 0,5): la respuesta sobrepasa el valor final y oscila.
  • Amortiguamiento crítico (α = ω₀, Q = 0,5): la estabilización más rápida sin sobrepasar el valor final. Con 10 mH y 1 µF hace falta R = 2√(L/C) = 200 Ω.
  • Sobreamortiguado (α > ω₀, Q < 0,5): una estabilización más lenta, sin sobrepaso.

HyperPhysics y OpenStax tratan la resonancia en serie con más detalle.

Frecuencia de corte de un filtro RC

La misma τ fija la frecuencia de corte a −3 dB de un filtro RC de primer orden, paso bajo o paso alto: fc = 1/(2πRC). 10 kΩ con 100 nF dan τ = 1 ms y un corte de 159,15 Hz.

Errores que alteran el resultado

  • Equivocar un prefijo. 100 nF es la milésima parte de 100 µF: 10 kΩ con 100 nF dan τ = 1 ms, no 1 s.
  • Tomar τ como carga completa. Tras un τ el condensador solo está cargado al 63,2 %; cuenta con 5τ.
  • Olvidar parte de la resistencia. R es la resistencia total del camino de carga, incluida la resistencia de salida de la fuente.
  • Mezclar valores de pico y eficaces. La corriente sale en el mismo convenio que la tensión de fuente que introduces.
  • Esperar tiempos exactos de componentes reales. La tolerancia y las fugas del condensador desplazan los retardos reales, así que mide cualquier tiempo que sea importante.

Datos que conviene revisar

  • La resistencia admite abreviaturas como 4,7k con Ω seleccionado; con kΩ seleccionado, 4,7k significa 4,7 MΩ.
  • El porcentaje objetivo es una parte del valor final en la carga, y la parte del valor inicial que aún queda en la descarga.
  • Un instante t devuelve la tensión del condensador (RC) o la corriente de la bobina (RL) ese tiempo después de la conmutación.

Calculadoras relacionadas

Reduce varios resistores o condensadores a un equivalente con la calculadora de resistores en serie y en paralelo antes de calcular τ. La calculadora de la ley de Ohm da la corriente V/R y la potencia.

Ejemplos resueltos

10 kΩ y 100 µF cargándose al 90%

Circuito
RC
Resistencia R
10
Unidad de resistencia
kΩ
Capacidad C
100
Unidad de capacidad
µF
Proceso
Carga / subida
Tensión de la fuente
5 V
Tiempo para llegar a este nivel
90%
Constante de tiempo τ
1 s
Tiempo para llegar al nivel
2,30259 s
Energía almacenada con la carga completa
0,00125 J

Fuente de comprobación: Comprobación del ejemplo: τ = 10⁴ × 10⁻⁴ = 1 s; t = τ ln 10; E = ½CV² = ½·10⁻⁴·25

Tensión del condensador tras un τ

Circuito
RC
Resistencia R
10
Unidad de resistencia
kΩ
Capacidad C
100
Unidad de capacidad
µF
Proceso
Carga / subida
Tensión de la fuente
5 V
Tiempo para llegar a este nivel
90%
Valor en el instante
1 s
Valor en el instante elegido
3,1606 V

Fuente de comprobación: Comprobación del ejemplo: 5(1 − e⁻¹) = 3.1606028

Descarga a la mitad: t = τ ln 2

Circuito
RC
Resistencia R
10
Unidad de resistencia
kΩ
Capacidad C
100
Unidad de capacidad
µF
Proceso
Descarga / caída
Tensión de la fuente
5 V
Tiempo para llegar a este nivel
50%
Tiempo para llegar al nivel
0,693147 s

Fuente de comprobación: Comprobación del ejemplo: ln 2 = 0.6931472 (τ = 1 s)

RL: 100 Ω y 10 mH

Circuito
RL
Resistencia R
100
Unidad de resistencia
Ω
Inductancia L
10
Unidad de inductancia
mH
Proceso
Carga / subida
Tensión de la fuente
5 V
Tiempo para llegar a este nivel
90%
Mostrar las horas en
s
Valor en el instante
50 µs
Constante de tiempo τ
0,0001 s
Valor final
0,05 A
Valor en el instante elegido
0,019673 A

Fuente de comprobación: Comprobación del ejemplo: τ = L/R = 10⁻⁴ s, I = 5/100, i(50 µs) = 0.05 × (1 − e^−0.5) = 0.0196735

Preguntas

¿Qué es la constante de tiempo RC?

τ = R × C, en segundos cuando R está en ohmios y C en faradios. Es el tiempo que tarda un condensador en cargarse hasta el 63,2 % (1 − e⁻¹) de la tensión de alimentación, o en descargarse hasta el 36,8 %. 10 kΩ con 100 µF dan τ = 1 s; 1 kΩ con 1 µF dan 1 ms.

¿Cuánto tarda un condensador en cargarse por completo?

Unas cinco constantes de tiempo. Tras 5τ la tensión es el 99,33 % de la de alimentación (1 − e⁻⁵), lo que en ingeniería se considera carga completa; en teoría nunca llega del todo. Llegar al 90 % lleva τ ln 10 ≈ 2,303τ y al 99 %, τ ln 100 ≈ 4,605τ, así que un circuito de 10 kΩ y 100 µF llega al 99 % en 4,6 s.

¿Cómo se calcula la frecuencia de resonancia de un circuito RLC?

f₀ = 1/(2π√(LC)), con L en henrios y C en faradios; en un circuito en serie, R no la desplaza. 10 mH con 1 µF resuenan a 1591,55 Hz, y 100 µH con 100 pF, a 1,59 MHz. En f₀ las reactancias inductiva y capacitiva son iguales y se anulan, de modo que la impedancia baja a R y la corriente alcanza su máximo.

¿Qué es el factor Q de un circuito RLC en serie?

Q = (1/R)√(L/C), el cociente entre cualquiera de las dos reactancias en resonancia y la resistencia. Fija el ancho de banda a −3 dB, Δf = f₀/Q: 10 Ω, 10 mH y 1 µF dan Q = 10 y una banda de 159 Hz alrededor de 1592 Hz. Por encima de Q = 0,5 el circuito oscila (subamortiguado); exactamente 0,5 corresponde al amortiguamiento crítico, que aquí se alcanza con R = 2√(L/C) = 200 Ω.

¿Cuál es la constante de tiempo de un circuito RL?

τ = L/R. Es el tiempo que tarda la corriente en subir al 63,2 % de su valor final V/R después de cerrar el interruptor, o en bajar al 36,8 % cuando se retira la fuente y la bobina se descarga a través de R. 10 mH con 100 Ω dan τ = 100 µs, así que con 5 V la corriente llega al 99 % de 50 mA en unos 460 µs.

Acerca de esta calculadora

τRC=RC, τRL=LR,v(t)=V(1−e−t/τ);f0=12πLC, ∣Z∣=R2+(XL−XC)2, Q=1RLC\tau_{RC} = RC,\ \tau_{RL} = \frac{L}{R},\quad v(t) = V(1 - e^{-t/\tau});\qquad f_0 = \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}},\ |Z| = \sqrt{R^2 + (X_L - X_C)^2},\ Q = \frac1R\sqrt{\frac{L}{C}}

Fuentes

  1. OpenStax University Physics Volume 2, §10.5 RC circuits; §14.4 RL circuits; §15.3 RLC series circuits with AC
  2. HyperPhysics — Series RLC resonance and Q

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