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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁSede - Azuero
Facultad de Ingeniería EléctricaIngeniería Electromecánica
I Semestre
Grupo 7IE121Asignatura:
Esquemas Eléctricos y Electrónicos
LABORATORIO # 1“Introducción al Circuit Maker”
Integrantes:Hilary Cedeño 6-719-1948Yarielka Díaz 6-719-694Luis Núñez 7-703-2027
Profesora: Yeika de Muñoz.
2016
“Introducción al Circuit Maker”
INTRODUCCIÓN
Circuit Maker es un simulador de circuitos electrónicos analógicos y digitales, este nos
facilita el diseño de circuitos tantos digitales como analógicos lo que nos ahorra tiempo y
dinero en la elaboración de los mismos. Este simulador está orientado al trabajo con
elementos discretos, disponibles en catálogos comerciales de circuitos electrónicos, más
que al diseño de circuitos integrados. Su mayor potencia radica en la inclusión de modelos
de un gran número de estos dispositivos, la descripción mediante esquemas de estos
elementos permite un sencillo método de representación gráfica de circuitos electrónicos.
Además, lo que interesa en este tipo de simulación es estudiar que el funcionamiento es
correcto desde el punto de vista lógico, por lo que las magnitudes de tipo eléctrico no son
especialmente relevantes. Circuit-Maker es muy práctico y sencillo de utilizar, cuenta con
un menú en su interfaz muy amigable y de fácil acceso a las distintas opciones requeridas
para el circuito que estamos elaborando. En este informe se hace referencia a algunas de
estas características de Circuit Maker que van a ser necesarias para el desarrollo de
prácticas futuras.
Por otro lado, está la versión circuit-maker 2000, esta versión tiene todas las funciones
avanzadas que nos permiten desarrollar proyectos ya a nivel profesional, nos permite
modelar y hacer prototipos de diseños con la integración de entradas esquemáticas,
simulación de mezcla de señal y diseño PCB, edición y autoruteo.
Para los que no conocen que es un PCB (printed circuit board), es un medio para sostener
mecánicamente y conectar eléctricamente componentes electrónicos, a través de rutas o
pistas de material conductor, grabados en hojas de cobre laminadas sobre un sustrato no
conductor, comúnmente baquelita o fibra de vidrio.
CARGA Y DESCARGA DE UN CAPACITOR
El capacitor es un dispositivo que almacena energía en un campo electrostático. Una lámpara de destello o de luz relámpago, por ejemplo, requiere una breve emisión de energía eléctrica, un poco mayor de lo que generalmente puede proporcionar una batería. Podemos sacar energía con relativa lentitud (más de varios segundos) de la batería al
capacitor, el cual libera rápidamente (en cuestión de milisegundos) la energía que pasa al foco. Otros capacitores mucho más grandes se emplean para proveer intensas pulsaciones de láser con el fin de inducir una fusión termonuclear en pequeñas bolitas de hidrógeno.
Los capacitores se usan también para producir campos eléctricos como es el caso del dispositivo de placas paralelas que desvía los haces de partículas cargadas. Los capacitores tienen otras funciones importantes en los circuitos electrónicos, especialmente para voltajes y corrientes variables con el tiempo.
La propiedad para almacenar energía eléctrica es una característica importante del dispositivo eléctrico llamado Capacitor. Se dice que un capacitor está cargado, o sea cuando el capacitor almacena energía, cuando existe carga eléctrica en sus placas o cuando existe una diferencia de potencial entre ellas. La forma más común para almacenar energía en un capacitor es cargar uno mediante una fuente de fuerza electromotriz fem; de ésta forma y después de un tiempo relativamente corto, el capacitor adquiere una carga eléctrica Qo y por lo mismo tendrá una diferencia de potencial Vo entre sus placas.
Carga de un condensadorCuando se conecta un capacitor descargado a dos puntos que se encuentran a potenciales distintos, el capacitor no se carga instantáneamente sino que adquiere cierta carga por unidad de tiempo, que depende de su capacidad y de la resistencia del circuito. Considérese el circuito en serie de la figura. Inicialmente el condensador está descargado. Si se cierra el interruptor I la carga empieza a fluir produciendo corriente en el circuito, el condensador se empieza a cargar. Una vez que el condensador adquiere la carga máxima, la corriente cesa en el circuito.
