Cos'è Maxwells Bridge: Circuit, Phasor Diagram & Applications

Cos'è Maxwells Bridge: Circuit, Phasor Diagram & Applications

I circuiti utilizzati per calcolare l'ignoto resistenza , induttanza, capacità, frequenza e mutua induttanza sono chiamati ponti CA. Questi circuiti funzionano con un segnale di tensione CA. Questi ponti funzionano secondo il principio del rapporto di bilanciamento delle impedenze che si ottiene dal rilevatore nullo e produce risultati accurati. In alcuni circuiti, è possibile utilizzare un amplificatore CA al posto del rilevatore nullo. Le equazioni di bilanciamento ottenute dal circuito possono essere utilizzate per determinare la resistenza, la capacità e l'induttanza sconosciute e anche indipendentemente dalla frequenza. I ponti AC vengono utilizzati in sistemi di comunicazione , elettrico complesso e circuiti elettronici e tanti altri. Esistono diversi tipi di ponti CA utilizzati nei circuiti elettronici. Sono il ponte Maxwells, il ponte Maxwells Wein, il ponte Anderson, il ponte Hay, il ponte Owen, il ponte De Sauty, il ponte Schering e il ponte della serie Wein.



Definizione di Maxwells Bridge

Il ponte di Maxwell è anche noto come ponte Wein di Maxwell o forma modificata di Ponte di Wheatstone o il ponte capacitivo di induttanza di Maxwell, è costituito da quattro bracci utilizzati per misurare induttanze sconosciute in termini di capacità e resistenze calibrate. Può essere utilizzato per misurare il valore di induttanza sconosciuto e confrontarlo con il valore standard. Funziona sul principio del confronto di valori di induttanza noti e sconosciuti.


Utilizza il metodo della deflessione nulla per calcolare l'induttanza con un parallelo calibrato resistore e condensatore. Si dice che il circuito a ponte di Maxwell sia in risonanza se l'angolo di fase positivo di un'impedenza induttiva viene compensato con l'angolo di fase negativo dell'impedenza capacitiva (collegata nel braccio opposto). Quindi non ci sarà corrente che fluisce attraverso il circuito e nessun potenziale attraverso il rilevatore nullo.





Maxwells Bridge Formula

Se il ponte di maxwell è in condizioni di equilibrio, l'induttanza sconosciuta può essere misurata utilizzando un condensatore standard variabile. La formula del ponte di maxwell è data come (in termini di induttanza, resistenza e capacità)

R1 = R2r3 / R4



L1 = R2R3C4


Il fattore di qualità del circuito a ponte di Maxwell è dato come,

Q = ωL1 / R1 = ωC4R4

Circuito di Maxwells Bridge

Il circuito del ponte di Maxwell è costituito da 4 bracci collegati in forma quadrata o romboidale. In questo circuito, due bracci contengono un singolo resistore, un altro braccio contiene un resistore e un induttore in combinazione in serie e l'ultimo braccio contiene un resistore e un condensatore in combinazione in parallelo. Di seguito è mostrato il circuito base del ponte di Maxwell.

Maxwell

Maxwell’s Bridge Circuit

Una sorgente di tensione CA e un rilevatore nullo sono collegati in diagonale al circuito a ponte per misurare il valore di induttanza sconosciuto e confrontati con i valori noti.

Equazione del ponte di Maxwells

Dal circuito, AB, BC, CD e DA sono i 4 bracci collegati a forma di rombo.

AB e CD sono i resistori R2 e R3,

BC è una combinazione in serie di resistore e induttore data come Rx e Lx.

