بناء الدوائر الكهربائية المتناوبة وعمل الدوائر الكهربائية المتناوبة

دائرة الجسر لا تعدو كونها الدائرة الكهربائية التي تستخدم لقياس القيم غير المعروفة للمقاومة والمعايرة والاندكتانس والقدرة الكهربائية. العديد من الجسور مثل جسر ويتسون، جسر ماكسويل، جسر كلفن والعديد من الجسور الأخرى مفيدة جداً في قياس الكميات بدقة وتعمل على نفس المبدأ. فيما يلي وصف موجز لكيفية عمل بعض هذه الجسور:

جسر ويتسون

يعتبر جسر ويتسون دائرة كهربائية طورها تشارلز ويتسون، ويُستخدم لتحديد قيمة مقاومة غير معروفة في الدائرة. يتميز جسر ويتسون بقدرته العالية على حساب مقاومات ذات قيم منخفضة جدًا والتي لا يمكن لأجهزة أخرى مثل المالتيميتر الرقمي أن تحسب بدقة.

تتكون دائرة جسر ويتسون من ترتيب ألماسي لـ 4 مقاومات. لديها ساقين متوازيتين وكل ساق يحتوي على مقاومتين متسلسلتين. الساق الثالث متصلاً بين الساقين المتوازيتين عند نقطة ما داخل الساقين، كما هو موضح في الشكل. من بين الأربع مقاومات، يمكن تحديد قيمة مقاومة واحدة عن طريق موازنة الساقين. من بين الأربعة مقاومات، قيمتان R1 وR3 معروفة، قيمة R2 قابلة للتعديل، وقيمة Rx هي التي يجب حسابها. ثم يتم توصيل هذا التعديل بمصدر كهربائي وجالفانومتر بين المحطة D والمحطة B. الآن يتم تعديل قيمة المقاومة القابلة للتعديل حتى تكون نسبة الفروع المقاومات متساوية أي (R1/ R2) = (R3/Rx)، ويقرأ الجالفانومتر الصفر لأن التيار يتوقف عن التدفق عبر الدائرة. الآن تكون الدائرة متوازنة ويمكن قياس قيمة المقاومة غير المعروفة بسهولة. القراءة R3 تحدد اتجاه تدفق التيار.

جسر ماكسويل

يعتمد مبدأ عمل جسر ماكسويل للاندكتانس على نفس مبدأ جسر ويتسون. فقط تم إجراء بعض التعديلات الطفيفة على جسر ويتسون. في هذا الجسر، تتكون الفروع الأربعة من الاندكتانس غير المعروف (L1)، كاباسيتور متغير (C4)، وأربعة مقاومات وكاشف بدلاً من الجالفانومتر كما هو موضح في الشكل. يستخدم لقياس قيمة الاندكتانس عن طريق مقارنة القيمة غير المعروفة بالكاباسيتور المتغير القياسي.

يعتمد المبدأ الأساسي للجسر على تعويض الزاوية الإيجابية لطور المعاوقة غير المعروفة بالطور السالب للكاباسيتور بتوصيله في الفرع المقابل. وبذلك، سيصبح الفرق الكهربائي عبر الكاشف صفرًا ولن يتدفق أي تيار عبره. يتم توصيل الكاباسيتور C4 والمقاومة R4 بشكل متوازي ويتم ضبط قيمة كل منهما بحيث يتم موازنة الجسر.

جسر كلفن هو تعديل آخر لجسر ويتسون يستخدم لقياس مقاومة منخفضة في نطاق 1mΩ إلى 1kΩ بدقة عالية. لقياس دقيق للمقاومة المنخفضة، يتطلب جسر كلفن مصدر كهرباء عالي وكالفانومتر حساس. أثناء قياس المقاومة المنخفضة، تلعب مقاومة أسلاك الاتصال دورًا مهمًا. يستخدم جسر ويتسون الذي يحتوي على مقاومتين إضافيتين كما هو موضح في الشكل. يتم توصيل المقاومات R1 وR2 بالمجموعة الثانية من الذراع النسبة ويتم بناء مقاومات رباعية الطرف. هنا R هي المقاومة غير المعروفة وS هي المقاومة القياسية. يتم وضع كالفانومتر بين c وd بحيث يمكن تجاهل مقاومة أسلاك الاتصال r ولا يؤثر على قيمة القياس. تحت ظروف التوازن، يظهر الكالفانومتر الصفر ولا يتدفق أي تيار عبر الدائرة. المعادلة عند حالة التوازن هي:

دائرة جسر هاي

دائرة جسر هاي هي اختلاف آخر لدائرة جسر ماكسويل. في دائرة ماكسويل يتم الحفاظ على المقاومة متوازية مع الكاباسيتور بينما في دائرة هاي، يتم توصيل المقاومة بشكل متسلسل مع الكاباسيتور القياسي كما هو موضح في الشكل. إنه مفيد جدًا إذا كان زاوية الطور للمعاوقة الاندكتانية كبيرة، والتي يمكن التغلب عليها عن طريق استخدام مقاومة منخفضة متسلسلة.

جسر أندرسون

جسر أندرسون هو نسخة معدلة من جسر ماكسويل للاندكتانس والقدرة الكهربائية. يستخدم بشكل أساسي لقياس الاندكتانس الذاتي في ملف باستخدام كاباسيتور قياسي ومقاومات. الميزة الرئيسية لهذا الجسر هي أنه لا يحتاج إلى موازنة الجسر بشكل متكرر. لموازنة الجسر بواسطة تيار ثابت، يتم ضبط المقاومة المتغيرة r وتتم استبدال مصدر التيار المتردد بطاردة كهربائية وجالفانومتر ذو ماسحة متحركة. بمجرد موازنة الجسر، يكون الجهد عند المحطة D مشابهًا للجهد عند E. يتم الإشارة إلى تدفق التيار في الفروع المختلفة بواسطة I1، I2، وI3 كما هو موضح في الشكل.

دائرة جسر الثنائيات

هي دائرة جسر تحتوي على ترتيب لـ 4 ثنائيات تعطي نفس الاستقطاب الخرج لكل استقطاب دخل. دائرة جسر الثنائيات والتي تسمى أيضًا مستقيم الجسر تُستخدم حيثما يوجد حاجة لتغيير التيار المتناوب إلى تيار مستمر. كما تُستخدم أيضًا للكشف عن سعة الإشارات اللاسلكية. عندما يتم توصيل الطرف الموجب للدخل بالأعلى الأيسر والسالب بالأسفل الأيمن، يتدفق التيار من الطرف العلوي لمصدر التغذية إلى الخرج عبر المسار الأحمر ويعود إلى الطرف السفلي لمصدر التغذية عبر المسار الأزرق كما هو موضح في الشكل.