วงจรที่ใช้ในการคำนวณสิ่งที่ไม่รู้จัก ความต้านทาน ความเหนี่ยวนำความจุความถี่และการเหนี่ยวนำร่วมกันเรียกว่าสะพาน AC วงจรเหล่านี้ทำงานด้วยสัญญาณแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ สะพานเหล่านี้ทำงานบนหลักการของอัตราส่วนสมดุลของอิมพีแดนซ์ซึ่งได้มาจากเครื่องตรวจจับโมฆะและให้ผลลัพธ์ที่แม่นยำ ในบางวงจรสามารถใช้เครื่องขยายเสียง AC แทนเครื่องตรวจจับโมฆะได้ สมการสมดุลที่ได้จากวงจรสามารถใช้เพื่อกำหนดความต้านทานที่ไม่รู้จักความจุและความเหนี่ยวนำและยังไม่ขึ้นกับความถี่ ใช้สะพาน AC ใน ระบบการสื่อสาร ไฟฟ้าซับซ้อนและ วงจรอิเล็กทรอนิกส์ และอื่น ๆ อีกมากมาย. มีสะพาน AC ประเภทต่างๆที่ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ ได้แก่ Maxwells bridge, Maxwells Wein bridge, Anderson bridge, Hay’s bridge, Owen bridge, De Sauty bridge, Schering bridge และ Wein series bridge
คำจำกัดความของ Maxwells Bridge
สะพาน Maxwell มีชื่อเรียกอีกอย่างว่าสะพาน Maxwell’s Wein หรือรูปแบบที่ปรับเปลี่ยนของ สะพานวีทสโตน หรือสะพานความจุตัวเหนี่ยวนำของ Maxwell ประกอบด้วยสี่แขนที่ใช้ในการวัดค่าตัวเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักในแง่ของความจุและความต้านทานที่สอบเทียบแล้ว สามารถใช้เพื่อวัดค่าความเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักและเปรียบเทียบกับค่ามาตรฐาน ทำงานบนหลักการเปรียบเทียบค่าความเหนี่ยวนำที่รู้จักและไม่รู้จัก
ใช้วิธีการโก่งตัวเป็นโมฆะเพื่อคำนวณความเหนี่ยวนำด้วยการปรับเทียบแบบขนาน ตัวต้านทาน และตัวเก็บประจุ กล่าวกันว่าวงจรบริดจ์ของ Maxwell นั้นอยู่ในการสั่นพ้องหากมุมเฟสบวกของอิมพีแดนซ์อุปนัยถูกชดเชยด้วยมุมเฟสเชิงลบของอิมพีแดนซ์ capacitive (เชื่อมต่อด้วยแขนตรงข้าม) ดังนั้นจะไม่มีกระแสไหลผ่านวงจรและไม่มีศักย์ข้ามเครื่องตรวจจับโมฆะ
สูตร Maxwells Bridge
หากสะพานของแมกซ์เวลล์อยู่ในสภาพสมดุลจะวัดความเหนี่ยวนำที่ไม่ทราบสาเหตุได้โดยใช้ตัวเก็บประจุมาตรฐานแบบแปรผัน สูตรสะพานของ maxwell กำหนดเป็น (ในแง่ของการเหนี่ยวนำความต้านทานและความจุ)
R1 = R2r3 / R4
L1 = R2R3C4
ปัจจัยด้านคุณภาพของวงจรบริดจ์ของ Maxwell ได้รับเป็น
Q = ωL1 / R1 = ωC4R4
วงจร Maxwells Bridge
วงจรสะพานของ Maxwell ประกอบด้วย 4 แขนเชื่อมต่อกันเป็นรูปสี่เหลี่ยมจัตุรัสหรือรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน ในวงจรนี้แขนสองข้างประกอบด้วยตัวต้านทานตัวเดียวแขนอีกข้างหนึ่งมีตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำแบบอนุกรมและแขนสุดท้ายประกอบด้วยตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบขนาน วงจรบริดจ์ของ Maxwell พื้นฐานแสดงไว้ด้านล่าง