DA è una combinazione parallela di resistore e condensatore data come R1 e C1

Considera Z1, Z2, Z3 e ZX sono le impedenze dei 4 bracci del circuito a ponte. I valori per queste impedenze sono dati come,

Z1 = (R1 + jwL1) [poiché Z1 = R1 + 1 / jwC1]

Z2 = R2

Z3 = R3

ZX = (R4 + jwLX)

O

Z1 = R1 in parallelo con C1 ovvero Y1 = 1 / Z1

Y1 = 1 / R1 + j ωC1

Z2 = R2

Z3 = R3

Zx = Rx in serie con Lx = Rx + jωLx

Prendi l'equazione di equilibrio di un circuito a ponte CA di base come segue,

Z1Zx = Z2Z3

Zx = Z2Z3 / Z1

Sostituire i valori delle impedenze del circuito a ponte di Maxwell nell'equazione di bilanciamento sopra. Poi,

Rx + jωLx = R2R3 ((1 / R1) + jωC1)

Rx + jωLx = R2R3 / R1 + jωC1R2R3

Ora equipara i termini reali e immaginari dalle due equazioni precedenti,

Rx = R2R3 / R1 e Lx = C1R2R3

Q = ωLx / Rx = ωC1R2R3x R1 / R2R3 = ωC1R

Dove Q = fattore di qualità del circuito a ponte

Rx = resistenza sconosciuta

Lx = induttanza sconosciuta

R2 e R3 = resistenze non induttive note

C1 = condensatore collegato in parallelo alla resistenza variabile R1

Diagramma dei fasori

Il ponte di Maxwell viene utilizzato per misurare l'induttanza sconosciuta del circuito utilizzando resistori calibrati e condensatori . Questo circuito a ponte confronta il valore di induttanza noto con un valore standard. Diagramma dei fasori del ponte di Maxwell circuito nella condizione di equilibrio è mostrato sotto.

Diagramma dei fasori

Diagramma dei fasori

Si dice che il circuito a ponte di Maxwell sia in una condizione equilibrata se gli sfasamenti di induttori e condensatori sono opposti l'uno all'altro. Ciò significa che l'impedenza capacitiva e l'impedenza induttiva sono poste l'una di fronte all'altra nel circuito del ponte. Gli attuali I3 e I4 sono in fase con I1 e I2. Variando le impedenze del circuito a ponte, la corrente può essere inferiore al segnale di tensione CA applicato.

Gli errori di misura possono essere eliminati grazie alla mutua induttanza tra i due indicatori. Poiché possono verificarsi errori sostanziali dovuti all'accoppiamento tra le bobine nel circuito. Per ottenere la condizione di equilibrio del circuito, il condensatore variabile e il resistore sono collegati in parallelo. Le induttanze misurate in una condizione di equilibrio sono indipendenti dalle frequenze.

Tipi di Maxwells Bridge

I diversi tipi di ponti sono

Maxwells Inductance Bridge

Questo tipo di circuito a ponte viene utilizzato per misurare il valore di induttanza sconosciuto del circuito confrontandolo con un valore standard di autoinduttanza. Due bracci del circuito a ponte hanno resistenze non induttive note, un altro braccio contiene induttanza variabile con un resistore fisso in serie, e un altro braccio contiene induttanza sconosciuta in serie con un resistore. La sorgente di tensione CA e un rilevatore nullo sono collegati attraverso le giunzioni del circuito. Lo schema del circuito è mostrato di seguito.

Maxwell

Maxwell's Inductance Bridge

Alla condizione di equilibrio, la formula per il circuito di induttanza di Maxwell è data come,

Dove L1 = induttanza sconosciuta con un resistore R1

R2 e R3 sono le resistenze non induttive

L2 è l'induttanza variabile con una resistenza fissa r2

R2 è il resistore variabile in serie con L2

Maxwells Inductance Capacitance Bridge

Questo tipo di circuito a ponte viene utilizzato per misurare il valore di induttanza sconosciuto confrontandolo con un condensatore standard variabile. Il segnale di tensione CA e un rilevatore di zero sono collegati alle giunzioni.

Ponte di capacità di induttanza

Ponte di capacità di induttanza

Dal circuito possiamo osservare che,

Un braccio contiene un condensatore standard variabile C1 in parallelo con una resistenza non induttiva variabile R1

Gli altri due bracci contengono resistenze non induttive note R2 e R3

Un altro braccio contiene un'induttanza sconosciuta Lx con una resistenza Rx in serie il cui valore deve essere misurato e confrontato con un valore noto.

