ساخت مدارهای الکتریکی متناوب و عملکرد مدارهای الکتریکی متناوب

مدار پلی ناشی از مدار الکتریکی است که برای اندازه‌گیری مقادیر ناشناخته مقاومت، امپدانس، القایی و ظرفیت خازن استفاده می‌شود. بسیاری از پل‌ها مانند پل ویتسون، پل ماکسول، پل کلوین و بسیاری دیگر برای اندازه‌گیری مقادیر با دقت و بر اساس همان اصل کار مفید هستند. در زیر توضیح مختصری از عملکرد برخی از این پل‌ها آورده شده است:

پل ویتسون

پل ویتسون یک مدار الکتریکی است که توسط چارلز ویتسون توسعه یافته و برای تعیین مقدار یک مقاومت الکتریکی ناشناخته در مدار استفاده می‌شود. پل ویتسون قادر به محاسبه مقاومت‌های با ارزش بسیار کم است که سایر ابزارهایی مانند مولتی‌متر دیجیتال نمی‌توانند به صورت دقیق محاسبه کنند.

مدار پل ویتسون شامل ترتیب ماسی چهار مقاومت است. این مدار دو شاخه موازی دارد و هر شاخه شامل دو مقاومت سری است. یک شاخه سوم بین دو شاخه موازی در نقطه‌ای در داخل شاخه‌ها متصل می‌شود، مانند شکل. از بین چهار مقاومت، مقدار یکی از مقاومت‌ها با تعادل دو شاخه قابل تعیین است. از بین چهار مقاومت، مقدار دو مقاومت R1 و R3 شناخته شده است، مقدار R2 قابل تنظیم است و مقدار Rx قابل محاسبه است. سپس این تنظیم به تأمین برق متصل می‌شود و یک گالوانومتر بین ترمینال D و B قرار می‌گیرد. حالا مقدار مقاومت قابل تنظیم تا زمانی تنظیم می‌شود که نسبت دو شاخه مقاومت‌ها مساوی شود یعنی (R1/ R2) = (R3/Rx) و گالوانومتر صفر می‌خواند چون جریان از مدار عبور نمی‌کند. حالا مدار متعادل شده و مقدار مقاومت ناشناخته به راحتی قابل اندازه‌گیری است. خواندن R3 جهت جریان را تعیین می‌کند.

پل ماکسول

اصل کار پل ماکسول مشابه پل ویتسون است. فقط تغییرات کوچکی در پل ویتسون انجام شده است. در این پل، چهار شاخه شامل القایی ناشناخته (L1)، یک خازن متغیر (C4)، چهار مقاومت و دیتکتور به جای گالوانومتر مانند شکل است. این پل برای اندازه‌گیری مقدار القایی با مقایسه مقدار ناشناخته با ظرفیت خازن استاندارد متغیر استفاده می‌شود.

اصل اساسی پل این است که فاز مثبت امپدانس ناشناخته با فاز منفی یک خازن با قرار دادن آن در شاخه مقابل جبران شود. با انجام این کار، اختلاف پتانسیل در دیتکتور صفر می‌شود و جریانی از آن عبور نمی‌کند. خازن C4 و مقاومت R4 به صورت موازی متصل می‌شوند و مقدار هر دو تنظیم می‌شود تا پل متعادل شود.

پل کلوین نیز یک تغییر دیگر از پل ویتسون است که برای اندازه‌گیری مقاومت کم در محدوده ۱ میلی‌اهم تا ۱ کیلو‌اهم با دقت بالا استفاده می‌شود. برای اندازه‌گیری دقیق مقاومت کم، نیاز به تأمین برق با ولتاژ بالا و یک گالوانومتر حساس در پل کلوین وجود دارد. در هنگام اندازه‌گیری مقاومت کم، مقاومت سیم‌های اتصال نقش مهمی ایفا می‌کند. پل ویتسون استفاده می‌شود که دو مقاومت اضافی دارد مانند شکل. مقاومت‌های R1 و R2 به دومین مجموعه شاخه نسبت متصل می‌شوند و مقاومت‌های چهار ترمینال ساخته می‌شوند. در اینجا R ناشناخته و S مقاومت استاندارد است. یک گالوانومتر بین c و d قرار می‌گیرد تا مقاومت سیم اتصال r نادیده گرفته شود و بر مقدار اندازه‌گیری تأثیر نگذارد. در شرایط تعادل، گالوانومتر صفر می‌خواند و جریانی از مدار عبور نمی‌کند. معادله در شرایط تعادل:

مدار پل هی

مدار پل هی یک تغییر دیگر از مدار پل ماکسول است. در مدار ماکسول مقاومت موازی با خازن قرار داده شده است، در حالی که در مدار هی، مقاومت به صورت سری با خازن استاندارد متصل می‌شود مانند شکل. این مدار بسیار مفید است اگر زاویه فاز امپدانس القایی بسیار زیاد باشد، که می‌تواند با گرفتن یک مقاومت کم در سری حل شود.

پل اندرسون

پل اندرسون نسخه اصلاح شده از پل ماکسول القایی خازنی است. این پل عموماً برای اندازه‌گیری القایی خود در یک سیم با استفاده از خازن استاندارد و مقاومت‌ها استفاده می‌شود. مزیت اصلی این پل این است که نیاز به تعادل مکرر پل را ندارد. برای تعادل پل با جریان ثابت، مقاومت متغیر r تنظیم می‌شود و منبع AC با باتری و گوشی با گالوانومتر میله‌ای جایگزین می‌شود. یکبار پل متعادل شد، پتانسیل در ترمینال D مشابه پتانسیل در E است. جریان در شاخه‌های مربوطه با I1، I2 و I3 نشان داده شده است.

پاداش