Objetivo y caso de uso

Construirá un circuito de puente de Wheatstone utilizando tres resistencias fijas y una resistencia variable para simular un sensor resistivo. Este circuito convierte un cambio en la resistencia en una salida de voltaje diferencial medible.

Por qué es útil:
* Detección de precisión: Utilizado en celdas de carga (básculas) y galgas extensiométricas donde los cambios de resistencia son minúsculos.
* Medición de temperatura: Fundamental para leer RTD (Detectores de Temperatura de Resistencia) y termistores.
* Calibración a cero: Permite a los sistemas establecer un «punto nulo» (salida de 0 V) para cancelar errores de offset antes de tomar mediciones.
* Detección de señales pequeñas: Filtra el ruido de la fuente de alimentación común a ambas ramas del puente (Rechazo en Modo Común).

Resultado esperado:
* Estado equilibrado: Cuando la resistencia variable coincide con la relación de la rama fija, el voltaje diferencial (VAB) marca exactamente 0 V.
* Estado desequilibrado: A medida que la resistencia cambia, VAB se vuelve positivo o negativo dependiendo de la dirección del cambio.
* Sensibilidad: Observará la relación no lineal entre el cambio de resistencia (\Delta R) y el voltaje de salida (VOUT).

Público objetivo y nivel: Estudiantes de electrónica y aficionados familiarizados con la Ley de Ohm (Medio).

Materiales

• V1: Fuente de voltaje de 5 V DC, función: alimentación principal.
• R1: Resistencia de 1 kΩ, función: rama de referencia superior.
• R2: Resistencia de 1 kΩ, función: rama de referencia inferior.
• R3: Resistencia de 1 kΩ, función: rama de medición superior.
• R4: Potenciómetro de 2 kΩ (lineal), función: resistencia variable (simulando un sensor como un termistor o galga extensiométrica).

Guía de conexionado

Este circuito consta de dos divisores de voltaje paralelos conectados a una fuente común. La salida se toma diferencialmente entre los puntos centrales de estos divisores.

• V1 se conecta entre el nodo VCC (positivo) y el nodo 0 (GND).
• R1 se conecta entre el nodo VCC y el nodo VA (Punto de Referencia).
• R2 se conecta entre el nodo VA y el nodo 0.
• R3 se conecta entre el nodo VCC y el nodo VB (Punto de Medición).
• R4 se conecta entre el nodo VB y el nodo 0.
• Medición: La salida VOUT se mide entre el nodo VA y el nodo VB.

Diagrama de bloques conceptual

Mediciones y pruebas

Siga estos pasos para validar el funcionamiento del puente utilizando un voltímetro o multímetro.

1. Configuración: Alimente el circuito con 5 V. Configure su multímetro para medir Voltaje DC en el rango de 20 V o 2 V.
2. Verificar referencia: Mida el voltaje entre VA y 0 (GND). Al ser R1 y R2 iguales (1 kΩ), esto debería ser estable en exactamente 2.5 V.
3. Encontrar el punto nulo: Conecte las puntas del multímetro entre VA (punta roja) y VB (punta negra). Ajuste el potenciómetro R4 hasta que el multímetro lea 0.00 V.
   • Observación: En este punto, el puente está equilibrado (R1 / R2 = R3 / R4). R4 debería ser aproximadamente 1 kΩ.
4. Simular aumento del sensor: Aumente la resistencia de R4.
   • Observación: El voltaje en VB aumenta. La lectura diferencial (VA – VB) se volverá negativa (asumiendo punta Roja en A, Negra en B).
5. Simular disminución del sensor: Disminuya la resistencia de R4 por debajo de 1 kΩ.
   • Observación: El voltaje en VB cae. La lectura diferencial se volverá positiva.