L'espressione per la capacità di induttanza di Maxwell è data come, (in condizioni di equilibrio

Q = fattore di qualità del circuito a ponte di Maxwell

Vantaggi di Maxwells Bridges

I vantaggi sono

  • In condizioni di equilibrio, il circuito a ponte è indipendente dalla frequenza
  • Aiuta a misurare un'ampia gamma di valori di induttanza alla frequenza audio e di potenza
  • Per misurare direttamente il valore di induttanza, viene utilizzata la scala della resistenza calibrata.
  • Viene utilizzato per misurare l'alta gamma di induttanze e confrontato con un valore standard.

Svantaggi di Maxwells Bridge

Gli svantaggi sono

  • Il condensatore fisso nel circuito a ponte di Maxwell può creare interazione tra resistenza e bilanciamento della reattanza.
  • Non è adatto per misurare un intervallo elevato di fattori di qualità (valori Q> = 10)
  • Il condensatore standard variabile utilizzato nel circuito è molto costoso.
  • Non viene utilizzato per misurare il fattore di bassa qualità (valore Q) a causa della condizione di bilanciamento del circuito. Quindi viene utilizzato per bobine di media qualità.

Applicazioni di Maxwells Bridge

Le applicazioni sono

  • Utilizzato nei sistemi di comunicazione
  • Utilizzato nei circuiti elettronici
  • Utilizzato nei circuiti di potenza e frequenza audio
  • Utilizzato per misurare valori di induttanza sconosciuti del circuito e confrontati con un valore standard.
  • Utilizzato per misurare bobine di media qualità.
  • Utilizzato in circuiti di filtraggio, strumentazione, circuiti lineari e non lineari
  • Utilizzato nei circuiti di conversione di potenza.

Domande frequenti

1). Cosa sono i bridge AC e DC?

I ponti CA e CC vengono utilizzati per misurare componenti sconosciuti come induttanza, capacità e resistenza. Oppure misurare impedenze sconosciute del circuito.

I diversi tipi di ponti CA sono il ponte di Maxwell, il ponte Vienna di Maxwell, il ponte Anderson, il ponte di Hay, il ponte Owen, il ponte De Sauty, il ponte Schering e il ponte della serie Wein.

I ponti CC vengono utilizzati per misurare la resistenza sconosciuta nel circuito del ponte. I diversi tipi di ponti CC sono il ponte di Wheatstone, il ponte Kelvin e il ponte estensimetrico.

2). Quale ponte è sensibile alla frequenza?

Il ponte di Vienna è sensibile alla frequenza.

3). Qual è lo scopo di un circuito a ponte?

Lo scopo del circuito a ponte è di rettificare la corrente elettrica nell'alimentatore e misurare l'impedenza sconosciuta del circuito e confrontarla con un valore noto.

4). Qual è la formula dell'autoinduttanza?

Quando il flusso è noto, la formula per l'autoinduttanza è data come,

L = NΦm / I.

Dove 'L' è l'autoinduttanza in Henry's

'Φm' è il flusso magnetico nella bobina

'N' è il numero di giri

'I' è la corrente che scorre attraverso la bobina in Ampere.

5). Cosa sono gli oscillatori RC e LC?

L'oscillatore LC utilizza il circuito del serbatoio del condensatore induttore ed è un tipo di oscillatore a feedback positivo per produrre oscillazioni sostenute.

L'oscillatore lineare che utilizza resistori e condensatori per formare la rete RC con feedback positivo è chiamato oscillatore RC. È anche noto come oscillatore sinusoidale.

Quindi questo è tutto una panoramica del ponte di Maxwell definizione, tipi, formula, equazione, tipi, applicazioni, vantaggi e svantaggi del circuito. Ecco una domanda per te, 'quali sono gli altri tipi di circuiti a ponte?'