Maxwell’s Bridge Circuit
แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและเครื่องตรวจจับโมฆะเชื่อมต่อในแนวทแยงกับวงจรบริดจ์เพื่อวัดค่าความเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักและเปรียบเทียบกับค่าที่ทราบ
สมการสะพาน Maxwells
จากวงจร AB, BC, CD และ DA คือแขนทั้ง 4 ที่เชื่อมต่อกันในรูปสี่เหลี่ยมขนมเปียกปูน
AB และ CD เป็นตัวต้านทาน R2 และ R3
BC คือชุดของตัวต้านทานและตัวเหนี่ยวนำที่กำหนดให้เป็น Rx และ Lx
DA เป็นการรวมตัวต้านทานและตัวเก็บประจุแบบขนานที่กำหนดเป็น R1 และ C1
พิจารณา Z1, Z2, Z3 และ ZX คืออิมพีแดนซ์ของ 4 แขนของวงจรบริดจ์ ค่าสำหรับอิมพีแดนซ์เหล่านี้กำหนดเป็น
Z1 = (R1 + jwL1) [ตั้งแต่ Z1 = R1 + 1 / jwC1]
Z2 = R2
Z3 = R3
ZX = (R4 + jwLX)
หรือ
Z1 = R1 ขนานกับ C1 นั่นคือ Y1 = 1 / Z1
Y1 = 1 / R1 + j ωC1
Z2 = R2
Z3 = R3
Zx = Rx ในอนุกรมกับ Lx = Rx + jωLx
ใช้สมการสมดุลของวงจรสะพานกระแสสลับดังนี้
Z1Zx = Z2Z3
Zx = Z2Z3 / Z1
แทนค่าของอิมพีแดนซ์ของวงจรบริดจ์ของ Maxwell ในสมการสมดุลข้างต้น จากนั้น
Rx + jωLx = R2R3 ((1 / R1) + jωC1)
Rx + jωLx = R2R3 / R1 + jωC1R2R3
ตอนนี้หาค่าเทอมจริงและจินตภาพจากสองสมการข้างต้น
Rx = R2R3 / R1 และ Lx = C1R2R3
Q = ωLx / Rx = ωC1R2R3x R1 / R2R3 = ωC1R
โดยที่ Q = ปัจจัยคุณภาพของวงจรบริดจ์
Rx = ความต้านทานที่ไม่รู้จัก
Lx = การเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จัก
R2 และ R3 = ทราบค่าความต้านทานแบบไม่อุปนัย
C1 = ตัวเก็บประจุที่เชื่อมต่อแบบขนานกับตัวต้านทานตัวแปร R1
แผนภาพเฟสเซอร์
Maxwell’s bridge ใช้ในการวัดความเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักของวงจรโดยใช้ตัวต้านทานที่ปรับเทียบแล้วและ ตัวเก็บประจุ . วงจรบริดจ์นี้เปรียบเทียบค่าความเหนี่ยวนำที่รู้จักกับค่ามาตรฐาน แผนภาพเฟสเซอร์สะพานของ Maxwell วงจรในสภาวะสมดุลดังแสดงด้านล่าง
แผนภาพเฟสเซอร์
กล่าวกันว่าวงจรบริดจ์ของ Maxwell อยู่ในสภาพสมดุลหากการเปลี่ยนเฟสของตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุอยู่ตรงข้ามกัน นั่นหมายความว่าอิมพีแดนซ์ของ Capacitive และอิมพีแดนซ์อุปนัยจะอยู่ตรงข้ามกันในวงจรบริดจ์ I3 และ I4 ปัจจุบันอยู่ในเฟสกับ I1 และ I2 ด้วยการเปลี่ยนแปลงอิมพีแดนซ์ของวงจรบริดจ์กระแสไฟฟ้าอาจล้าหลังสัญญาณแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ใช้