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Medir con respecto a Tierra: Los estudiantes a menudo miden VA a GND y VB a GND por separado. Aunque es válido, el puente está diseñado para medirse diferencialmente (VA a VB) directamente.
   • Solución: Coloque las puntas del voltímetro directamente a través de los puntos medios del puente.
2. Usar resistencias de baja tolerancia: Si R1 y R2 tienen una tolerancia alta (p. ej., 10%), el voltaje de referencia VA no será exactamente VCC/2, dificultando el cálculo del punto nulo.
   • Solución: Utilice resistencias de película metálica del 1% para R1, R2 y R3 para mayor precisión.
3. Cargar el puente: Conectar una carga de baja impedancia (como un motor o un altavoz de baja resistencia) directamente entre VA y VB.
   • Solución: El puente es para medición de señales, no para potencia. Conecte siempre los nodos de salida a una entrada de alta impedancia, como un amplificador operacional o el ADC de un microcontrolador.

Solución de problemas

• Síntoma: El voltaje de salida es siempre 0 V independientemente de la posición del potenciómetro.
  • Causa: La fuente de alimentación está apagada o hay un cortocircuito entre VA y VB.
  • Solución: Verifique las conexiones de V1 y asegúrese de que las dos ramas del puente no estén en cortocircuito entre sí.
• Síntoma: No se puede alcanzar la salida de 0 V (Punto nulo).
  • Causa: La resistencia fija R3 es significativamente diferente del rango del potenciómetro R4.
  • Solución: Asegúrese de que el rango de R4 incluya el valor de R3 (p. ej., si R3 es 1 kΩ, R4 debe ser capaz de alcanzar 1 kΩ).
• Síntoma: Las lecturas son inestables o «temblorosas».
  • Causa: Cursor del potenciómetro ruidoso o contactos sueltos en la protoboard.
  • Solución: Reemplace el potenciómetro o asegure conexiones sólidas en la protoboard.

Objetivo y caso de uso

Construirás un circuito divisor de voltaje variable utilizando un potenciómetro lineal para generar una señal de voltaje analógica ajustable que oscila entre 0 V y el voltaje de alimentación.

• Por qué es útil:

  • Se utiliza en perillas de volumen para equipos de audio.
  • Proporciona voltajes de referencia para comparadores y amplificadores operacionales.
  • Simula datos de sensores analógicos (como temperatura o luz) durante las pruebas.
  • Actúa como señal de control para reguladores de intensidad (dimmers) y controladores de velocidad de motores.
  • Esencial para calibrar la sensibilidad en circuitos de sensores.

• Resultado esperado:

  • El voltaje de salida (VOUT) varía suavemente de 0 V a 5 V.
  • En el punto medio mecánico de un potenciómetro lineal, VOUT marca aproximadamente 2.5 V.
  • La suma del voltaje a través de la sección superior y el voltaje a través de la sección inferior es igual al voltaje de la fuente (VIN).

• Público objetivo y nivel: Estudiantes y aficionados a la electrónica (Nivel: Básico).

Materiales

• V1: Fuente de 5 V DC, función: fuente de alimentación principal.
• R1: Potenciómetro lineal de 10 kΩ, función: divisor de voltaje variable.
• M1: Multímetro digital (configurado en Voltios DC), función: medir V_OUT.
• W1: Cables puente (jumpers), función: interconexiones.

Guía de conexionado

Este circuito utiliza las convenciones estándar de nomenclatura de nodos SPICE (VCC, 0 para GND, VOUT).

• V1 (Terminal Positivo): Se conecta al nodo VCC.
• V1 (Terminal Negativo): Se conecta al nodo 0 (GND).
• R1 (Pin 1 – Superior/Fijo): Se conecta al nodo VCC.
• R1 (Pin 3 – Inferior/Fijo): Se conecta al nodo 0 (GND).
• R1 (Pin 2 – Cursor/Variable): Se conecta al nodo VOUT.
• M1 (Sonda Positiva): Se conecta al nodo VOUT.
• M1 (Sonda Negativa): Se conecta al nodo 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

Mediciones y pruebas

Sigue estos pasos para validar el comportamiento del divisor de voltaje:

1. Configuración: Configura el multímetro para medir voltaje DC (rango de 20 V). Conecta la sonda negra a Tierra (0) y la sonda roja al cursor (wiper) del potenciómetro (VOUT).
2. Verificación de Mínimo: Gira la perilla del potenciómetro completamente en sentido antihorario.
   • Observación: El multímetro debería leer aproximadamente 0 V.
3. Verificación de Máximo: Gira la perilla del potenciómetro completamente en sentido horario.
   • Observación: El multímetro debería leer aproximadamente 5 V (o igual al voltaje específico de tu V1).
4. Verificación del Punto Medio: Gira la perilla al centro físico aproximado.
   • Observación: El multímetro debería leer aproximadamente 2.5 V.
5. Prueba de Linealidad: Gira la perilla lentamente de un extremo al otro.
   • Observación: La lectura de voltaje debería cambiar suavemente sin saltos.