En el circuito de la figura tendremos que la suma
Vab+Vbc+Vca=0
El extremo a tiene un potencial mayor que el extremo b de la resistencia R ya que la corriente fluye de a a b. De acuerdo a la ley de Ohm Vab=iR
La placa positiva del condensador b tiene mayor potencial que la placa negativa c, de modo que Vbc=q/C.
El terminal positivo de la batería a tiene mayor potencial que el terminal negativo c, de modo que Vca=-Ve , donde Vees la fem de la batería
La ecuación del circuito es: iR+q/C-Ve =0
La carga tiende hacia un valor máximo C·Ve al cabo de un cierto tiempo, teóricamente infinito.
La intensidad disminuye exponencialmente con el tiempo, hasta que se hace cero cuando el condensador adquiere la carga máxima.
La cantidad RC que aparece en el denominador de t se denomina constante de tiempo del circuito. Este representa el tiempo que tomará a la corriente para de crecer hasta 1/e de su valor inicial.
Un tubo-capilar alimentado por un flujo constante producido por un frasco de Mariotte es la analogía hidráulica de la carga de un condensador.
Descarga de un condensador
Consideremos ahora el circuito que consta de un condensador, inicialmente cargado con carga Q, y una resistencia R, y se cierra el interruptor I.
La ecuación del circuito será la siguiente.
Vab+Vba=0
Como la corriente va de a hacia b, el potencial de a es más alto que el potencial de b. Por la ley de Ohm Vab=iR.
En el condensador la placa positiva a tiene más potencial que la negativa b, de modo que Vba=-q/C.
La ecuación del circuito es
iR-q/C=0
La carga del condensador disminuye exponencialmente con el tiempo.
La descarga tubo-capilar es la analogía hidráulica de la descarga del condensador.
¿Cómo convertir el voltaje de valor pico a voltaje RMS y viceversa y que significa RMS
en valor fijo?
La corriente alterna y los voltajes (cuando son alternos) se expresan de forma común por
su valor efectivo o RMS (Root Mean Square-Raíz Media Cuadrática). Cuando se dice
que en nuestras casas tenemos 120 o 220 voltios, esto son valores RMS o eficaces.
Un valor RMS de una corriente es el valor que produce el mismo efecto de disipación de
calor que si equivalente de voltaje o corriente directa. Ejemplo: 1 amperio de corriente
alterna produce el mismo efecto térmico que 1 amperio de corriente directa al circular por
el mismo, por esta razón se utiliza el término efectivo. El valor efectivo de una onda
alterna se obtiene multiplicando su valor máximo por 0.707 entonces VRMS = VPICO x
0.707
Ejemplo: encontrar el voltaje RMS de una señal con VPICO = 130 voltios; VRMS = 130
voltios x 0.707=91.9 voltios RMS.
Valor Pico: si se tiene un voltaje RMS y se desea encontrar el valor pico de voltaje, VPICO
= VRMS / 0.707
Ejemplo: encontrar el voltaje pico de un voltaje RMS de 120 voltios.
VPICO = 120V/ 0.707 =169.7 voltios pico.
Valor Promedio: El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es 0. Si se
toma en cuenta solo un semi-ciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es VPR =
VPICO x 0.636
La relación que existe entre los valores RMS y Promedio es: VRMS = VPR x 1.11
VPR = VRMS x 0.90
Valores Dados Máximo(Pico) RMS Promedio
Máximo 0.70 x VPICO 0.636 x VPICO
RMS 1.41 x VRMS 0.90 x VRMS
Promedio 1.57 x Promedio 1.11 x Promedio
Si analizamos la onda de corriente, el valor de la corriente cambia constantemente
siguiendo el comportamiento sinusoidal. Por lo tanto, ¿Cómo podemos comparar una
+
corriente directa de 5A DC, con una corriente alterna que cambia constantemente de
valor?
La respuesta es por sus efectos caloríficos y por ellos se creó el concepto de valor eficaz.
PROCEDIMIENTO
Implementar un circuito que simule la carga y descarga de un capacitor.
