Vaihtovirtakäytävien rakentaminen ja toiminta

Silta-kaavio on vain sähköinen kaavio, jota käytetään tuntemattomien vastustusarvojen, impedanssin, induktiivisuuden ja kapasitanssin mittaamiseen. Monia siltoja, kuten Wheatstonen silta, Maxwellin silta, Kelvinin silta ja monet muut, ovat hyödyllisiä mittaustarkkuuden saavuttamiseksi ja toimivat samalla periaatteella. Tässä on lyhyt kuvaus joistakin siltoiden toiminnasta:

Wheatstonen silta

Wheatstonen silta on Charles Wheatstonen kehittämä sähköinen kaavio, jota käytetään tuntemattoman vastusarvon määrittämiseen kaaviossa. Wheatstonen silta on erityisen kykenevä mittaamaan hyvin pieniä vastusarvoja, joita muita laitteita, kuten multimetriä, ei voida määrittää tarkasti.

Wheatstonen silmukka on neljän vastuksen timanttikuvion mukainen järjestely. Sillä on kaksi yhdensuuntaista jalkaa, ja jokaisella jalalla on kaksi sarjassa olevaa vastusta. Kolmas jalka on yhdistetty kahden yhdensuuntaisen jalan välille jollain pisteellä jaloissa, kuten kuvassa näytetään. Neljästä vastuksesta yhden vastusarvon voi määrittää tasapainottamalla kaksi jalkaa. Neljästä vastuksesta R1 ja R3 ovat tunnettuja, R2 on säädettävä, ja Rx on laskettava. Tämä säätö on yhdistetty sähkölähteeseen ja galvanometri terminaalien D ja B välille. Nyt säädettävän vastuksen arvoa säädellään, kunnes kahden haaran vastusarvot tulevat yhtä suureksi eli (R1/ R2) = (R3/Rx), ja galvanometrin lukema on nolla, koska virta lopettaa kulkeutumisen kaaviossa. Nyt kaavio on tasapainossa, ja tuntematon vastus voidaan mitata helposti. R3:n lukema määrää virran suunnan.

Maxwellin silta

Maxwellin induktiansilman toimintaperiaate on sama kuin Wheatstonen silmukan. Vain pieniä muutoksia on tehty Wheatstonen silmaan. Tässä sillä neljä haaraa koostuvat tuntemattomasta induktanssista (L1), muuttuvasta kapasitaattista (C4), neljästä vastuksesta ja havaitsevasta laitteesta sen sijaan, että galvanometri, kuten kuvassa näytetään. Sitä käytetään induktanssin arvon mittaamiseen vertaamalla tuntematonta arvoa standardimuuttuvaan kapasitaattiin.

Sillan perusperiaate on kompensoida tuntemattoman impedanssin positiivinen vaihekulma negatiivisella vaihekulmalla, joka on kapasitaatissa, asettamalla se vastakkaiseen haaraseen. Näin tehdessä potentiaaliero havaitsevan laitteen yli tulee nollaksi, eikä virtaa kulje läpi sitä. Kapasitaatti C4 ja vastus R4 ovat yhdistetty rinnakkaan, ja niiden arvot on säädetty, jotta silta tasapainottuu.

Kelvinin silta on toinen Wheatstonen silmukan muokkaus, jota käytetään mittaamaan pieniä vastusarvoja 1mΩ–1kΩ välissä suurella tarkkuudella. Pienien vastusarvojen tarkkaa mittaamista varten Kelvinin sillassa tarvitaan korkea jännite ja herkkä galvanometri. Pieniä vastusarvoja mitatessa yhdistämispitojen vastusarvo on tärkeä. Wheatstonen silmukkaa käytetään, jossa on kaksi lisävastusta, kuten kuvassa näytetään. Vastukset R1 ja R2 on yhdistetty toiseen suhdejalalle ja rakennettu nelijohdinsisäiset vastukset. Tässä R on tuntematon, ja S on standardivastus. Galvanometri on sijoitettu c:n ja d:n välille, jotta yhdistämispitojen vastus r voidaan sivuuttaa, eikä se vaikuta mittaustulokseen. Tasapainoehdossa galvanometri näyttää nollan, eikä virtaa kulje kaaviossa. Tasapainoehdon yhtälö on:

Hayn silmukka

Hayn silmukka on toinen Maxwellin silmukan muunnelma. Maxwellin silmassa vastus on yhdistetty rinnakkaan kapasitaatin kanssa, kun taas Hayn silmassa vastus on yhdistetty sarjassa standardikapasitaatin kanssa, kuten kuvassa näytetään. Se on hyödyllinen, jos induktiivisen impedanssin vaihekulma on hyvin suuri, mikä voidaan ylittää ottamalla mukaan alhainen vastus sarjassa.

Andersonin silta

Andersonin silta on muokattu versio Maxwellin induktiansilmuksista. Sitä käytetään pääasiassa omainduktanssin mittaamiseen pyyhdyksessä käyttäen standardikapasitaattia ja vastuksia. Tämän siltan pääetuna on, ettei sitä tarvitse usein tasapainottaa. Tasapainottamiseksi vakiovirtaa varten variabeliresistanssi r on säädetty, ja AC-lähde on korvattu akulla ja kuuloke on korvattu liikutelmageneraattorilla. Kun silta on tasapainossa, terminaalissa D on sama potentiaali kuin terminaalissa E. Virta, joka kulkee vastaavissa haaroissa, on merkitty I1, I2 ja I3 kuten kuvassa näytetään.

Diodisilta