ข้อผิดพลาดในการวัดสามารถกำจัดได้เนื่องจากความเหนี่ยวนำซึ่งกันและกันระหว่างตัวบ่งชี้ทั้งสอง เนื่องจากอาจเกิดข้อผิดพลาดอย่างมากเนื่องจากการมีเพศสัมพันธ์ระหว่างขดลวดในวงจร เพื่อให้ได้สภาวะสมดุลของวงจรตัวเก็บประจุและตัวต้านทานแบบแปรผันจะเชื่อมต่อแบบขนาน ค่าความเหนี่ยวนำที่วัดได้ในสภาวะสมดุลไม่ขึ้นกับความถี่
ประเภทของ Maxwells Bridge
สะพานประเภทต่างๆคือ
สะพาน Maxwells Inductance
วงจรบริดจ์ประเภทนี้ใช้ในการวัดค่าความเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักของวงจรโดยเปรียบเทียบกับค่ามาตรฐานของการเหนี่ยวนำตัวเอง แขนสองข้างของวงจรบริดจ์รู้จักความต้านทานแบบไม่อุปนัยส่วนอีกแขนหนึ่งมีการเหนี่ยวนำตัวแปรที่มีตัวต้านทานคงที่เป็นอนุกรมและอีกแขนหนึ่งมีค่าความเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักในอนุกรมที่มีตัวต้านทาน แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและเครื่องตรวจจับโมฆะเชื่อมต่อผ่านทางแยกของวงจร แผนภาพวงจรแสดงด้านล่าง
Maxwell’s Inductance Bridge
ที่สภาวะสมดุลสูตรสำหรับวงจรอุปนัยของ Maxwell จะได้รับเป็น
โดยที่ L1 = ความเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักพร้อมตัวต้านทาน R1
R2 และ R3 เป็นค่าความต้านทานแบบไม่อุปนัย
L2 คือตัวเหนี่ยวนำตัวแปรที่มีความต้านทานคงที่ r2
R2 เป็นตัวต้านทานตัวแปรในอนุกรมที่มี L2
Maxwells Inductance Capacitance Bridge
วงจรบริดจ์ประเภทนี้ใช้ในการวัดค่าความเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักโดยเปรียบเทียบกับตัวเก็บประจุมาตรฐานตัวแปร สัญญาณแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและเครื่องตรวจจับโมฆะเชื่อมต่อที่ทางแยก
สะพานความจุตัวเหนี่ยวนำ
จากวงจรเราสามารถสังเกตได้ว่า
แขนข้างหนึ่งมีตัวเก็บประจุมาตรฐานตัวแปร C1 ควบคู่ไปกับความต้านทานที่ไม่ใช่อุปนัยตัวแปร R1
อีกสองแขนประกอบด้วยตัวต้านทานแบบไม่อุปนัย R2 และ R3 ที่รู้จักกันดี
แขนอีกข้างหนึ่งมี Lx ตัวเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักพร้อมตัวต้านทาน Rx ในอนุกรมซึ่งค่าที่จะวัดและเปรียบเทียบกับค่าที่ทราบ
นิพจน์สำหรับความจุตัวเหนี่ยวนำของ Maxwell ได้รับเป็น (ในสภาวะสมดุล
Q = ปัจจัยด้านคุณภาพของวงจรบริดจ์ของ Maxwell
ข้อดีของ Maxwells Bridges
ข้อดีคือ
- ที่สภาวะสมดุลวงจรบริดจ์จะไม่ขึ้นกับความถี่
- ช่วยในการวัดค่าความเหนี่ยวนำที่หลากหลายที่ความถี่เสียงและพลังงาน
- ในการวัดค่าความเหนี่ยวนำโดยตรงจะใช้มาตราส่วนของความต้านทานที่ปรับเทียบแล้ว
