Xây dựng mạch điện xoay chiều và nguyên lý hoạt động của mạch điện xoay chiều

Cầu mạch điện không gì khác hơn là cấu hình mạch điện được sử dụng để đo các giá trị chưa biết của điện trở, trở kháng, cảm ứng và điện dung. Nhiều cầu như cầu Wheatstone, cầu Maxwell, cầu Kelvin, và nhiều loại khác rất hữu ích để đo lường các đại lượng một cách chính xác và hoạt động dựa trên cùng nguyên tắc. Dưới đây là mô tả ngắn gọn về cách hoạt động của một số cầu:

Cầu Wheatstone

Cầu Wheatstone là mạch điện do Charles Wheatstone phát triển, và nó được sử dụng để xác định giá trị của một điện trở điện trở chưa biết trong mạch. Cầu Wheatstone rất có khả năng tính toán các giá trị điện trở rất thấp mà các thiết bị khác như multimeter không thể tính toán chính xác.

Mạch cầu Wheatstone là một bố trí dạng kim cương gồm bốn điện trở. Nó có hai chân song song và mỗi chân có hai điện trở nối tiếp. Một chân thứ ba kết nối giữa hai chân song song tại một điểm nào đó trong các chân, như được vẽ trong hình. Trong bốn điện trở, giá trị của một điện trở có thể được xác định bằng cách cân bằng hai chân. Trong bốn điện trở, giá trị của R1 và R3 là đã biết, giá trị của R2 có thể điều chỉnh, và giá trị của Rx cần được tính. Sau đó, điều chỉnh này được kết nối với nguồn điện và một galvanometer giữa đầu D và đầu B. Bây giờ, giá trị của điện trở điều chỉnh được điều chỉnh cho đến khi tỷ lệ của hai nhánh điện trở trở nên bằng nhau, tức là (R1/ R2) = (R3/Rx), và galvanometer đọc giá trị zero vì dòng điện ngừng chảy qua mạch. Bây giờ mạch đã cân bằng và giá trị của điện trở chưa biết có thể được đo dễ dàng. Giá trị đọc của R3 quyết định hướng dòng chảy của dòng điện.

Cầu Maxwell

Nguyên lý hoạt động của cầu cảm ứng Maxwell giống như cầu Wheatstone. Chỉ có một vài thay đổi nhỏ đối với cầu Wheatstone. Trong cầu này, bốn nhánh bao gồm cảm ứng chưa biết (L1), một tụ điện có thể điều chỉnh (C4), bốn điện trở và bộ phát hiện thay vì galvanometer như được hiển thị trong hình. Nó được sử dụng để đo giá trị của cảm ứng bằng cách so sánh giá trị chưa biết với độ tụ điện chuẩn có thể điều chỉnh.

Nguyên lý cơ bản của cầu là để bù đắp góc pha dương của trở kháng chưa biết bằng góc pha âm của tụ điện bằng cách đặt nó ở nhánh đối diện. Bằng cách làm như vậy, hiệu điện thế giữa bộ phát hiện sẽ trở thành zero và không có dòng điện nào chảy qua nó. Tụ điện C4 và điện trở R4 được kết nối song song và giá trị của cả hai đều được điều chỉnh để cầu cân bằng.

Cầu Kelvin là một biến thể khác của cầu Wheatstone được sử dụng để đo điện trở thấp trong khoảng từ 1mΩ đến 1kΩ với độ chính xác cao. Để đo chính xác điện trở thấp, cần nguồn điện áp cao và galvanometer nhạy trong cầu Kelvin. Khi đo điện trở thấp, điện trở của dây nối đóng vai trò quan trọng. Cầu Wheatstone được sử dụng, có thêm hai điện trở như được hiển thị trong hình. Điện trở R1 và R2 được kết nối với bộ chia tỷ lệ thứ hai và tạo ra các điện trở bốn đầu. Ở đây, R là chưa biết và S là điện trở chuẩn. Một galvanometer được đặt giữa c và d để điện trở của dây nối r có thể bị bỏ qua và không ảnh hưởng đến giá trị đo. Khi cân bằng, galvanometer chỉ zero và không có dòng điện chảy qua mạch. Phương trình cân bằng là:

Cầu Hay

Cầu Hay là một biến thể khác của cầu Maxwell. Trong cầu Maxwell, điện trở được giữ song song với tụ điện, trong khi đó, trong cầu Hay, điện trở được kết nối theo chuỗi với tụ điện chuẩn như được hiển thị trong hình. Nó rất hữu ích nếu góc pha của trở kháng cảm ứng rất lớn, điều này có thể khắc phục bằng cách lấy một điện trở thấp theo chuỗi.

Cầu Anderson

Cầu Anderson là phiên bản cải tiến của cầu cảm ứng điện dung Maxwell. Nó chủ yếu được sử dụng để đo tự cảm trong cuộn dây bằng cách sử dụng tụ điện chuẩn và điện trở. Ưu điểm chính của cầu này là không cần phải cân bằng cầu thường xuyên. Để cân bằng cầu bằng dòng điện ổn định, điện trở biến đổi r được điều chỉnh và nguồn AC được thay thế bằng pin và tai nghe thay vì galvanometer. Khi cầu cân bằng, điện thế tại đầu D tương tự như điện thế tại E. Dòng điện chảy trong các nhánh tương ứng được ký hiệu là I1, I2, và I3 như được hiển thị trong hình.

Mạch cầu diode

Đó là mạch cầu có bố trí bốn diode, cho cùng cực tính ra cho mọi cực tính vào. Mạch cầu diode, còn gọi là cầu chỉnh lưu, được sử dụng ở bất kỳ nơi nào cần chuyển dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. Nó cũng được sử dụng để phát hiện biên độ của tín hiệu radio. Khi đầu dương của nguồn vào được kết nối với bên trái trên và đầu âm với bên phải dưới, dòng điện chảy từ đầu cung cấp phía trên đến đầu ra theo đường đỏ và quay lại đầu cung cấp phía dưới theo đường xanh như được hiển thị trong hình.

Nguồn: Electrical4u.

Lời tuyên bố: Respect the original, good articles worth sharing,&