Para desarrollar esta experiencia utilizaremos los siguientes
Dispositivos:
o Resistor
o Capacitor
o Generador de señales
o Conexión a tierra (ground)
1. En el menú de opciones localice el elemento Resistor, y agréguelo a la
ventana de dibujo utilizando los procedimientos vistos en clases. (Si tiene su
Hotkey configurado para este y otros elementos también puede aplicar esta
herramienta)
2. Para ingresar el segundo elemento, localice en el menú de opciones el elemento
Polar Capacitor y agréguelo a la ventana de dibujo. Antes de dar clic para
colocar el elemento, debemos rotar el elemento 90 grados (esto lo hacemos con
Ctrl + R, con la barra de herramientas y el ícono Rotate o con el botón derecho
del mouse).
3. Localice en Instruments el dispositivo Signal Gen y agréguelo a la ventana de dibujo.
4. Ingrese el elemento Ground, ubicado en Sources y agréguelo a la ventana de dibujo.
5. Ubique cada elemento siguiente del diagrama para realizar las conexiones necesarias
6. En este punto del circuito ya tenemos todos los elementos, lo que sigue es
unirlos o alambrarlos.
7. Asigne los parámetros y valores a los elementos, según la siguiente tabla.
ELEMENTO DESIGNACIÒN VALOR
Resistor R 0.5Kohms
Capacitor C 500nF
Generador de Señales V 500mV (pico a pico)
Observe que el generador de señales presenta una onda senoidal en la representación del cto.
Desarrolle:
• Esquematice el circuito en el cual se debe visualizar las designaciones y
valores sugeridos en este procedimiento. Además coloque en dicho circuito el
título del mismo “Carga y descarga de un capacitor”.
• Simule el circuito resultante activando en la barra de herramientas el
elemento de simulación.
• Genere un gráfico que muestre el voltaje antes y después del resistor (esto se
obtiene colocando dos puntos de prueba de voltaje A y B). Con este gráfico,
¿Puede usted decir si dichos voltajes son o no iguales?
• Utilice el procedimiento anterior para generar ahora un gráfico que muestre la
corriente antes y después del resistor. Con este gráfico, ¿Puede usted decir si
dichas corrientes son o no iguales?
• Guarde el circuito simulado con el nombre de “Onda Senoidal”
8. Reemplacemos ahora los valores de los elementos del circuito.
ELEMENTO DESIGNACIÒN VALOR
Resistor R 1Kohms
Capacitor C 1uF
9. Para el generador de señales: Haga doble clic sobre él y cambiemos la forma de onda
haciendo clic en wave y luego escogiendo la opción pulse asignamos los nuevos valores
requeridos a este elemento. Por ejemplo a Initial Amplitude le asignamos 0 V, a
Pulse Amplitud le asignamos 10V, a period (= 1/frec) le asignamos 10mS, a Pulse
Widh le asignamos 5mS, a Rise Time, Fall Time y los demás parámetros les dejamos los
valores por defecto.
10. Ahora damos clic en el ícono Analyses Setup localizado en la barra de herramientas y
deshabilitamos la casilla Always set defaults for transient and OP analices luego
hacemos clic en el ícono Transient/Fourier. En el menú Transient and Fourier
Analyses Setup en la casilla Stop Time le asignamos 20mS que es el doble del tiempo
asignado al generador del circuito que estamos analizando, la razón es que queremos
visualizar por lo menos dos períodos completos de la señal, a las demás casillas les
dejamos los datos por defecto.
Observación: Es importante anotar que el tiempo asignado en la casilla Stop Time no
debe ser inferior al tiempo asignado por el generador en la casilla Period (=1/frec).
Desarrolle:
• Esquematice el circuito en el cual se debe visualizar las designaciones y
valores sugeridos en este procedimiento. Además coloque en dicho circuito el
título del mismo “Carga y descarga de un capacitor”
• Simule el circuito resultante activando en la barra de herramientas el
elemento de simulación.
• Genere un gráfico que muestre el voltaje antes y después del resistor (esto se
obtiene colocando dos puntos de prueba de voltaje A y B).
• Guarde el circuito simulado con el nombre de “Onda Cuadrada”
CONCLUSION
Después de haber realizado este informe hemos concluido las siguientes ideas:Al observar las gráficas podemos observar que el voltaje del no varía instantáneamente sino que a medida que pasa el tiempo sube de 0 voltios hasta el voltaje de la fuente. Luis Nunez.