- ใช้เพื่อวัดค่าการเหนี่ยวนำช่วงสูงและเปรียบเทียบกับค่ามาตรฐาน
ข้อเสียของ Maxwells Bridge
ข้อเสียคือ
- ตัวเก็บประจุแบบคงที่ในวงจรบริดจ์ของ Maxwell อาจสร้างปฏิสัมพันธ์ระหว่างความต้านทานและสมดุลของปฏิกิริยา
- ไม่เหมาะที่จะวัดปัจจัยคุณภาพระดับสูง (ค่า Q> = 10)
- ตัวเก็บประจุมาตรฐานตัวแปรที่ใช้ในวงจรมีราคาแพงมาก
- ไม่ได้ใช้เพื่อวัดตัวประกอบคุณภาพต่ำ (ค่า Q) เนื่องจากสภาพสมดุลของวงจร ดังนั้นจึงใช้สำหรับขดลวดคุณภาพปานกลาง
การใช้งาน Maxwells Bridge
การใช้งานคือ
- ใช้ในระบบสื่อสาร
- ใช้ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์
- ใช้ในวงจรความถี่กำลังและเสียง
- ใช้เพื่อวัดค่าความเหนี่ยวนำที่ไม่รู้จักของวงจรและเปรียบเทียบกับค่ามาตรฐาน
- ใช้ในการวัดขดลวดคุณภาพปานกลาง
- ใช้ในวงจรกรองเครื่องมือวัดวงจรเชิงเส้นและไม่เชิงเส้น
- ใช้ในวงจรแปลงไฟ
คำถามที่พบบ่อย
1). สะพาน AC และ DC คืออะไร?
สะพาน AC และสะพาน DC ใช้เพื่อวัดส่วนประกอบที่ไม่รู้จักเช่นความเหนี่ยวนำความจุและความต้านทาน หรือวัดความต้านทานที่ไม่รู้จักของวงจร
สะพาน ac ประเภทต่างๆ ได้แก่ Maxwell’s bridge, Maxwell’s Wien bridge, Anderson bridge, Hay’s bridge, Owen bridge, De Sauty bridge, Schering bridge และ Wein series bridge
สะพาน DC ใช้เพื่อวัดความต้านทานที่ไม่รู้จักในวงจรบริดจ์ สะพาน DC ประเภทต่างๆ ได้แก่ สะพาน Wheatstone สะพานเคลวินและสะพานวัดความเครียด
2). สะพานใดมีความไวต่อความถี่
สะพาน Wien มีความไวต่อความถี่
3). จุดประสงค์ของวงจรบริดจ์คืออะไร?
วัตถุประสงค์ของวงจรบริดจ์คือการแก้ไขกระแสไฟฟ้าในแหล่งจ่ายไฟและวัดความต้านทานที่ไม่รู้จักของวงจรและเปรียบเทียบกับค่าที่ทราบ
4). สูตรการเหนี่ยวนำตัวเองคืออะไร?
เมื่อรู้จักฟลักซ์สูตรสำหรับการเหนี่ยวนำตนเองจะได้รับเป็น
L = NΦm / I.
โดยที่ 'L' คือการเหนี่ยวนำตนเองใน Henry’s
‘Φm’ คือฟลักซ์แม่เหล็กในขดลวด
‘N’ คือจำนวนรอบ
‘I’ คือกระแสที่ไหลผ่านขดลวดในหน่วยแอมแปร์
5). ออสซิลเลเตอร์ RC และ LC คืออะไร?
LC oscillator ใช้วงจรถังตัวเหนี่ยวนำและตัวเก็บประจุและเป็นออสซิลเลเตอร์ป้อนกลับเชิงบวกประเภทหนึ่งเพื่อสร้างการสั่นที่ยั่งยืน
ออสซิลเลเตอร์เชิงเส้นซึ่งใช้ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุเพื่อสร้างเครือข่าย RC ที่มีผลตอบรับเชิงบวกเรียกว่า RC oscillator เป็นที่รู้จักกันในชื่อไซนัสออสซิลเลเตอร์
ดังนั้นนี่คือทั้งหมด ภาพรวมของสะพาน Maxwell นิยามประเภทสูตรสมการประเภทการใช้งานข้อดีและข้อเสียของวงจร คำถามสำหรับคุณมีดังนี้“ วงจรบริดจ์ประเภทอื่น ๆ คืออะไร”