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Dejar el cursor (wiper) flotando: Conectar solo las dos patas fijas del potenciómetro hace que actúe como una resistencia fija. Conecta siempre el pin central (cursor) a tu nodo de salida.
2. Cortocircuitar la fuente: Conectar el cursor a VCC y una pata fija a 0, y luego girar la perilla completamente hacia el lado conectado a tierra crea un cortocircuito. Asegúrate de que las patas fijas vayan a Alimentación y Tierra, y que el Cursor sea la Salida.
3. Usar un potenciómetro logarítmico: Los potenciómetros de audio (Log) cambian la resistencia de forma no lineal. Para una prueba de divisor de voltaje predecible, asegúrate de usar uno lineal (generalmente marcado como ‘B’).

Solución de problemas

• Síntoma: El voltaje es constante en 2.5 V independientemente de la posición de la perilla.
  • Causa: El cursor está desconectado, o estás midiendo a través de los terminales fijos.
  • Solución: Verifica que la sonda del multímetro esté conectada específicamente al pin central (cursor).
• Síntoma: Humo o calor proveniente del potenciómetro.
  • Causa: Cortocircuito creado al conectar el cursor a un riel y girarlo hacia el riel opuesto.
  • Solución: Desconecta inmediatamente la alimentación. Vuelve a conectar de modo que los pines exteriores fijos se conecten a VCC y GND, y el cursor se conecte solo al medidor de alta impedancia.
• Síntoma: El voltaje salta erráticamente (por ejemplo, 1 V -> 4 V -> 2 V).
  • Causa: Pista interna sucia o defectuosa (el cursor pierde contacto).
  • Solución: Reemplaza el potenciómetro o límpialo con limpiador de contactos.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirás un circuito pasivo utilizando dos resistencias para analizar cómo cambian los valores de resistencia cuando los componentes se conectan en serie frente a paralelo. Medirás la resistencia equivalente total (Req) usando un multímetro en modo óhmetro.

• Útil para:
  • Diseñar divisores de voltaje para sensores o fuentes de alimentación.
  • Calcular la resistencia de carga total en redes de distribución de energía.
  • Ajustar valores de resistencia específicos cuando no hay componentes estándar disponibles.
  • Comprender las rutas de limitación de corriente en circuitos controladores de LED.
• Resultado esperado:
  • Modo serie: El valor medido debe ser igual a la suma de ambas resistencias (Req ≈ 2 kΩ).
  • Modo paralelo: El valor medido debe ser la mitad de la resistencia individual (si R1=R2) o seguir la fórmula de paralelo (Req ≈ 500 Ω).
  • Verificación: Los valores medidos deben caer dentro del rango de tolerancia (p. ej., ±5%) del cálculo teórico.
• Público objetivo: Estudiantes y aficionados que aprenden las leyes fundamentales del análisis de circuitos (Ley de Ohm).

Materiales

• R1: Resistencia de 1 kΩ, función: Carga de prueba A
• R2: Resistencia de 1 kΩ, función: Carga de prueba B
• M1: Multímetro digital, función: Medición de resistencia (Óhmetro)
• W1: Cables puente (jumpers), función: Interconexión del circuito

Guía de conexionado

Esta guía utiliza nombres de nodos específicos. Asegúrate de que el circuito no esté conectado a una fuente de voltaje (batería) durante las mediciones de resistencia.

Parte A: Configuración en serie
* R1: Se conecta entre el nodo Node_A y el nodo Node_B.
* R2: Se conecta entre el nodo Node_B y el nodo Node_C.
* M1 (Sonda positiva): Se conecta al Node_A.
* M1 (Sonda negativa): Se conecta al Node_C.

