Costruzione del circuito del ponte di Anderson, suo funzionamento e applicazione

Il circuiti a ponte vengono utilizzati per misurare vari valori dei componenti come resistenza, capacità, induttanza, ecc. La forma semplice di un circuito a ponte consiste in una rete di quattro bracci di resistenze / impedenza che formano un circuito chiuso. Una sorgente di corrente viene applicata a due nodi opposti e un rilevatore di corrente è collegato ai restanti due nodi. Questo articolo discute il funzionamento del circuito a ponte Anderson e le sue applicazioni.

I circuiti a ponte utilizzano il principio di indicazione zero e il metodo di misurazione del confronto, noto anche come 'condizione di equilibrio del ponte a tensione zero. Il circuito a ponte confronta i valori di un componente sconosciuto con quelli di un componente standard accuratamente noto. Pertanto, la precisione dipende principalmente dal circuito del ponte, non dall'indicatore nullo.

Dal circuito del ponte sopra, l'equazione di bilanciamento è

Diversi tipi di ponti

Due tipi di ponti utilizzati per misurare i valori dei componenti. Sono ponti DC e ponti AC.

D.C Bridges lo sono

• Ponte di Wheatstone
• Ponte Kelvin

I vari tipi di ponti AC sono,

• Ponte di confronto delle induttanze
• Ponte di comparazione della capacità
• Il ponte di Maxwell
• C'è il ponte
• Anderson's bridge
• Ponte Schering
• Ponte di Vienna

A.C Bridges

I ponti CA sono spesso usati per misurare il valore dell'impedenza sconosciuta (auto / mutua induttanza degli induttori o capacità dei condensatori con precisione). Un circuito a ponte CA è costituito da quattro impedenze, una fonte di alimentazione CA e un rilevatore bilanciato. I rilevatori di equilibrio generalmente utilizzati per i ponti CA sono

• Cuffie (alle frequenze da 250 Hz a 3-4 kHz)
• Circuito amplificatore sintonizzabile (per una gamma di frequenze da 10 Hz a 100 Hz)
• Galvanometri a vibrazione (per frequenze a bassa gamma da 5Hz a 1000 Hz)

La risposta nulla (condizione di equilibrio del ponte) può essere ottenuta variando uno dei bracci del ponte. L'impedenza di un componente è in una forma polare che può avere una grandezza e un valore dell'angolo di fase. Per un circuito CA mostrato sopra, l'impedenza può essere scritta in termini di ampiezza e angolo di fase

Dove Z1, Z2, Z3, Z4 sono le magnitudini e θ1, θ2, θ3 e θ4 sono angoli di fase. Il prodotto di tutte le impedenze deve essere eseguito nella forma polare in cui tutte le grandezze vengono moltiplicate e gli angoli di fase devono essere aggiunti.

Qui, il ponte deve essere bilanciato sia per l'ampiezza delle condizioni che per gli angoli di fase. Dalle equazioni precedenti due condizioni da soddisfare per l'equilibrio del ponte. Uguagliando le magnitudini di entrambi i lati, otterremo la condizione di magnitudo come,

Z1.Z4 = Z2.Z3

E anche gli angoli di fase, θ1 + θ4 = θ2 + θ3

L'angolo di fase è + ve impedenze induttive e –ve per le impedenze capacitive.

Andersons Bridge Construction and Working

L'Anderson's Bridge è un ponte in corrente alternata utilizzato per misurare l'autoinduttanza della bobina. Consente di misurare l'induttanza di una bobina utilizzando un condensatore standard e resistenze. Non richiede un ripetuto bilanciamento del ponte. È una modifica del Maxwell's Bridge in cui anche il valore dell'autoinduttanza si ottiene confrontandolo con un condensatore standard. I collegamenti sono mostrati di seguito.

Andersons Bridge Construction and Working

Un braccio del ponte è costituito dall'induttore sconosciuto Lx con resistenza nota in serie con Lx. Questa resistenza R1 include la resistenza di l'induttore . La capacità C è il condensatore standard con r, R2, R3 e R4 sono di natura non induttiva.

