Construção de Circuitos AC e Funcionamento de Circuitos AC

O circuito ponte nada mais é do que a configuração de circuito elétrico usada para medir valores desconhecidos de resistência, impedância, indutância e capacitância. Muitas pontes, como a ponte de Wheatstone, a ponte de Maxwell, a ponte de Kelvin, e muitas outras, são muito úteis para medir quantidades com precisão, funcionando no mesmo princípio. Abaixo está uma breve descrição do funcionamento de algumas dessas pontes:

Ponte de Wheatstone

Uma ponte de Wheatstone é um circuito elétrico desenvolvido por Charles Wheatstone, e é usado para determinar o valor de uma resistência elétrica desconhecida no circuito. A ponte de Wheatstone é altamente capaz de calcular resistências de baixo valor, as quais outros instrumentos, como o multímetro, não calculam com precisão.

O circuito da ponte de Wheatstone é um arranjo em forma de diamante de quatro resistores. Ele tem duas pernas paralelas, cada uma com dois resistores em série. Uma terceira perna conecta-se entre as duas pernas paralelas em algum ponto dentro das pernas, conforme desenhado na figura. Entre os quatro resistores, um valor de resistência pode ser determinado equilibrando as duas pernas. Dos quatro resistores, os valores de R1 e R3 são conhecidos, o valor de R2 é ajustável, e o valor de Rx deve ser calculado. Então, essa ajustagem é conectada à fonte elétrica e um galvanômetro entre o terminal D e o terminal B. Agora, o valor do resistor ajustável é ajustado até que a razão das duas ramificações de resistências se torne igual, ou seja, (R1/ R2) = (R3/Rx), e o galvanômetro lê zero, pois a corrente para de fluir pelo circuito. Agora, o circuito está equilibrado e o valor do resistor desconhecido pode ser medido facilmente. A leitura de R3 decide a direção do fluxo de corrente.

Ponte de Maxwell

O princípio de funcionamento da ponte de indutância de Maxwell é o mesmo da ponte de Wheatstone. Apenas pequenas modificações foram feitas na ponte de Wheatstone. Nesta ponte, as quatro ramificações consistem em uma indutância desconhecida (L1), um capacitor variável (C4), quatro resistores e um detector em vez de um galvanômetro, conforme mostrado na figura. É usada para medir o valor de indutância comparando o valor desconhecido com a capacitância variável padrão.

O princípio básico da ponte é compensar a fase de ângulo positivo da impedância desconhecida com a fase negativa de uma capacitância colocando-a na ramificação oposta. Fazendo isso, a diferença de potencial através do detector se tornará zero e nenhuma corrente fluirá através dele. O capacitor C4 e o resistor R4 estão conectados em paralelo e o valor de ambos é ajustado para que a ponte fique equilibrada.

Ponte de Kelvin é outra modificação da ponte de Wheatstone, usada para medir resistências baixas no intervalo de 1mΩ a 1kΩ com grande precisão. Para a medição precisa de resistências baixas, é necessário um fornecimento de tensão alta e um galvanômetro sensível na Ponte de Kelvin. Ao medir resistências baixas, a resistência dos fios de conexão desempenha um papel importante. A ponte de Wheatstone é usada, que possui dois resistores adicionais, conforme mostrado na figura. Os resistores R1 e R2 estão conectados ao segundo conjunto de braços de razão e construídos como resistores de quatro terminais. Aqui, R é desconhecido e S é o resistor padrão. Um galvanômetro é colocado entre c e d, de modo que a resistência do fio de conexão r possa ser negligenciada e não afetar o valor de medição. Na condição de equilíbrio, o galvanômetro mostra zero e nenhuma corrente flui pelo circuito. A equação na condição de equilíbrio é:

Circuito da Ponte de Hay

A ponte de Hay é outra variação do circuito da ponte de Maxwell. No circuito de Maxwell, a resistência é mantida em paralelo com o capacitor, enquanto, no circuito de Hay, o resistor está conectado em série com o capacitor padrão, conforme mostrado na figura. É muito útil se o ângulo de fase da impedância indutiva for muito grande, o que pode ser superado ao tomar uma resistência baixa em série.

Ponte de Anderson

A Ponte de Anderson é uma versão modificada da ponte de indutância capacitância de Maxwell. É principalmente usada para medir a auto-indutância em um enrolamento usando um capacitor padrão e resistores. A principal vantagem desta ponte é que ela não requer o equilíbrio frequente da ponte. Para equilibrar a ponte com corrente contínua, a resistência variável r é ajustada e a fonte CA é substituída por uma bateria e um fone de ouvido por um galvanômetro de bobina móvel. Uma vez que a ponte está equilibrada, o potencial no terminal D é semelhante ao potencial no E. O fluxo de corrente nas respectivas ramificações é denotado por I1, I2 e I3, conforme mostrado na figura.

Circuito da Ponte de Diodos

É um circuito de ponte com um arranjo de quatro diodos que fornece a mesma polaridade de saída para qualquer polaridade de entrada. O