Budowa obwodów AC i działanie obwodów AC

Most prądowy to nic innego jak układ elektryczny służący do pomiaru nieznanych wartości oporu, impedancji, indukcyjności i pojemności. Wiele mostków, takich jak mostek Wheatstone'a, mostek Maxwella, mostek Kelvina, jest bardzo przydatnych do dokładnego pomiaru wielkości, działając na tym samym zasadzie. Poniżej znajduje się krótki opis działania niektórych z tych mostków:

Mostek Wheatstone'a

Mostek Wheatstone'a to obwód elektryczny opracowany przez Charlesa Wheatstone'a, używany do określania wartości nieznanego oporu elektrycznego w obwodzie. Mostek Wheatstone'a jest szczególnie skuteczny w obliczaniu bardzo niskich wartości oporów, które inne instrumenty, takie jak multimetr, nie obliczają dokładnie.

Obwód mostka Wheatstone'a ma kształt diamentu, składający się z czterech oporów. Ma dwie równoległe gałęzie, każda z dwoma oporami szeregowymi. Trzecia gałąź połączona jest między dwiema równoległymi gałęziami w pewnym punkcie wewnątrz nich, jak pokazano na rysunku. Spośród czterech oporów, wartość jednego oporu może być określona przez wyważenie dwóch gałęzi. Z czterech oporów, wartości R1 i R3 są znane, wartość R2 jest regulowalna, a wartość Rx ma być obliczona. Następnie ta regulacja jest podłączona do zasilania elektrycznego, a galwanometr jest umieszczony między terminalem D a terminalem B. Teraz wartość regulowanego oporu jest dostosowywana, dopóki stosunek oporów w dwóch gałęziach nie stanie się równy, tj. (R1/ R2) = (R3/Rx), a galwanometr pokazuje zero, ponieważ prąd przestaje płynąć przez obwód. Teraz obwód jest wyważony i wartość nieznanego oporu może być łatwo zmierzona. Odczyt R3 decyduje o kierunku przepływu prądu.

Mostek Maxwella

Zasada działania mostka Maxwella jest taka sama jak mostka Wheatstone'a. Tylko drobne modyfikacje zostały wprowadzone do mostka Wheatstone'a. W tym mostku, cztery gałęzie składają się z nieznanej indukcyjności (L1), zmiennego kondensatora (C4), czterech oporów i detektora zamiast galwanometru, jak pokazano na rysunku. Służy do pomiaru wartości indukcyjności poprzez porównanie nieznanej wartości ze standardową zmienną pojemnością.

Podstawowa zasada mostka polega na kompensacji dodatniej fazy kąta nieznanego impedancja poprzez ujemną fazę pojemności, umieszczając ją w przeciwległej gałęzi. Dzięki temu potencjał na detektorze staje się zerowy, a prąd nie płynie przez niego. Kondensator C4 i opór R4 są połączone równolegle, a ich wartości są dostosowywane, aby mostek był wyważony.

Mostek Kelvina to kolejna modyfikacja mostka Wheatstone'a, używana do pomiaru niskich oporów w zakresie od 1mΩ do 1kΩ z dużą dokładnością. Dla precyzyjnego pomiaru niskiego oporu, potrzebne są wysokie napięcie zasilające i wrażliwy galwanometr w mostku Kelvina. Podczas pomiaru niskich oporów, opór przewodów łączących odgrywa ważną rolę. Używany jest mostek Wheatstone'a, który ma dwa dodatkowe opory, jak pokazano na rysunku. Opory R1 i R2 są połączone z drugim zestawem ramienia proporcji i zbudowane są czterosterminalowe opory. Tutaj R jest nieznany, a S to standardowy opór. Galwanometr jest umieszczony między c i d, aby opór przewodów łączących r mógł być zignorowany i nie wpływał na wartość pomiaru. W stanie wyważenia galwanometr pokazuje zero, a prąd nie płynie przez obwód. Równanie w stanie wyważenia wynosi:

Obwód mostka Hay'a

Obwód mostka Hay'a to inna wersja obwodu mostka Maxwella. W obwodzie Maxwella opór jest połączony równolegle do kondensatora, natomiast w obwodzie Hay'a opór jest połączony szeregowo ze standardowym kondensatorem, jak pokazano na rysunku. Jest to bardzo przydatne, jeśli kąt fazowy impedancji indukcyjnej jest bardzo duży, co można przezwyciężyć, biorąc niski opór szeregowy.

Mostek Andersona

Mostek Andersona to zmodyfikowana wersja mostka Maxwella. Głównym zastosowaniem tego mostka jest pomiar własnej indukcyjności w cewce za pomocą standardowego kondensatora i oporów. Główną zaletą tego mostka jest to, że nie wymaga częstego wyważania. Aby wyważyć mostek stałym prądem, regulowany jest zmienny opór r, a źródło AC jest zastępowane baterią i słuchawkami zamiast galwanometrem. Gdy mostek jest wyważony, potencjał na terminalu D jest taki sam jak na E. Prądy w odpowiednich gałęziach są oznaczone jako I1, I2 i I3, jak pokazano na rysunku.

Obwód mostka diodowego

To jest obwód mostkowy z ułożeniem czterech diod, które dają tę samą polaryzację wyjściową dla każdej polaryzacji wejściowej.