Bygging av vekselstrømskretser og funksjonering av vekselstrømskretser

Brokirkobling er ingen annen ting enn en elektrisk krets-oppsett som brukes til å måle ukjente verdier av motstand, impedans, induktans og kapasitans. Mange broer som Wheatstone-bro, Maxwell-bro, Kelvin-bro, og mange flere, er veldig nyttige for å måle størrelser med nøyaktighet og fungerer på samme prinsipp. Her er en kort beskrivelse av funksjonen til noen av broene:

Wheatstone-bro

En Wheatstone-bro er en elektrisk krets utviklet av Charles Wheatstone, og den brukes til å bestemme verdien av en ukjent elektrisk motstand i kretsen. Wheatstone-bro er svært kapabel i å beregne meget lave motstandsverdier som andre instrumenter som multimeter ikke beregner nøyaktig.

Wheatstone-brokretsen er et rombeformet oppsett av fire motstandere. Den har to parallelle ben, hvert ben har to motstandere i serie. Et tredje ben er koblet mellom de to parallelle benene et sted innenfor benene, som tegnet i figuren. Av de fire motstandene kan verdien av én motstand bestemmes ved å balansere de to benene. Av de fire motstandene er verdiene til R1 og R3 kjent, verdien av R2 er justerbar, og verdien av Rx skal beregnes. Så denne justeringen kobles til elektrisk strøm og en galvanometer mellom terminal D og terminal B. Nå justeres verdien av den justerbare motstanden inntil forholdet mellom de to grenene motstander blir like dvs. (R1/ R2) = (R3/Rx), og galvanometert viser null da strøm stopper med å flyte gjennom kretsen. Nå er kretsen balansert og verdien av den ukjente motstanden kan lett måles. Lesingen av R3 bestemmer retningen for strømmens flyt.

Maxwell’s bro

Arbeidsprinsippet for Maxwells induktansbro er det samme som Wheatstone-bro. Bare små endringer har blitt gjort i Wheatstone-bro. I denne broen består de fire grenene av ukjent induktans (L1), en variabel kapasitor (C4), fire motstandere og en detektor istedenfor galvanometer som vist i figuren. Den brukes til å måle verdien av induktans ved å sammenligne den ukjente verdien med standard variabel kapasitans.

Det grunnleggende prinsippet for broen er å kompensere den positive fasevinkelen til den ukjente impedansen med den negative fasevinkelen av en kapasitans ved å plassere den i motsatt gren. Ved å gjøre dette, blir spenningsforskjellen over detektoren null, og ingen strøm vil flyte gjennom den. Kapasitoren C4 og motstanden R4 er koblet parallelt, og verdiene av begge justeres slik at broen balanseres.

Kelvin-bro er en annen modifisering av Wheatstone-bro som brukes til å måle lave motstander i området 1mΩ til 1kΩ med stor nøyaktighet. For nøyaktig måling av lave motstander, kreves høy spenning og et sensitivt galvanometer i Kelvin-bro. Når man måler lave motstander, spiller motstanden i koblingsledninger en viktig rolle. Wheatstone-bro brukes som har to ekstra motstandere som vist i figuren. Motstanderne R1 og R2 er koblet til det andre settet av forholdarm og konstruert fire-terminal motstandere. Her er R ukjent, og S er standard motstand. En galvanometer er plassert mellom c og d slik at motstanden av koblingsledninger r kan ignoreres og ikke påvirker målevarden. Under balanseforhold, viser galvanometert null, og ingen strøm flyter gjennom kretsen. Ligningen under balanseforholdet er:

Hay’s brokrets

Hay’s bro er en annen variasjon av Maxwells brokrets. I Maxwells krets holdes motstand parallelt med kapasitoren, mens i Hay’s krets er motstanden koblet i serie med standardkapasitoren som vist i figuren. Det er veldig nyttig hvis fasevinkelen til induktiv impedans er veldig stor, noe som kan overvinnest ved å ta en lav motstand i serie.

Anderson’s bro

Anderson-bro er en modifisert versjon av Maxwells induktor kapasitansbro. Den brukes hovedsakelig for å måle selvinduktans i en spole ved hjelp av standard kapasitor og motstandere. Hovedfordelen med denne broen er at den ikke krever frekvent balansering av broen. For å balansere broen med stabil strøm, justeres variabel motstand r, og AC-kilde erstattes med batteri og hodetelefon ved å bevege spolegalvanometer. Når broen er balansert, er potensialet ved terminal D lik potensialet ved E. Strømmens flyt i respektive grenene er angitt med I1, I2, og I3 som vist i figuren.

Diodbrokrets

Det er en brokrets med et oppsett av fire dioder som gir samme utdata polaritet for hver inndata polaritet.