BIBLIOGRAFÍA
1. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/rc/rc.htm
2. http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/basicas/fisica2/files/CARGA_Y_DESCARGA_DE_UN_CAPACITOR.pdf
UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMÁSede - Azuero
Facultad de Ingeniería EléctricaIngeniería Electromecánica
I Semestre
Grupo 7IE121Asignatura:
Esquemas Eléctricos y Electrónicos
LABORATORIO # 1“Implementar un Circuito Electrónico que incluya la
aplicación de un transitor”
Integrantes:Hilary Cedeño 6-719-1948Yarielka Díaz 6-719-694Luis Núñez 7-703-2027
Profesora: Yeika de Muñoz.
2016
“Implementar un Circuito Electrónico que incluya la aplicación de un transitor”
INTRODUCCIÓN
El transistor es un dispositivo electrónico semiconductor que cumple funciones de amplificador, oscilador, conmutador o rectificador. El término "transistor" es la contracción en inglés de transfer resistor ("resistencia de transferencia"). Los transistores son unos elementos que han facilitado, en gran medida, el diseño de circuitos electrónicos de reducido tamaño, gran versatilidad y facilidad de control.Vienen a sustituir a las antiguas válvulas termoiónicas de hace unas décadas. Gracias a ellos fue posible la construcción de receptores de radio portátiles llamados comúnmente "transistores", televisores que se encendían en un par de segundos, televisores en color... Antes de aparecer los transistores, los aparatos a válvulas tenían que trabajar con tensiones bastante altas, tardaban más de 30 segundos en empezar a funcionar, y en ningún caso podían funcionar a pilas, debido al gran consumo que tenían.
CARGA Y DESCARGA DE UN CAPACITOR
El capacitor es un dispositivo que almacena energía en un campo electrostático. Una lámpara de destello o de luz relámpago, por ejemplo, requiere una breve emisión de energía eléctrica, un poco mayor de lo que generalmente puede proporcionar una batería. Podemos sacar energía con relativa lentitud (más de varios segundos) de la batería al capacitor, el cual libera rápidamente (en cuestión de milisegundos) la energía que pasa al foco. Otros capacitores mucho más grandes se emplean para proveer intensas pulsaciones de láser con el fin de inducir una fusión termonuclear en pequeñas bolitas de hidrógeno.
Los capacitores se usan también para producir campos eléctricos como es el caso del dispositivo de placas paralelas que desvía los haces de partículas cargadas. Los capacitores tienen otras funciones importantes en los circuitos electrónicos, especialmente para voltajes y corrientes variables con el tiempo.
La propiedad para almacenar energía eléctrica es una característica importante del dispositivo eléctrico llamado Capacitor. Se dice que un capacitor está cargado, o sea cuando el capacitor almacena energía, cuando existe carga eléctrica en sus placas o cuando existe una diferencia de potencial entre ellas. La forma más común para almacenar energía en un capacitor es cargar uno mediante una fuente de fuerza electromotriz fem; de ésta forma y después de un tiempo relativamente corto, el capacitor adquiere una carga eléctrica Qo y por lo mismo tendrá una diferencia de potencial Vo entre sus placas.
Carga de un condensador
Cuando se conecta un capacitor descargado a dos puntos que se encuentran a potenciales distintos, el capacitor no se carga instantáneamente sino que adquiere cierta carga por unidad de tiempo, que depende de su capacidad y de la resistencia del circuito. Considérese el circuito en serie de la figura. Inicialmente el condensador está descargado. Si se cierra el interruptor I la carga empieza a fluir produciendo corriente en el circuito, el condensador se empieza a cargar. Una vez que el condensador adquiere la carga máxima, la corriente cesa en el circuito.
En el circuito de la figura tendremos que la suma
Vab+Vbc+Vca=0
El extremo a tiene un potencial mayor que el extremo b de la resistencia R ya que la corriente fluye de a a b. De acuerdo a la ley de Ohm Vab=iR
La placa positiva del condensador b tiene mayor potencial que la placa negativa c, de modo que Vbc=q/C.
El terminal positivo de la batería a tiene mayor potencial que el terminal negativo c, de modo que Vca=-Ve , donde Vees la fem de la batería
La ecuación del circuito es: iR+q/C-Ve =0
La carga tiende hacia un valor máximo C·Ve al cabo de un cierto tiempo, teóricamente infinito.
La intensidad disminuye exponencialmente con el tiempo, hasta que se hace cero cuando el condensador adquiere la carga máxima.
La cantidad RC que aparece en el denominador de t se denomina constante de tiempo del circuito. Este representa el tiempo que tomará a la corriente para de crecer hasta 1/e de su valor inicial.
Un tubo-capilar alimentado por un flujo constante producido por un frasco de Mariotte es la analogía hidráulica de la carga de un condensador.
Descarga de un condensador
Consideremos ahora el circuito que consta de un condensador, inicialmente cargado con carga Q, y una resistencia R, y se cierra el interruptor I.
La ecuación del circuito será la siguiente.
Vab+Vba=0
Como la corriente va de a hacia b, el potencial de a es más alto que el potencial de b. Por la ley de Ohm Vab=iR.
En el condensador la placa positiva a tiene más potencial que la negativa b, de modo que Vba=-q/C.
La ecuación del circuito es
iR-q/C=0
La carga del condensador disminuye exponencialmente con el tiempo.
La descarga tubo-capilar es la analogía hidráulica de la descarga del condensador.
¿Cómo convertir el voltaje de valor pico a voltaje RMS y viceversa y que significa RMS
en valor fijo?
La corriente alterna y los voltajes (cuando son alternos) se expresan de forma común por
su valor efectivo o RMS (Root Mean Square-Raíz Media Cuadrática). Cuando se dice
que en nuestras casas tenemos 120 o 220 voltios, esto son valores RMS o eficaces.
Un valor RMS de una corriente es el valor que produce el mismo efecto de disipación de
calor que si equivalente de voltaje o corriente directa. Ejemplo: 1 amperio de corriente
alterna produce el mismo efecto térmico que 1 amperio de corriente directa al circular por
el mismo, por esta razón se utiliza el término efectivo. El valor efectivo de una onda
alterna se obtiene multiplicando su valor máximo por 0.707 entonces VRMS = VPICO x
0.707
Ejemplo: encontrar el voltaje RMS de una señal con VPICO = 130 voltios; VRMS = 130
voltios x 0.707=91.9 voltios RMS.
Valor Pico: si se tiene un voltaje RMS y se desea encontrar el valor pico de voltaje, VPICO
= VRMS / 0.707
Ejemplo: encontrar el voltaje pico de un voltaje RMS de 120 voltios.
VPICO = 120V/ 0.707 =169.7 voltios pico.
Valor Promedio: El valor promedio de un ciclo completo de voltaje o corriente es 0. Si se
toma en cuenta solo un semi-ciclo (supongamos el positivo) el valor promedio es VPR =
VPICO x 0.636
La relación que existe entre los valores RMS y Promedio es: VRMS = VPR x 1.11
VPR = VRMS x 0.90
Valores Dados Máximo(Pico) RMS Promedio
Máximo 0.70 x VPICO 0.636 x VPICO
RMS 1.41 x VRMS 0.90 x VRMS
Promedio 1.57 x Promedio 1.11 x Promedio
Si analizamos la onda de corriente, el valor de la corriente cambia constantemente
siguiendo el comportamiento sinusoidal. Por lo tanto, ¿Cómo podemos comparar una
corriente directa de 5A DC, con una corriente alterna que cambia constantemente de
valor?
La respuesta es por sus efectos caloríficos y por ellos se creó el concepto de valor eficaz.
PROCEDIMIENTO
Implementar un circuito que simule la carga y descarga de un capacitor.
Para desarrollar esta experiencia utilizaremos los siguientes
Dispositivos:
o Resistor
o Capacitor
o Generador de señales
o Conexión a tierra (ground)
1. En el menú de opciones localice el elemento Resistor, y agréguelo a la
ventana de dibujo utilizando los procedimientos vistos en clases. (Si tiene su
+
Hotkey configurado para este y otros elementos también puede aplicar esta
herramienta)
2. Para ingresar el segundo elemento, localice en el menú de opciones el elemento
Polar Capacitor y agréguelo a la ventana de dibujo. Antes de dar clic para
colocar el elemento, debemos rotar el elemento 90 grados (esto lo hacemos con
Ctrl + R, con la barra de herramientas y el ícono Rotate o con el botón derecho
del mouse).
3. Localice en Instruments el dispositivo Signal Gen y agréguelo a la ventana de dibujo.
4. Ingrese el elemento Ground, ubicado en Sources y agréguelo a la ventana de dibujo.
5. Ubique cada elemento siguiente del diagrama para realizar las conexiones necesarias
6. En este punto del
circuito ya tenemos todos
los elementos, lo que sigue es unirlos o alambrarlos.
7. Asigne los parámetros y valores a los elementos, según la siguiente tabla.
ELEMENTO DESIGNACIÒN VALOR
Resistor R 0.5Kohms
Capacitor C 500nF
Generador de Señales V 500mV (pico a pico)
Observe que el generador de señales presenta una onda senoidal en la representación del cto.
Desarrolle:
• Esquematice el circuito en el cual se debe visualizar las designaciones y
valores sugeridos en este procedimiento. Además coloque en dicho circuito el
título del mismo “Carga y descarga de un capacitor”.
• Simule el circuito resultante activando en la barra de herramientas el
elemento de simulación.
• Genere un gráfico que muestre el voltaje antes y después del resistor (esto se
obtiene colocando dos puntos de prueba de voltaje A y B). Con este gráfico,
¿Puede usted decir si dichos voltajes son o no iguales?
• Utilice el procedimiento anterior para generar ahora un gráfico que muestre la
corriente antes y después del resistor. Con este gráfico, ¿Puede usted decir si
dichas corrientes son o no iguales?
• Guarde el circuito simulado con el nombre de “Onda Senoidal”
8. Reemplacemos ahora los valores de los elementos del circuito.
ELEMENTO DESIGNACIÒN VALOR
Resistor R 1Kohms
Capacitor C 1uF
9. Para el generador de señales: Haga doble clic sobre él y cambiemos la forma de onda
haciendo clic en wave y luego escogiendo la opción pulse asignamos los nuevos valores
requeridos a este elemento. Por ejemplo a Initial Amplitude le asignamos 0 V, a
Pulse Amplitud le asignamos 10V, a period (= 1/frec) le asignamos 10mS, a Pulse
Widh le asignamos 5mS, a Rise Time, Fall Time y los demás parámetros les dejamos los
valores por defecto.
10. Ahora damos clic en el ícono Analyses Setup localizado en la barra de herramientas y
deshabilitamos la casilla Always set defaults for transient and OP analices luego
hacemos clic en el ícono Transient/Fourier. En el menú Transient and Fourier
Analyses Setup en la casilla Stop Time le asignamos 20mS que es el doble del tiempo
asignado al generador del circuito que estamos analizando, la razón es que queremos
visualizar por lo menos dos períodos completos de la señal, a las demás casillas les
dejamos los datos por defecto.
Observación: Es importante anotar que el tiempo asignado en la casilla Stop Time no
debe ser inferior al tiempo asignado por el generador en la casilla Period (=1/frec).
Desarrolle:
• Esquematice el circuito en el cual se debe visualizar las designaciones y
valores sugeridos en este procedimiento. Además coloque en dicho circuito el
título del mismo “Carga y descarga de un capacitor”
• Simule el circuito resultante activando en la barra de herramientas el
elemento de simulación.
• Genere un gráfico que muestre el voltaje antes y después del resistor (esto se
obtiene colocando dos puntos de prueba de voltaje A y B).
• Guarde el circuito simulado con el nombre de “Onda Cuadrada”
CONCLUSION
Después de haber realizado este informe hemos concluido las siguientes ideas:Al observar las gráficas podemos observar que el voltaje del no varía instantáneamente sino que a medida que pasa el tiempo sube de 0 voltios hasta el voltaje de la fuente. Luis Nunez.
BIBLIOGRAFÍA
1. http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/elecmagnet/campo_electrico/rc/rc.htm
2. http://www.frro.utn.edu.ar/repositorio/catedras/basicas/fisica2/files/CARGA_Y_DESCARGA_DE_UN_CAPACITOR.pdf