puente de whatstone

El Puente Wheatstone.
Muchos transductores biomédicos utilizan circuitos cuya configuración es conocida como Puentes Wheatstone (Figura 7-1). Son puestos en un Puente de Wheatstone para reducir el efecto de autocalentamiento (I2R) y mejorar su sensitividad. El puente puede operar con un voltaje de polarización de corriente directa o corriente alterna. Así, los transductores se conectan conotros componentes (generalmente resistencias) para formar un Puente Wheatstone.

Circuito puente de Wheatstone
a) Circuito original b) Circuito rearreglado para análisis.
El puente Wheatstone mostrado en la figura (a) utiliza una resistencia en cada uno de sus cuatro brazos. Una batería (E) provee excitación al puente al conectarse a dos de las uniones opuestas de las resistencias (A y B). Elvoltaje de salida del puente, E0, estará en el otro par de uniones (también opuestas) de resistencias (C y D). Para simplificar el análisis del puente, el circuito original mostrado en la figura (a) se reacomoda en la forma de la figura (b). Iniciaremos el análisis del circuito puente Wheatstone dividiendo el circuito a través de E: R1-R2 y R3-R4.
Ambas redes forman un divisor de voltaje conresistencias; de hecho, el puente de Wheatstone puede ser visto como 2 divisores de voltaje hechos con 2 resistencias y conectados en paralelo, alimentados por la fuente de poder E. El voltaje de salida (E0) es la diferencia entre los voltajes referenciados a tierra EC y ED, los cuales son producidos por la red divisora de voltaje. En forma de ecuación, esta relación es:
E0 = EC – ED
Pero EC y EDpueden ser expresados en términos del voltaje de excitación E, usando el simple teorema para divisores de voltaje.

Sustituyendo las ecuaciones, obtendremos el voltaje de salida E0 como:

Ejemplo 7-1
Un puente Wheatstone es excitado por una fuente de voltaje de 12 VCD y contiene las siguientes resistencias: R1= 1.2 kΩ, R2= 3 kΩ, R3= 2.2 kΩ, y R4= 5 kΩ. Determine el voltaje de salida E0

Noteen el ejemplo y la ecuación que el voltaje de salida del puente de Wheatstone depende (ya definido un voltaje de excitación al puente) de las resistencias en los brazos, cambiando el valor de una, o más, cambiará el voltaje de salida. Este efecto es la base para la generación de señal de muchos transductores biomédicos.
La condición nula en un puente Wheatstone se presenta cuando el voltaje desalida E0 es cero. Pero, si E0 es cero, se presentan 2 posibilidades: una que el voltaje de excitación E sea cero y la otra, que la expresión dentro del paréntesis, con valores de las resistencias, sea cero. La condición nula ocurre cuando E es diferente de cero y:

La ecuación indica la condición única necesaria para obtener la condición nula en un puente Wheatstone excitado. Hay que hacer notarque no es necesario que las resistencias sean iguales, las relaciones son las que deberán ser iguales.
Ya que ambos lados de la ecuación arrojan la misma cantidad, podemos concluir que el puente Wheatstone se encuentra en condición nula. Un puente en la condición nula se dice que esta balanceado. En muchos transductores biomédicos utilizando un puente Wheatstone, las cuatro resistencias soniguales en condición nula. Este no es estrictamente un requisito, pero es la forma en adoptan muchos fabricantes. Los valores típicos de R se encuentran generalmente en un rango entre 150 y 800 Ω.
En la mayoría de los diseños, se selecciona una condición nula cuando el parámetro que estimula al transductor es cero o algún valor predeterminado (por ejemplo, el valor de la presión atmosférica) el cualpuede ser tomado como referencia inicial o línea base cero. El estímulo (parámetro a medir) producirá que una, varias o todas las resistencias del puente Wheatstone cambien una cantidad pequeña h (algunas veces h se escribe como ΔR, que significa un pequeño cambio en la resistencia R). Cuando el estímulo aplicado es cero, las cuatro resistencias tienen el mismo valor de resistencia R y la salida...