De kredsløb, der bruges til at beregne det ukendte modstand , induktans, kapacitans, frekvens og gensidig induktans kaldes AC-broer. Disse kredsløb fungerer med et AC-spændingssignal. Disse broer arbejder på princippet om balanceforhold mellem impedanser, som opnås af nuldetektoren og giver nøjagtige resultater. I nogle af kredsløbene kan en AC-forstærker bruges i stedet for nuldetektoren. Balance ligningerne opnået fra kredsløbet kan bruges til at bestemme den ukendte modstand, kapacitans og induktans og også uafhængig af frekvens. AC-broerne bruges i kommunikationssystemer , komplekse elektriske og elektroniske kredsløb og mange flere. Der findes forskellige typer AC-broer, der bruges i elektroniske kredsløb. De er Maxwells bridge, Maxwells Wein bridge, Anderson bridge, Hay's bridge, Owen bridge, De Sauty bridge, Schering bridge og Wein series bridge.
Definition af Maxwells Bridge
Maxwells bro er også kendt som Maxwells Wein-bro eller modificeret form for Wheatstone bro eller Maxwells induktanskapacitansbro, består af fire arme, der bruges til at måle ukendte induktanser med hensyn til kalibrerede kapacitanser og modstande. Den kan bruges til at måle ukendt induktansværdi og sammenligner den med standardværdien. Det fungerer på princippet om sammenligning af kendte og ukendte induktansværdier.
Det bruger metoden med nullbøjning til at beregne induktans med en parallel kalibreret modstand og kondensator. Maxwells brokredsløb siges at være i resonans, hvis den positive fasevinkel af en induktiv impedans kompenseres med den negative fasevinkel for den kapacitive impedans (forbundet i den modsatte arm). Derfor strømmer der ikke nogen strøm gennem kredsløbet og intet potentiale over nuldetektoren.
Maxwells Bridge Formula
Hvis maxwells bro er i balance, kan den ukendte induktans måles ved hjælp af en variabel standard kondensator. Maxwells broformel er angivet som (med hensyn til induktans, modstand og kapacitans)
R1 = R2r3 / R4
L1 = R2R3C4
Kvalitetsfaktoren for Maxwells brokredsløb er angivet som,
Q = ωL1 / R1 = ωC4R4
Maxwells Bridge Circuit
Maxwells brokredsløb består af 4 arme, der er forbundet i kvadratisk eller rombeform. I dette kredsløb indeholder to arme en enkelt modstand, en anden arm indeholder en modstand og induktor i seriekombination, og den sidste arm indeholder en modstand og kondensator i parallel kombination. Det grundlæggende Maxwells brokredsløb er vist nedenfor.
Maxwells Bridge Circuit
En vekselspændingskilde og en nuldetektor er forbundet diagonalt til brokredsen for at måle den ukendte induktansværdi og sammenlignet med de kendte værdier.
Maxwells Bridge ligning
Fra kredsløbet er AB, BC, CD og DA de 4 arme, der er forbundet i romform.
AB og CD er modstandene R2 og R3,
BC er en seriekombination af modstand og induktor givet som Rx og Lx.
DA er en parallel kombination af modstand og kondensator angivet som R1 og C1
Overvej Z1, Z2, Z3 og ZX er impedanserne for de 4 arme på brokredsen. Værdierne for disse impedanser er angivet som,
Z1 = (R1 + jwL1) [siden Z1 = R1 + 1 / jwC1]
Z2 = R2
Z3 = R3
ZX = (R4 + jwLX)
Eller
Z1 = R1 parallelt med C1, dvs. Y1 = 1 / Z1
Y1 = 1 / R1 + j ωC1
Z2=R2
Z3 = R3
Zx = Rx i serie med Lx = Rx + jωLx
Tag balance ligningen af et grundlæggende AC bro kredsløb som følger,
Z1Zx = Z2Z3
Zx = Z2Z3 / Z1
Erstat værdierne for impedanserne for Maxwells brokredsløb i ovenstående ligningsligning. Derefter,
Rx + jωLx = R2R3 ((1 / R1) + jωC1)
Rx + jωLx = R2R3 / R1 + jωC1R2R3
Lign nu de reelle og imaginære termer fra ovenstående to ligninger,
Rx = R2R3 / R1 og Lx = C1R2R3
Q = ωLx / Rx = ωC1R2R3x R1 / R2R3 = ωC1R
Hvor Q = kvalitetsfaktor for brokredsen
Rx = ukendt modstand
Lx = ukendt induktans
R2 og R3 = kendte ikke-induktive modstande
C1 = kondensator forbundet parallelt med den variable modstand R1
Fasordiagram
Maxwells bro bruges til at måle den ukendte induktans i kredsløbet ved hjælp af kalibrerede modstande og kondensatorer . Dette brokredsløb sammenligner den kendte induktansværdi med en standardværdi. Maxwells brofasordiagram kredsløb i balancetilstand er vist nedenfor.
Fasordiagram
Maxwells brokredsløb siges at være i en afbalanceret tilstand, hvis induktorer og kondensatorers faseforskydninger er modsatte af hinanden. Det betyder, at kapacitiv impedans og induktiv impedans er placeret modsat hinanden i brokredsen. Den nuværende I3 og I4 er i fase med I1 og I2. Ved at variere impedanserne i brokredsen kan strømmen ligge bag det anvendte vekselspændingssignal.
