Thuật ngữ 'Cầu Wheatstone' còn được gọi là Cầu Kháng cự, được phát minh bởi 'Charles Wheatstone'. Mạch cầu này được sử dụng để tính toán các giá trị điện trở chưa biết và như một phương tiện điều chỉnh dụng cụ đo lường, ampe kế, vôn kế, v.v. Tuy nhiên, milimét kỹ thuật số hiện nay cung cấp cách dễ nhất để tính điện trở. Trong những ngày gần đây, cầu Wheatstone được sử dụng trong nhiều ứng dụng chẳng hạn như nó có thể được sử dụng với bộ khuếch đại quang hiện đại để giao tiếp với các cảm biến và đầu dò khác nhau để mạch khuếch đại S. Mạch cầu này được cấu tạo với hai điện trở nối tiếp và song song đơn giản ở giữa đầu nối nguồn điện áp và đầu nối đất. Khi cầu nằm cân bằng thì đầu nối đất tạo ra hiệu điện thế giữa hai nhánh song song bằng không. Cầu Wheatstone bao gồm hai đầu nối i / p và hai đầu nối o / p bao gồm bốn điện trở được sắp xếp theo hình kim cương.

“toàn cầu vs nửa cầu ”

Cầu Wheatstone

Cầu Wheatstone và hoạt động của nó

Cầu Wheatstone được sử dụng rộng rãi để đo điện trở. Mạch này là được xây dựng với hai điện trở đã biết , một điện trở chưa biết và một biến trở được nối theo dạng cầu. Khi điều chỉnh biến trở thì cường độ dòng điện trong điện kế bằng không, tỉ số của hai điện trở chưa biết bằng tỉ số giữa giá trị của điện trở chưa biết và giá trị điều chỉnh của biến trở. Bằng cách sử dụng Cầu Wheatstone, giá trị điện trở chưa biết có thể dễ dàng đo được.

Bố trí mạch cầu Wheatstone

Sự sắp xếp mạch của cầu Wheatstone được hiển thị bên dưới. Mạch này được thiết kế với bốn nhánh, là AB, BC, CD & AD và bao gồm điện trở P, Q, R và S. Trong bốn điện trở này, P và Q là các điện trở cố định đã biết. Điện kế được kết nối giữa các cực B & D qua công tắc S1. Nguồn điện áp được kết nối với các cực A & C thông qua một công tắc S2. Một biến trở ‘S’ được nối giữa hai đầu C & D. Điện thế ở đầu D thay đổi khi giá trị của biến trở điều chỉnh. Ví dụ, dòng điện I1 và I2 chạy qua các điểm ADC và ABC. Khi giá trị điện trở của cánh tay CD thay đổi, thì dòng điện I2 cũng sẽ thay đổi.

Bố trí mạch cầu Wheatstone

Nếu chúng ta có xu hướng điều chỉnh điện trở biến đổi, một trạng thái của sự việc có thể quay trở lại một lần khi điện áp giảm trên điện trở S là I2.S trở nên có khả năng đặc biệt đối với điện áp giảm trên điện trở Q tức là I1.Q. Do đó điện thế của điểm B bằng với điện thế của điểm D do đó hiệu điện thế b / n hai điểm này bằng không do đó dòng điện qua điện kế bằng không. Khi đó độ lệch trong điện kế bằng không khi đóng công tắc S2.

Cầu Wheatstone Derivation

Từ đoạn mạch trên, dòng điện I1 và I2 là

I1 = V / P + Q và I2 = V / R + S

Bây giờ điện thế của điểm B so với điểm C là điện áp rơi trên bóng bán dẫn Q, khi đó phương trình là

I1Q = VQ / P + Q ………………………… .. (1)

Điện thế của điểm D so với C là điện áp rơi trên điện trở S, khi đó có phương trình là

I2S = VS / R + S ………………………… .. (2)

Từ phương trình 1 và 2 ở trên, chúng ta nhận được,

VQ / P + Q = VS / R + S

`` Q / P + Q = S / R + S

P + Q / Q = R + S / S

P / Q + 1 = R / S + 1

P / Q = R / S

R = SxP / Q

Ở đây trong phương trình trên, giá trị của P / Q và S đã được biết trước, vì vậy giá trị R có thể dễ dàng được xác định.

