Puente Wheatstone

01 · Punto de partida

Cuando 1 % importa

Un NTC que varía 1 % con el ambiente mueve un divisor décimas de voltio sobre voltios de continua: medir el cambio exige restar lo grande. El puente pone dos divisores cara a cara y mide solo la diferencia: 1 % de 10k a 5 V son 12,5 mV limpios contra cero, en vez de 2,51 contra 2,50 V.

Es la puerta a sensores de precisión (galgas, PT100, celdas) y al amplificador de instrumentación (Tema 25).

• ¿Cómo se arma y cuándo está en equilibrio?
• ¿Cuánto sale por cada 1 % de variación?
• ¿Cómo lo monto y mido sin amplificador?
• ¿Qué sigue después del puente?

02 · Equilibrio

Dos divisores empatados

Rama izquierda R1 arriba/Rx abajo, rama derecha R3/R4 iguales: V_A = Vs×Rx/(R1+Rx), V_B = Vs×R4/(R3+R4), Vout = V_A − V_B. Con las 4 iguales: 2,5 − 2,5 = 0.

12,5 mV por cada 1 % (aprox Vs/400): medible con multímetro en mV, amplificable ×100 a 1,25 V (Tema 26).

03 · Con sensor real

NTC en el puente

R1 = R3 = R4 = 10k fijas 1 %, Rx = NTC 10k. A 25 °C equilibrio (0 V); a 30 °C (Rx ≈ 8,0k): V_A = 5×8/18 ≈ 2,23 V → Vout ≈ −0,27 V. Signo incluido: dice hacia qué lado derivó.

04 · Medición

Diferencial con multímetro

1. 1
   Equilibrio primero.

   4× 10k: medir A–B debe dar ≈ 0 mV (±5 mV por tolerancias). Anotar el cero real: es tu referencia.

2. 2
   Sustituir el sensor.

   Cambiar una R por NTC/LDR: medir A–B en mV contra GND en cada pata si hace falta.

3. 3
   Estimular y anotar.

   Mano tibia, tapar luz: mV que suben/bajan con signo. Tabla estímulo → mV.

05 · Puente en código

Equilibrio, sensibilidad y NTC

Función general + sensibilidad por % + caso NTC con β:

def puente(vs, r1, rx, r3, r4):
    va = vs * rx / (r1 + rx)
    vb = vs * r4 / (r3 + r4)
    print(f"VA={va:.3f}V VB={vb:.3f}V Vout={va-vb*1:+.4f}V")
    return va - vb


def sensibilidad(vs, r_nom, pct=1.0):
    # Aproximación: Vs*(dR/R)/4
    print(f"{pct}% en {r_nom} a {vs}V -> ~{vs*(pct/100)/4*1000:.1f} mV")
    return vs * (pct / 100) / 4


puente(5, 10000, 10100, 10000, 10000)
sensibilidad(5, 10000)

Verificá: ¿12,4 mV con +1 %? ¿Y con NTC a 30 °C (≈ 8k)?

Puente NTC 0–50 °C

Barrer temperatura con β y graficar Vout en texto:

import math

def puente_ntc(vs=5.0, r_fijas=10000, beta=3950):
    print("T(°C)  Rx      Vout")
    for t in [0, 10, 25, 30, 50]:
        rx = 10000 * math.exp(beta * (1 / (t + 273.15) - 1 / 298.15))
        va = vs * rx / (r_fijas + rx)
        print(f"{t:3}: {rx:6.0f}  {va-2.5:+.3f}V")


puente_ntc()

06 · Analogía programador

Diff en vez de snapshot

1. 1
   Puente = diff.

   No guarda dos snapshots (2,51 y 2,50): guarda la diferencia (12 mV). Como un diff frente a dos archivos.

2. 2
   Equilibrio = baseline.

   Cero calibrado contra el que todo se mide: test que parte de verde.

3. 3
   Signo = dirección.

   Positivo/negativo dice hacia dónde derivó sin tabla extra: el signo es información.

07 · Exploración

Laboratorio: desbalancear el puente

Puente 5 V con 3 fijas de 10k: mové Rx (±%) y mirá Vout, sensibilidad y si ya pide amplificación.

Preguntas para explorar

1. Llevá Rx a 8k (NTC a ~30 °C). ¿Vout? ¿Signo?
2. ¿A qué Rx Vout llega a ±100 mV? ¿Y a +1 V? ¿Sigue valiendo la aproximación lineal?
3. ¿Por qué el laboratorio pide amplificar si ya “se mide”?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de puente

Ejercicio 1: equilibrio a mano

Puente 9 V con R1 = 1k, R2 = 2k, R3 = 1k. ¿R4 para equilibrio? Verificá Vout = 0 con puente().

Ejercicio 2: NTC a 30 °C

Con puente_ntc(): ¿Vout a 30 °C? ¿Y a 0 °C? ¿Signos opuestos tienen sentido?

Ejercicio 3: montar y medir

Armá 4× 10k 1 %, verificá ≈ 0 mV, cambiá una por NTC y medí a 25/30 °C (mano tibia). ¿Coincide signo y orden con el código?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Puente dominado y medido. Bloque de acondicionamiento cerrado: en el próximo tema, el operacional ideal.