Строение цепей переменного тока и принцип их работы

Мостовая схема — это электрическая схема, используемая для измерения неизвестных значений сопротивления, импеданса, индуктивности и емкости. Многие мосты, такие как мост Уитстона, мост Максвелла, мост Кельвина и многие другие, очень полезны для точного измерения величин, работая на том же принципе. Ниже приведено краткое описание работы некоторых из этих мостов:

Мост Уитстона

Мост Уитстона — это электрическая схема, разработанная Чарльзом Уитстоном, которая используется для определения значения неизвестного электрического сопротивления в цепи. Мост Уитстона способен очень точно измерять сопротивления низкого значения, которые другие приборы, такие как мультиметр, не могут измерить точно.

Схема моста Уитстона представляет собой ромбовидную конфигурацию из четырех резисторов. У нее есть две параллельные ветви, каждая из которых содержит два резистора последовательно. Третья ветвь соединена между двумя параллельными ветвями в какой-то точке внутри ветвей, как показано на рисунке. Среди четырех резисторов, значение одного резистора можно определить, уравновешивая две ветви. Из четырех резисторов, значения R1 и R3 известны, значение R2 регулируется, а значение Rx нужно вычислить. Затем этот регулятор подключается к источнику питания, а гальванометр — между терминалами D и B. Теперь значение регулируемого резистора настраивается до тех пор, пока отношение двух ветвей сопротивлений не станет равным, т.е. (R1/ R2) = (R3/Rx), и гальванометр показывает ноль, так как ток перестает течь по цепи. Теперь цепь уравновешена, и значение неизвестного резистора можно легко измерить. Показания R3 определяют направление тока.

Мост Максвелла

Принцип работы моста Максвелла тот же, что и у моста Уитстона. В мосте Уитстона были сделаны лишь небольшие изменения. В этом мосте четыре ветви состоят из неизвестной индуктивности (L1), переменного конденсатора (C4), четырех резисторов и детектора вместо гальванометра, как показано на рисунке. Он используется для измерения значения индуктивности путем сравнения неизвестного значения со стандартной переменной емкостью.

Основной принцип моста заключается в компенсации положительного фазового угла неизвестного импеданса отрицательным фазовым углом емкости, помещенной в противоположную ветвь. Таким образом, потенциальная разность через детектор становится равной нулю, и ток через него не течет. Конденсатор C4 и резистор R4 подключены параллельно, и их значения регулируются до тех пор, пока мост не уравновесится.

Мост Кельвина — это еще одна модификация моста Уитстона, который используется для измерения низких сопротивлений в диапазоне от 1 мОм до 1 кОм с высокой точностью. Для точного измерения низкого сопротивления, требуется высокое напряжение и чувствительный гальванометр. При измерении низких сопротивлений важную роль играет сопротивление соединительных проводов. Используется мост Уитстона, который имеет два дополнительных резистора, как показано на рисунке. Резисторы R1 и R2 подключены ко второму набору соотношений и составляют четырехтерминальные резисторы. Здесь R — неизвестное, а S — стандартный резистор. Гальванометр устанавливается между c и d, чтобы сопротивление соединительного провода r можно было игнорировать, и оно не влияло на измеренное значение. В условиях баланса гальванометр показывает ноль, и ток не течет по цепи. Уравнение при условии баланса:

Мост Хея

Мост Хея — это еще одна вариация мостовой схемы Максвелла. В схеме Максвелла резистор подключен параллельно конденсатору, тогда как в схеме Хея резистор подключен последовательно со стандартным конденсатором, как показано на рисунке. Это очень полезно, если фазовый угол индуктивного импеданса очень велик, что можно преодолеть, взяв малое сопротивление последовательно.

Мост Андерсона

Мост Андерсона — это модифицированная версия моста Максвелла для индуктивности и емкости. Он主要用于测量线圈中的自感，使用标准电容和电阻。该桥的主要优点是不需要频繁平衡桥路。为了通过稳态电流平衡桥路，调整可变电阻r，并用电池和动圈式检流计替换交流电源。一旦桥路平衡，D端的电位与E端相同。各分支中的电流分别用I1、I2和I3表示，如图所示。

Диодный мостовой выпрямитель

Это мостовая схема, состоящая из четырех диодов, которая обеспечивает одинаковую полярность выходного напряжения для любого входного напряжения. Диодный мост, также называемый мостовым выпрямителем, используется там, где необходимо преобразовать переменный ток в постоянный. Он также используется для обнаружения амплитуды радиосигналов. Когда положительный вывод входа подключен к верхнему левому и отрицательный — к нижнему правому, ток течет от верхнего вывода питания к выходу по красному пути и возвращается обратно к нижнему выводу питания по синему пути, как показано на рисунке.