Parte B: Configuración en paralelo (Requiere recableado)
* R1: Se conecta entre el nodo Node_A y el nodo Node_B.
* R2: Se conecta entre el nodo Node_A y el nodo Node_B (físicamente en paralelo a R1).
* M1 (Sonda positiva): Se conecta al Node_A.
* M1 (Sonda negativa): Se conecta al Node_B.

Diagrama de bloques conceptual

Mediciones y pruebas

Realiza estos pasos con el multímetro configurado en el ajuste de Ohmios (Ω) (comienza con el rango de 20k si es manual).

1. Verificación de componentes:
   • Mide R1 y R2 individualmente antes de conectarlas. Confirma que sean de aproximadamente 1 kΩ cada una.
2. Medición en serie:
   • Construye el circuito descrito en la Parte A de la Guía de conexionado.
   • Conecta las sondas al Node_A y Node_C.
   • Validación: La pantalla debe indicar aproximadamente 2.0 kΩ ($R1 + R2$).
3. Medición en paralelo:
   • Modifica el circuito para que coincida con la Parte B de la Guía de conexionado (conecta ambos extremos de la resistencia al mismo par de filas).
   • Conecta las sondas a través del par paralelo.
   • Validación: La pantalla debe indicar aproximadamente 0.5 kΩ (500 Ω).
4. Comparación:
   • Observa que la combinación en serie aumenta la resistencia total, mientras que la combinación en paralelo disminuye la resistencia total.

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Medir resistencia con la alimentación encendida: Nunca midas resistencia en un circuito vivo. Esto dará lecturas falsas y puede fundir el fusible de tu multímetro. Solución: Desconecta todas las baterías o fuentes de alimentación antes de usar el óhmetro.
2. Tocar las sondas metálicas: Si sostienes las puntas metálicas de las sondas con ambas manos mientras mides, la resistencia de tu cuerpo (en paralelo al circuito) afectará la lectura, especialmente con resistencias de alto valor. Solución: Usa pinzas de cocodrilo o presiona las sondas contra la protoboard sin tocar las puntas metálicas.
3. Asumir valores perfectos: Una resistencia de 1 kΩ con 5% de tolerancia puede medir físicamente entre 950 Ω y 1050 Ω. Solución: Siempre mide los componentes individuales primero para conocer sus valores reales antes de calcular el total esperado.

Solución de problemas

• Síntoma: El multímetro lee «1» u «OL» (Over Limit/Fuera de límite).
  • Causa: La resistencia es mayor que el rango seleccionado en el multímetro.
  • Solución: Cambia el selector a un rango más alto (p. ej., de 200 Ω a 2 kΩ o 20 kΩ).
• Síntoma: La lectura es 0 Ω.
  • Causa: Cortocircuito; las sondas podrían estar tocándose entre sí o un cable está puenteando las resistencias.
  • Solución: Revisa las filas de la protoboard para asegurarte de que las resistencias no estén en cortocircuito por un cable mal colocado.
• Síntoma: La lectura fluctúa o es inestable.
  • Causa: Mal contacto entre las patas de la resistencia y los clips de la protoboard.
  • Solución: Retira la resistencia, endereza las patas y vuelve a insertarla firmemente en orificios diferentes del mismo nodo.

Objetivo y caso de uso

En este caso práctico, construirá un circuito fundamental que utiliza dos resistencias en serie para reducir un voltaje de fuente de CC más alto a un nivel de voltaje más bajo específico.

• Por qué es útil:

  • Interfaz de sensores: Adapta sensores de alto voltaje (por ejemplo, sensores automotrices de 12 V) a microcontroladores de bajo voltaje (por ejemplo, lógica de 3.3 V o 5 V).
  • Polarización: Proporciona voltajes de referencia estables para bases de transistores o entradas de amplificadores operacionales.
  • Desplazamiento de nivel: Método simple para reducir los niveles de señal entre diferentes etapas del circuito.

