Opbygning af Værksevirkninger og Funktion af Værksevirkninger

Brok-cirkuit er intet andet end en elektrisk cirkuit-konfiguration, der bruges til at måle ukendte værdier af resistens, impedans, induktance og kapacitans. Mange brok-cirkuit som Wheatstone-brok, Maxwell-brok, Kelvin-brok og mange flere er meget nyttige til at måle størrelser med præcision og arbejder på samme princip. Her er en kort beskrivelse af funktionen for nogle af de nævnte brok-cirkuit:

Wheatstone-brok

En Wheatstone-brok er et elektrisk cirkuit, udviklet af Charles Wheatstone, og det bruges til at bestemme værdien af en ukendt elektrisk resistens i cirkuitet. Wheatstone-brok er yderst effektiv ved beregning af meget lave resistensværdier, hvilket andre instrumenter som multimeter ikke kan beregne præcist.

Wheatstone-brok-cirkuitet er en diamantformet konfiguration af fire resistorer. Det har to parallelle ben, og hvert ben har to resistorer i serie. Et tredje ben forbinder mellem de to parallelle ben på et punkt inden for benene, som vist på figuren. Af de fire resistorer kan værdien af én resistens bestemmes ved at balancere de to ben. Af de fire resistorer er værdien af R1 og R3 kendt, værdien af R2 er justerbar, og værdien af Rx skal beregnes. Derefter forbinder denne justering til elektrisk strømforsyning og en galvanometer mellem terminal D og terminal B. Nu justeres værdien af den justerbare resistor, indtil forholdet mellem de to greners resistancer bliver lig (R1/ R2) = (R3/Rx), og galvanometret viser nul, da strøm stopper med at flyde gennem cirkuitet. Nu er cirkuitet balanced, og værdien af den ukendte resistor kan nemt måles. Læsningen af R3 afgør retningen af strømflyden.

Maxwell’s brok

Arbejdsmåden for Maxwells induktansbrok er den samme som for Wheatstone-brok. Kun små ændringer er foretaget i Wheatstone-brok. I denne brok består de fire grene af ukendt induktans (L1), en variabel kapacitator (C4), fire resistorer og en detector i stedet for en galvanometer, som vist på figuren. Den bruges til at måle værdien af induktansen ved at sammenligne den ukendte værdi med en standard variabel kapacitans.

Det grundlæggende princip for broken er at kompensere den positive fasevinkel af den ukendte impedans med den negative fasevinkel af en kapacitans ved at placere den i den modsatte gren. Ved at gøre dette, vil spændingsforskellen over detektor blive nul, og ingen strøm vil flyde gennem det. Kapacitoren C4 og resistor R4 er forbundet parallel, og værdien af begge er justeret, så broken bliver balanced.

Kelvin-brok er en anden ændring af Wheatstone-brok, som bruges til at måle lave resistenser i området fra 1mΩ til 1kΩ med stor præcision. For præcis måling af lav resistens, kræves høj spænding og et følsomt galvanometer i Kelvin-brok. Når man måler lave resistenser, spiller resistensen af forbindelsesledninger en vigtig rolle. Wheatstone-brok anvendes, som har to yderligere resistorer, som vist på figuren. Resistorerne R1 og R2 er forbundet til den anden sæt ratio-arm og konstruerede fire terminal resistorer. Her er R ukendt, og S er standard resistor. En galvanometer placeres mellem c og d, så resistensen af forbindelsesledning r kan ignoreres og ikke påvirker måleværdien. Under balanceforhold, viser galvanometeret nul, og ingen strøm flyder gennem cirkuitet. Ligningen under balanceforhold er:

Hay’s brok-cirkuit

Hay’s brok er en anden variation af Maxwells brok-cirkuit. I Maxwells cirkuit er resistens placeret parallel med kapacitoren, mens i Hay’s cirkuit er resistoren forbundet i serie med standard kapacitoren, som vist på figuren. Det er meget nyttigt, hvis fasevinklen af den induktive impedans er meget stor, hvilket kan overkommes ved at tage en lav resistens i serie.

Anderson’s brok

Anderson-brok er en ændret version af Maxwells induktans kapacitansbrok. Den bruges hovedsagelig til at måle selvinduktans i en spole ved hjælp af standard kapacitor og resistorer. Den store fordel ved denne brok er, at den ikke kræver hyppig balancing. For at balance broken ved stabil strøm, justeres variabel resistens r, og AC-kilde erstattes med batteri og højtaler med moving coil galvanometer. Når broken er balanced, er potentialet ved terminal D det samme som ved E. Strømflyden i de respektive grene er angivet med I1, I2 og I3, som vist på figuren.

Diode brok-cirkuit

Det er et brok-cirkuit med en konfiguration af fire dioder, der giver samme udgangspolaritet for enhver indgangspolaritet.