Các điện trở của cầu Wheatstone chẳng hạn như P và Q được làm theo tỷ lệ xác định, chúng là 1: 1 10: 1 (hoặc) 100: 1 được gọi là nhánh tỷ lệ và nhánh biến đổi S được làm luôn biến đổi từ 1-1.000 ohms hoặc từ 1-10.000 ohms

Ví dụ về Cầu Wheatstone

Đoạn mạch sau là mạch cầu Wheatstone không cân bằng, hãy tính hiệu điện thế o / p qua các điểm C, D và giá trị của điện trở R4 cần để mạch cầu cân bằng.

Ví dụ về Cầu Wheatstone

Nhánh nối tiếp đầu tiên trong mạch trên là ACB
Vc = (R2 / (R1 + R2)) X Vs
R2 = 120ohms, R1 = 80 ohms, Vs = 100
Thay các giá trị này vào phương trình trên
Vc = (120 / (80 + 120)) X 100
= 60 vôn
Nhánh thứ hai trong mạch trên là ADB

VD = R4 / (R3 + R4) X Vs

“công tắc đèn đôi ném đơn cực ”

DV = 160 / (480 + 160) X 100
= 25 vôn
Điện áp trên các điểm C & D được cho là
Vout = VC-VD
Vout = 60-25 = 35 volt.
Giá trị của điện trở R4 cần thiết để cân bằng cầu Wheatstone được cho là:
R4 = R2 R3 / R1
120X480 / 80
720 ôm.

Vì vậy, cuối cùng chúng ta có thể kết luận rằng, cầu Wheatstone có hai đầu nối i / p & hai đầu nối o / p là A & B, C & D. Khi mạch trên được cân bằng, điện áp trên các đầu nối o / p bằng 0 vôn. Khi cầu Wheatstone không cân bằng, điện áp o / p có thể là + ve hoặc –ve tùy thuộc vào hướng mất cân bằng.

Ứng dụng của cầu Wheatstone

Ứng dụng của cầu Wheatstone là dò đèn sử dụng mạch cầu Wheatstone

Mạch dò đèn cầu Wheatstone

Mạch cầu cân bằng được sử dụng trong nhiều ứng dụng điện tử để đo sự thay đổi cường độ ánh sáng, sức căng hoặc áp suất. Các loại cảm biến điện trở khác nhau có thể được sử dụng trong mạch cầu Wheatstone bao gồm: chiết áp, LDR, đồng hồ đo biến dạng và nhiệt điện trở, v.v.

Các ứng dụng cầu Wheatstone được sử dụng để cảm nhận các đại lượng điện và cơ học. Tuy nhiên, ứng dụng đơn giản của cầu Wheatstone là đo ánh sáng bằng thiết bị phản quang. Trong mạch cầu Wheatstone, một điện trở phụ thuộc ánh sáng được đặt vào vị trí của một trong các điện trở.

LDR là một cảm biến điện trở thụ động, được sử dụng để chuyển đổi mức ánh sáng nhìn thấy thành sự thay đổi điện trở và sau đó là điện áp. LDR có thể được sử dụng để đo và theo dõi mức cường độ ánh sáng. LDR có điện trở vài Megha ohms trong ánh sáng mờ hoặc tối khoảng 900Ω ở cường độ sáng 100 Lux và giảm xuống khoảng 30ohms trong ánh sáng chói. Bằng cách kết nối điện trở phụ thuộc ánh sáng trong mạch cầu Wheatstone, chúng ta có thể đo và theo dõi sự thay đổi của mức độ ánh sáng.

Đây là tất cả về cầu Wheatstone và nguyên lý cầu Wheatstone, hoạt động của nó với ứng dụng. Chúng tôi hy vọng rằng bạn đã hiểu rõ hơn về khái niệm này. Hơn nữa, bất kỳ câu hỏi hoặc nghi ngờ nào liên quan đến bài viết này hoặc dự án điện tử , vui lòng đưa ra phản hồi của bạn bằng cách bình luận trong phần bình luận bên dưới.

Tín ảnh: