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CR · Análisis DC

El puente de Wheatstone y el equilibrio

Captar el momento en que dos tensiones se igualan es mucho más preciso que medir una tensión directamente. En esta unidad verás el principio de equilibrio del puente, que usa cuatro resistencias para crear ese momento y medir una resistencia desconocida.

Lleva el detector a 0

La figura es un puente de cuatro resistencias unidas en rombo, y la G del centro es el detector que mide la tensión entre los dos puntos medios. Al cambiar la resistencia patrón R_3 cambia la diferencia de potencial entre los puntos medios izquierdo y derecho; en el momento en que los dos potenciales se igualan, el detector marca exactamente 0. Busca ese punto de equilibrio.

Resistencia patrón R_3R_3 = 60 Ω
Tensión del detector y lectura
V_d = -1.67 V · R_x = 120 Ω
Desequilibrado

Un puente son dos divisores enfrentados

Un puente son dos divisores de tensión puestos uno junto a otro sobre la misma fuente. El divisor izquierdo (R_1 y R_2) fija un potencial en el punto medio A, y el derecho (R_3 y R_x), otro en el punto medio C. El detector mira la tensión entre los dos puntos medios A y C: si los potenciales difieren, circula corriente por el detector, y si son iguales, no circula.

El equilibrio es cuando las razones opuestas coinciden

El potencial del punto medio A es proporcional a R_2/(R_1+R_2), y el del punto medio C, a R_x/(R_3+R_x). Al igualarlos y reordenar se obtiene R_1/R_2 = R_3/R_x, es decir, R_1·R_x = R_2·R_3. Esa única línea, productos cruzados iguales, es la condición de equilibrio, y curiosamente la tensión de la fuente no aparece por ningún lado. Aunque la fuente oscile, el punto de equilibrio no se mueve.

Por eso mide con precisión una resistencia desconocida

Si se despeja la resistencia desconocida en la condición de equilibrio, queda R_x = R_3·(R_2/R_1). Con un cociente R_2/R_1 conocido con precisión y una resistencia patrón R_3 de escala exacta, R_x se lee directamente del valor de R_3 en el momento en que el detector marca 0. En esta figura R_1 = 100 Ω y R_2 = 200 Ω, y la R_x oculta vale 300 Ω, así que el puente se equilibra en R_3 = 150 Ω. Como capta el momento del 0 en lugar de medir una magnitud, el método no se ve afectado por los errores de escala del instrumento y es muy preciso.

ObservaVd = VA − VC
El detector ve la diferencia de potencial entre los dos puntos medios.
EligeR1·Rx = R2·R3 → Vd = ?
En equilibrio el detector marca 0.
CompletaR1R2 = ?
Los dos cocientes enfrentados son iguales.
Por tu cuentaRx = R3 ?
Multiplica el patrón por la razón.

De vuelta a la primera pantalla

Al cambiar la resistencia patrón, la tensión del detector partió con un signo, cruzó el 0 y pasó al signo contrario, y el punto en que marcó exactamente 0 era el equilibrio. En ese momento se cumplía R_1·R_x = R_2·R_3, y la resistencia desconocida se podía leer directamente en la escala de la resistencia patrón. La idea de captar el momento del 0 en lugar de medir un valor es lo que convierte al puente en un instrumento de medida precisa.

El puente de Wheatstone une cuatro resistencias en rombo y coloca un detector entre los dos puntos medios. La condición de equilibrio se da cuando los dos cocientes enfrentados son iguales, R1/R2 = R3/Rx (R1·Rx = R2·R3), y entonces la tensión del detector es 0. El equilibrio no depende de la tensión de la fuente. La resistencia desconocida se obtiene con Rx = R3·(R2/R1), medida con precisión captando el momento del 0.