Målefejl kan elimineres på grund af den gensidige induktans mellem de to indikatorer. Da der kan opstå væsentlige fejl på grund af koblingen mellem spolerne i kredsløbet. For at opnå kredsløbets balancetilstand er den variable kondensator og modstand forbundet parallelt. De målte induktanser i en balancetilstand er uafhængige af frekvenser.
Typer af Maxwells Bridge
De forskellige broer er
Maxwells induktansbro
Denne type brokredsløb bruges til at måle den ukendte induktansværdi af kredsløbet ved at sammenligne den med en standardværdi for selvinduktans. To arme i brokredsen kendte ikke-induktive modstande, en anden en arm indeholder variabel induktans med en fast modstand i serie, og en anden en arm indeholder ukendt induktans i serie med en modstand. AC-spændingskilden og en nul-detektor er forbundet på tværs af krydset i kredsløbet. Kredsløbsdiagrammet er vist nedenfor.
Maxwells induktansbro
I balancetilstanden er formlen for Maxwells induktanskredsløb angivet som,
Hvor L1 = Ukendt induktans med en modstand R1
R2 og R3 er de ikke-induktive modstande
L2 er den variable induktans med en fast modstand r2
R2 er den variable modstand i serie med L2
Maxwells induktans kapacitans bro
Denne type brokredsløb bruges til at måle ukendt induktansværdi ved at sammenligne den med en variabel standardkondensator. AC-spændingssignalet og en nul-detektor er forbundet i krydsene.
Induktanskapacitetsbro
Fra kredsløbet kan vi se,
Den ene arm indeholder variabel standard kondensator C1 parallelt med en variabel ikke-induktiv modstand R1
De to andre arme indeholder kendte ikke-induktive modstande R2 og R3
En anden arm indeholder ukendt induktans Lx med en modstand Rx i serie, hvis værdi der skal måles og sammenlignes med en kendt værdi.
Udtrykket for Maxwells induktanskapacitans gives som, (i balancetilstand
Q = kvalitetsfaktor for Maxwells brokredsløb
Fordele ved Maxwells Bridges
Fordelene er
- I balancetilstanden er brokredsen uafhængig af frekvensen
- Det hjælper med at måle en bred vifte af induktansværdier ved lyd og effektfrekvens
- For at måle induktansværdien direkte anvendes skalaen for kalibreret modstand.
- Det bruges til at måle det høje område af induktanser og sammenlignes med en standardværdi.
Ulemper ved Maxwells Bridge
Ulemperne er
- Den faste kondensator i Maxwells brokredsløb kan skabe interaktion mellem modstand og reaktansbalance.
- Det er ikke egnet til at måle et højt interval af kvalitetsfaktor (Q-værdier> = 10)
- Den variable standardkondensator, der anvendes i kredsløbet, er meget dyr.
- Det bruges ikke til at måle lavkvalitetsfaktoren (Q-værdi) på grund af kredsløbsbalancetilstanden. Derfor bruges den til spoler af medium kvalitet.
Anvendelser af Maxwells Bridge
Ansøgningerne er
- Anvendes i kommunikationssystemer
- Anvendes i elektroniske kredsløb
- Bruges i strøm- og lydfrekvens kredsløb
- Bruges til at måle ukendte induktansværdier i kredsløbet og sammenlignet med en standardværdi.
- Bruges til at måle spoler af medium kvalitet.
- Anvendes i filterkredsløb, instrumentering, lineære og ikke-lineære kredsløb
- Anvendes i effektkonverteringskredsløb.
Ofte stillede spørgsmål
1). Hvad er AC- og DC-broer?
AC-broer og DC-broer bruges til at måle ukendte komponenter som induktans, kapacitans og modstand. Eller mål ukendte impedanser på kredsløbet.
De forskellige typer ac-broer er Maxwells bro, Maxwells Wien-bro, Anderson-bro, Hay's bro, Owen-bro, De Sauty-bro, Schering-bro og Wein-seriebro.
DC-broerne bruges til at måle ukendt modstand i brokredsen. De forskellige typer DC-broer er Wheatstones bro, Kelvin-bro og stregmålerbro.
2). Hvilken bro er frekvensfølsom?
Wiens bro er frekvensfølsom.
3). Hvad er formålet med et brokredsløb?
Formålet med brokredsen er at rette op på den elektriske strøm i strømforsyningen og måle den ukendte impedans af kredsløbet og sammenligne den med en kendt værdi.
4). Hvad er formlen for selvinduktans?
Når fluxen er kendt, gives formlen for selvinduktans som,
L = NΦm / I.
Hvor 'L' er selvinduktansen i Henrys
'Φm' er den magnetiske flux i spolen
'N' er antallet af drejninger
'I' er strømmen, der strømmer gennem spolen i Amperes.
5). Hvad er RC og LC oscillatorer?
LC-oscillator bruger induktor-kondensatortank kredsløb, og det er en type positiv feedback-oscillator til at producere vedvarende svingninger.
Den lineære oscillator, der bruger modstande og kondensatorer til at danne RC-netværket med positiv feedback, kaldes RC-oscillatoren. Det er også kendt som en sinusformet oscillator.
Således er dette alt en oversigt over Maxwells bro kredsløbets definition, typer, formel, ligning, typer, applikationer, fordele og ulemper. Her er et spørgsmål til dig, 'hvad er de andre typer brokredsløb?'