• Resultado esperado:

  • Voltaje de entrada (Vin): Medido en la fuente de alimentación completa de 9 V.
  • Voltaje de salida (Vout): Medido en la unión entre las resistencias; esperando exactamente 4.5 V (50% de la entrada).
  • Corriente: Una corriente pequeña y segura fluye continuamente desde la fuente a tierra a través de la ruta en serie.
  • Verificación de la relación: El voltaje de salida sigue la fórmula Vout = Vin × (R2 / (R1 + R2)).

• Público objetivo y nivel: Estudiantes que comienzan con la Ley de Ohm y Circuitos en Serie (Nivel: Básico).

Materiales

• V1: Fuente de voltaje de 9 V CC (batería o fuente de alimentación).
• R1: Resistencia de 10 kΩ, función: elemento del lado alto (cae la mitad del voltaje).
• R2: Resistencia de 10 kΩ, función: elemento del lado bajo (resistencia de medición).
• M1: Multímetro digital (modo voltímetro), función: herramienta de medición.

Guía de conexionado

Construya el circuito utilizando las siguientes conexiones de nodos. Asegúrese de que la fuente de alimentación esté apagada mientras ensambla los componentes.

• V1: Conecte el terminal positivo al nodo VCC y el terminal negativo al nodo 0 (GND).
• R1: Conecte entre el nodo VCC y el nodo VOUT.
• R2: Conecte entre el nodo VOUT y el nodo 0 (GND).

Diagrama de bloques conceptual

Mediciones y pruebas

Realice los siguientes pasos para validar el comportamiento del circuito.

1. Configurar el multímetro: Cambie su multímetro al modo de voltaje de CC (rango de 20 V o rango automático).
2. Medir la entrada (Vin): Coloque la sonda roja en el nodo VCC y la sonda negra en el nodo 0. Verifique que la lectura sea de aproximadamente 9 V.
3. Medir la salida (Vout): Coloque la sonda roja en el nodo VOUT (la unión entre R1 y R2) y la sonda negra en el nodo 0.
4. Validar el resultado: La lectura debe ser de aproximadamente 4.5 V.
   • Cálculo: Vout = 9V × (10kΩ / (10kΩ + 10kΩ)) = 9V × 0.5 = 4.5V.

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Conectar una carga pesada: Conectar un motor o una carga de baja resistencia a VOUT hará que el voltaje caiga significativamente por debajo de 4.5 V (efecto de carga). Solución: Conecte solo cargas de alta impedancia (como entradas de microcontrolador) o use un búfer.
2. Usar relaciones de resistencia incorrectas: Usar valores de resistencia aleatorios dará como resultado un voltaje de salida aleatorio. Solución: Calcule siempre la relación requerida utilizando la fórmula del divisor de voltaje antes de construir.
3. Sobrecalentamiento de resistencias: El uso de valores de resistencia muy bajos (por ejemplo, 10 Ω) conecta la fuente casi directamente a tierra, causando una alta corriente. Solución: Use valores en el rango de kΩ para voltajes de referencia de señal para minimizar el desperdicio de energía.

Solución de problemas

• Síntoma: VOUT marca 0 V.
  • Causa: R1 está abierta (rota) o R2 está en cortocircuito a tierra.
  • Solución: Verifique la continuidad de R1 y asegúrese de que las patas de R2 no se toquen.
• Síntoma: VOUT es igual a VCC (9 V).
  • Causa: R2 está abierta (rota) o R1 está en cortocircuito.
  • Solución: Asegúrese de que R2 esté insertada correctamente en los rieles de la protoboard.
• Síntoma: VOUT está ligeramente desviado (por ejemplo, 4.6 V en lugar de 4.5 V).
  • Causa: Tolerancia de la resistencia (las resistencias estándar varían en ±5%).
  • Solución: Este es un comportamiento normal. Use resistencias de precisión del 1% si los valores exactos son críticos.

Objetivo y caso de uso

En este caso, construirá un circuito en serie fundamental conectando una fuente de voltaje de CC, una resistencia limitadora de corriente y un Diodo Emisor de Luz (LED).

