Výstavba střídavých obvodů a fungování střídavých obvodů

Mostový obvod je nic jiného než elektrický obvod, který se používá k měření neznámých hodnot odporu, impedancí, indukce a kapacity. Mnoho mostů, jako je Wheatstoneův most, Maxwellův most, Kelvinův most a mnoho dalších, je velmi užitečných pro přesné měření těchto veličin a fungují na stejném principu. Zde je stručný popis funkce některých z těchto mostů:

Wheatstoneův most

Wheatstoneův most je elektrický obvod vyvinutý Charlesem Wheatstonem a používá se k určení hodnoty neznámého elektrického odporu v obvodu. Wheatstoneův most je schopen velmi přesně měřit velmi malé hodnoty odporů, které jiné přístroje, jako je multimetr, nemohou měřit tak přesně.

Wheatstoneův mostový obvod má diamantovitou strukturu s čtyřmi odporovými prveky. Má dvě paralelní větve a každá větev má dva odporové prvky v sérii. Třetí větev je spojena mezi dvěma paralelními větvemi někde v jejich středu, jak je znázorněno na obrázku. Mezi čtyřmi odpory lze určit hodnotu jednoho odporu vyvážením obou větví. Z čtyř odporných prvků jsou hodnoty R1 a R3 známé, hodnota R2 je nastavitelná a hodnota Rx je ta, kterou chceme změřit. Poté je tento přepínací obvod napojen na elektrické zdroje a galvanometr mezi terminálem D a terminálem B. Nyní se hodnota nastavitelného odporného prvku upravuje, dokud poměr odporných prvků v obou větvích (R1/ R2) = (R3/Rx) není roven a galvanometr ukazuje nulu, protože proud přestane proudit obvodem. Nyní je obvod vyvážen a hodnota neznámého odporného prvku může být snadno změřena. Čtení R3 rozhoduje o směru proudu.

Maxwellovo mostové zařízení

Princip práce Maxwellova indukčního mostu je stejný jako u Wheatstoneova mostu. Byly provedeny pouze menší úpravy Wheatstoneova mostu. V tomto mostu tvoří čtyři větve neznámou indukci (L1), proměnnou kapacitu (C4), čtyři odporné prvky a detektor namísto galvanometru, jak je znázorněno na obrázku. Používá se k měření hodnoty indukce porovnáním neznámé hodnoty se standardní proměnnou kapacitou.

Základním principem mostu je kompenzovat kladnou fázovou posuvnost neznámé impedancí s negativní fázovou posuvností kapacity umístěním této kapacity do opačné větve. Tímto způsobem se rozdíl potenciálů napříč detektorem stane nulový a žádný proud neproudí. Kapacita C4 a odpor R4 jsou připojeny paralelně a jejich hodnoty jsou nastaveny tak, aby byl most vyvážen.

Kelvinův most je další modifikace Wheatstoneova mostu, který se používá k měření nízkých odporů v rozmezí 1mΩ až 1kΩ s velkou přesností. Pro přesné měření nízkých odporů je potřeba vysoké napětí a citlivý galvanometr. Při měření nízkých odporů hraje důležitou roli odpor spojovacích drátů. Používá se Wheatstoneův most, který má dva dodatečné odporné prvky, jak je znázorněno na obrázku. Odporné prvky R1 a R2 jsou připojeny k druhému sadu poměrových ramen a vytvořené čtyřterminálové odporné prvky. Zde R je neznámý a S je standardní odpor. Galvanometr je umístěn mezi c a d, aby se odpor spojovacích drátů r mohl ignorovat a neovlivňoval měřenou hodnotu. Za vyváženého stavu ukazuje galvanometr nulu a žádný proud neproudí obvodem. Rovnice za vyváženého stavu je:

Hayův mostový obvod

Hayův most je další varianta Maxwellova mostového obvodu. V Maxwellově obvodu je odpor umístěn paralelně s kapacitou, zatímco v Hayově obvodu je odpor připojen v sérii se standardní kapacitou, jak je znázorněno na obrázku. Je velmi užitečný, pokud je fázový úhel induktivní impedancí velmi velký, což lze překonat použitím nízkého odporu v sérii.

Andersonův most

Andersonův most je modifikovaná verze Maxwellova indukčního kapacitního mostu. Hlavně se používá k měření vlastní indukce v cívi pomocí standardní kapacity a odporných prvků. Hlavní výhodou tohoto mostu je, že nevyžaduje časté vyvážení. Pro vyvážení mostu stálým proudem se upravuje proměnný odpor r a AC zdroj je nahrazen baterií a sluchátky s galvanometrem s pohyblivou cívkou. Jakmile je most vyvážen, potenciál na terminálu D je podobný potenciálu na E. Průtok proudu v příslušných větvích je označen I1, I2 a I3, jak je znázorněno na obrázku.

Mostový obvod s diodami