Was ist ein Wheatstone-Brücken-Schaltkreis?
Was ist ein Wheatstone-Brückenschaltkreis?
Definition der Wheatstone-Brücke
Eine Wheatstone-Brücke wird häufig zur genauen Messung des elektrischen Widerstands verwendet. Sie besteht aus zwei bekannten Widerständen, einem verstellbaren Widerstand und einem unbekannten Widerstand, die in Brückenform verbunden sind. Durch Anpassen des verstellbaren Widerstands, bis das Galvanometer keinen Strom anzeigt, stimmt das Verhältnis der bekannten Widerstände mit dem Verhältnis des verstellbaren Widerstands und des unbekannten Widerstands überein. Dies ermöglicht eine einfache Messung des unbekannten elektrischen Widerstands.
Theorie der Wheatstone-Brücke
Der Wheatstone-Brückenschaltkreis hat vier Arme: AB, BC, CD und AD, jeweils mit den Widerständen P, Q, S und R bezeichnet. Diese Anordnung bildet die Brücke, die für eine genaue Widerstandsmessung erforderlich ist.
Die Widerstände P und Q sind bekannte feste Widerstände und werden als Verhältnisarme bezeichnet. Ein empfindliches Galvanometer ist über den Schalter S2 zwischen den Punkten B und D angeschlossen.
Die Spannungsquelle der Wheatstone-Brücke ist über den Schalter S1 mit den Punkten A und C verbunden. Ein verstellbarer Widerstand S befindet sich zwischen den Punkten C und D. Die Einstellung von S ändert das Potential am Punkt D. Die Ströme I1 und I2 fließen durch die Wege ABC und ADC, jeweils.
Wenn wir den elektrischen Widerstand des Arms CD variieren, variiert auch der Wert des Stroms I2, da die Spannung zwischen A und C konstant ist. Wenn wir den verstellbaren Widerstand weiter anpassen, kann es zu einer Situation kommen, bei der der Spannungsabfall über dem Widerstand S, also I2*S, genau gleich dem Spannungsabfall über dem Widerstand Q, also I1*Q, ist. Somit wird das Potential am Punkt B gleich dem Potential am Punkt D, daher ist die Spannungsdifferenz zwischen diesen beiden Punkten Null und der Strom durch das Galvanometer null. Dann ist die Abweichung im Galvanometer null, wenn der Schalter S2 geschlossen wird.
Nun, aus dem Wheatstone-Brückenschaltkreis und Das Potential des Punktes B in Bezug auf den Punkt C ist nichts anderes als der Spannungsabfall über dem Widerstand Q, und dies istWiederum ist das Potential des Punktes D in Bezug auf den Punkt C nichts anderes als der Spannungsabfall über dem Widerstand S, und dies istGleichsetzen der Gleichungen (i) und (ii) ergibt,
In der obigen Gleichung sind die Werte von S und P/Q bekannt, so dass der Wert von R leicht bestimmt werden kann.
Die elektrischen Widerstände P und Q der Wheatstone-Brücke haben ein definiertes Verhältnis, wie z.B. 1:1, 10:1 oder 100:1, und werden als Verhältnisarme bezeichnet. Der Rheostatarm S ist stufenlos verstellbar von 1 bis 1.000 Ω oder von 1 bis 10.000 Ω.
Die obige Erklärung ist die grundlegende Theorie der Wheatstone-Brücke.