Por qué es útil:
* Protección de componentes: Evita que el LED consuma una corriente excesiva y se queme instantáneamente.
* Aplicación de la Ley de Ohm: Demuestra visualmente la relación entre Voltaje, Corriente y Resistencia ($I = V/R$).
* Indicación de estado: Forma la base para los indicadores de encendido en casi todos los dispositivos electrónicos.
* Herramientas de diagnóstico: Los circuitos LED simples se utilizan a menudo para depurar niveles lógicos en sistemas complejos.

Resultado esperado:
* El LED se enciende de forma constante sin sobrecalentarse.
* La corriente que fluye a través del circuito permanece dentro del rango seguro (típicamente 10–20 mA).
* La caída de voltaje a través de la resistencia corresponde al voltaje de alimentación menos el voltaje directo del LED.

Público objetivo y nivel: Principiantes y estudiantes que comienzan con el análisis básico de componentes.

Materiales

• V1: Fuente de 5 V CC
• R1: Resistencia de 220 Ω, función: limitación de corriente
• D1: LED rojo, función: emisión de luz
• M1: Multímetro, función: medición de corriente (A)
• M2: Multímetro, función: medición de voltaje (V)

Guía de conexionado

Este circuito utiliza una topología en serie. Definimos los nodos como VCC (Fuente de 5V), 0 (Tierra) y NODE_A (Conexión intermedia).

• V1 (Fuente de CC): El terminal positivo se conecta al nodo VCC. El terminal negativo se conecta al nodo 0.
• R1 (Resistencia): Se conecta entre el nodo VCC y el nodo NODE_A.
• D1 (LED): El ánodo se conecta al nodo NODE_A. El cátodo se conecta al nodo 0.

Diagrama de bloques conceptual

Mediciones y pruebas

Para validar la Ley de Ohm y la seguridad de los componentes:

1. Calcular la corriente esperada:
   • Asumir Voltaje Directo del LED ($V_f$) $\approx$ 2.0 V.
   • Voltaje a través de R1: $V_{R1} = V_{source} – V_f = 5V – 2V = 3V$.
   • Corriente esperada: $I = V_{R1} / R1 = 3V / 220\Omega \approx 13.6 mA$.
2. Medición de voltaje: Configure el multímetro M2 en Voltios de CC. Mida a través de R1 (puntas en VCC y NODE_A). La lectura debe ser de aproximadamente 3 V.
3. Medición de corriente: Abra el circuito en el nodo VCC o 0 e inserte el multímetro M1 en serie (modo Amperímetro). La lectura debe estar cerca de 13–14 mA.
4. Comprobación visual: El LED debe emitir una luz roja brillante y constante.

Errores comunes y cómo evitarlos

1. Polaridad del LED invertida: Conectar el cátodo del LED al positivo. Solución: Asegúrese de que la pata más larga (Ánodo) esté orientada hacia el lado del voltaje positivo (hacia R1).
2. Omitir la resistencia: Conectar el LED directamente a 5V. Solución: Verifique siempre que la resistencia esté en serie antes de aplicar energía para evitar destruir el LED.
3. Medir corriente en paralelo: Intentar medir la corriente colocando las puntas a través del LED como un voltímetro. Solución: Abra siempre la ruta del circuito y coloque el medidor en serie para las mediciones de corriente.

Solución de problemas

• Síntoma: El LED no se enciende.
  • Causa: LED conectado al revés o circuito abierto.
  • Solución: Verifique la orientación (Ánodo/Cátodo) y asegúrese de que todas las conexiones de la placa de pruebas (breadboard) estén firmes.
• Síntoma: El LED parpadea una vez y muere.
  • Causa: No se utilizó resistencia limitadora de corriente (el LED se quemó).
  • Solución: Reemplace el LED y asegúrese de que R1 (220 Ω) esté instalada correctamente.
• Síntoma: El LED es muy tenue.
  • Causa: El valor de la resistencia es demasiado alto (por ejemplo, usando 10 kΩ en lugar de 220 Ω).
  • Solución: Verifique las bandas de color de la resistencia o mida R1 con un multímetro.
• Síntoma: El multímetro lee 0 A.
  • Causa: Fusible fundido en el multímetro o selección de modo incorrecta.
  • Solución: Verifique las conexiones de las puntas de prueba (Com/mA) y asegúrese de que el dial del medidor esté configurado en Corriente CC.