Le equazioni del bilanciamento del ponte sono,

i1 = i3 e i2 = i4 + i_c,

V2 = i2.R3 e V3 = i3.R3

V1 = V2 + ic.r e V4 = V3 + io _c r

V1 = i1.R1 + i1.ω.L1 e V4 = i4.R4

Ora la tensione V è data da,

Dal circuito sopra, R2, R4 e raro in forma stellare, che viene trasformato nella sua forma delta equivalente per trovare le equazioni di bilanciamento del ponte come mostrato nella figura sotto.

Gli elementi nel delta equivalente sono dati da,

R5 = (R2.r + R4.r + R2.R4) / R4

R6 = (R2.r + R4.r + R2.R4) / R2

R7 = (R2.r + R4.r + R2.R4) / r

Ora l'R7 devia la sorgente e quindi non influisce sulla condizione di equilibrio. Quindi, trascurando R7 e riorganizzando una rete come sopra fig (b), otteniamo un ponte di induttanza di Maxwell.

Quindi l'equazione del bilancio è data da

Lx = CR3R5 e

R1 = R3. (R5 / R6)

Sostituendo i valori di R5 e R6, otterremo

Se il condensatore utilizzato non è perfetto, il valore dell'induttanza rimane invariato, ma cambia il valore di R1. Il metodo del ponte di Anderson può essere utilizzato anche per misurare il condensatore C se è disponibile un'autoinduttanza calibrata.

L'equazione di cui sopra che abbiamo ottenuto è più complessa di quella che abbiamo ottenuto nel ponte di Maxwell. Osservando le equazioni di cui sopra possiamo facilmente dire che per ottenere più facilmente la convergenza dell'equilibrio, si dovrebbero fare aggiustamenti alternativi di R1 e r nel ponte di Anderson.

Vediamo ora come ottenere sperimentalmente il valore dell'induttore sconosciuto. Per prima cosa, impostare la frequenza del generatore di segnale sulla gamma udibile. Ora regola R1 er in modo che le cuffie (rilevatore nullo) diano un suono minimo. Misurare i valori di R1 e r (ottenuti dopo queste regolazioni) con l'aiuto del multimetro. Usa la formula che abbiamo derivato sopra per scoprire il valore dell'induttanza sconosciuta. L'esperimento può essere ripetuto con il diverso valore del condensatore standard.

Vantaggi di Andersons Bridge

• Viene utilizzato il condensatore fisso, mentre altri ponti utilizzano un condensatore variabile.
• Il ponte viene utilizzato per la determinazione accurata dell'induttanza nel campo millimetrico.
• Questo ponte fornisce anche un risultato accurato per la determinazione della capacità in termini di induttanza.
• Il ponte è facilmente bilanciabile dal punto di vista della convergenza rispetto al ponte di Maxwell in caso di bassi valori di Q.

Svantaggi di Andersons Bridge

• È molto complicato rispetto ad altri ponti in termini di numero di componenti utilizzati.
• Anche le equazioni di equilibrio sono complicate da derivare.
• Il ponte non può essere facilmente schermato a causa del punto di giunzione aggiuntivo, per evitare gli effetti delle capacità parassite.

Applicazioni di Andersons Bridge

• Viene utilizzato per misurare l'autoinduttanza della bobina (L)
• Per trovare il valore della reattanza induttiva (XL) della bobina a una frequenza specifica

Dalle informazioni di cui sopra, infine, possiamo concludere che un ponte Anderson è ben noto per la sua applicazione che misura l'autoinduttanza da pochi micro Henry a diversi Henry precisamente. Ci auguriamo che tu abbia una migliore comprensione di questo concetto. Inoltre, eventuali dubbi in merito a questo concetto o a realizzare progetti elettrici ed elettronici per favore, dai i tuoi preziosi suggerimenti commentando nella sezione commenti qui sotto. Ecco una domanda per te, Quali sono le applicazioni dei ponti AC?