Các mạch được sử dụng để tính toán điều chưa biết Sức cản , độ tự cảm, điện dung, tần số và độ tự cảm lẫn nhau được gọi là cầu xoay chiều. Các mạch này hoạt động với tín hiệu điện áp xoay chiều. Các cầu nối này hoạt động dựa trên nguyên tắc tỷ lệ cân bằng của trở kháng được máy dò null thu được và cho kết quả chính xác. Trong một số mạch, bộ khuếch đại AC có thể được sử dụng thay cho bộ phát hiện rỗng. Các phương trình cân bằng thu được từ mạch có thể được sử dụng để xác định điện trở, điện dung và độ tự cảm chưa biết và cũng không phụ thuộc vào tần số. Các cầu AC được sử dụng trong hệ thống thông tin liên lạc , điện phức tạp và mạch điện và nhiều thứ khác nữa. Có nhiều loại cầu xoay chiều khác nhau được sử dụng trong các mạch điện tử. Đó là cầu Maxwells, cầu Maxwells Wein, cầu Anderson, cầu Hay’s, cầu Owen, cầu De Sauty, cầu Schering và cầu nối tiếp Wein.
Định nghĩa cầu Maxwells
Cầu Maxwell còn được gọi là cầu Maxwell’s Wein hoặc dạng sửa đổi của Cầu Wheatstone hoặc cầu điện dung tự cảm của Maxwell, bao gồm bốn nhánh được sử dụng để đo độ tự cảm chưa biết về điện dung và điện trở đã hiệu chuẩn. Nó có thể được sử dụng để đo giá trị điện cảm chưa biết và so sánh nó với giá trị tiêu chuẩn. Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh các giá trị điện cảm đã biết và chưa biết.
Nó sử dụng phương pháp làm lệch null để tính độ tự cảm với một bộ điều chỉnh song song điện trở và tụ điện. Mạch cầu Maxwell được cho là cộng hưởng nếu góc pha dương của trở kháng cảm ứng được bù với góc pha âm của trở kháng điện dung (được kết nối trong nhánh ngược lại). Do đó sẽ không có dòng điện chạy qua mạch và không có điện thế qua bộ dò rỗng.
Công thức cầu Maxwells
Nếu cầu maxwell ở trong điều kiện cân bằng, thì độ tự cảm chưa biết có thể được đo bằng cách sử dụng tụ điện tiêu chuẩn thay đổi được. Công thức cầu maxwell được đưa ra là (về điện cảm, điện trở và điện dung)
R1 = R2r3 / R4
L1 = R2R3C4
Yếu tố chất lượng của mạch cầu Maxwell được đưa ra là,
Q = ωL1 / R1 = ωC4R4
Mạch cầu Maxwells
Mạch cầu Maxwell gồm 4 nhánh nối hình vuông hoặc hình thoi. Trong mạch này, hai nhánh chứa một điện trở đơn, nhánh kia chứa một điện trở và cuộn cảm mắc nối tiếp, và nhánh cuối cùng chứa một điện trở và tụ điện kết hợp song song. Mạch cầu Maxwell cơ bản được trình bày bên dưới.
Mạch cầu Maxwell
Một nguồn điện áp xoay chiều và một máy dò rỗng được mắc theo đường chéo vào mạch cầu để đo giá trị điện cảm chưa biết và so sánh với các giá trị đã biết.
Phương trình cầu Maxwells
Từ đoạn mạch, AB, BC, CD, DA là 4 nhánh nối tiếp theo hình thoi.
AB và CD là các điện trở R2 và R3,
BC là một sự kết hợp nối tiếp của điện trở và cuộn cảm được cho là Rx và Lx.
DA là sự kết hợp song song của điện trở và tụ điện được cho là R1 và C1
Coi Z1, Z2, Z3, ZX là tổng trở của 4 nhánh của mạch cầu. Các giá trị cho các trở kháng này được đưa ra là,
Z1 = (R1 + jwL1) [vì Z1 = R1 + 1 / jwC1]
Z2 = R2
Z3 = R3
ZX = (R4 + jwLX)
Hoặc là
Z1 = R1 song song với C1 tức là Y1 = 1 / Z1
Y1 = 1 / R1 + j ωC1
Z2 = R2
Z3 = R3
Zx = Rx mắc nối tiếp với Lx = Rx + jωLx
Lấy phương trình cân bằng của một mạch cầu xoay chiều cơ bản như sau,
Z1Zx = Z2Z3
Zx = Z2Z3 / Z1
Thay thế các giá trị trở kháng của mạch cầu Maxwell trong phương trình cân bằng ở trên. Sau đó,
Rx + jωLx = R2R3 ((1 / R1) + jωC1)
Rx + jωLx = R2R3 / R1 + jωC1R2R3
Bây giờ hãy cân bằng các số hạng thực và ảo từ hai phương trình trên,
Rx = R2R3 / R1 và Lx = C1R2R3
Q = ωLx / Rx = ωC1R2R3x R1 / R2R3 = ωC1R
Trong đó Q = hệ số chất lượng của mạch cầu
Rx = điện trở không xác định
Lx = điện cảm không xác định
R2 và R3 = điện trở không cảm đã biết
C1 = tụ điện mắc song song với biến trở R1
Sơ đồ Phasor
Cầu Maxwell được sử dụng để đo độ tự cảm chưa biết của mạch bằng cách sử dụng các điện trở đã được hiệu chuẩn và tụ điện . Mạch cầu này so sánh giá trị điện cảm đã biết với một giá trị tiêu chuẩn. Sơ đồ phasor cầu của Maxwell mạch ở điều kiện cân bằng được hiển thị dưới đây.
Sơ đồ Phasor
Mạch cầu Maxwell được cho là ở trạng thái cân bằng nếu pha của cuộn cảm và tụ điện ngược pha nhau. Điều đó có nghĩa là trở kháng điện dung và trở kháng cảm ứng được đặt đối diện với nhau trong mạch cầu. Dòng điện I3 và I4 cùng pha với I1 và I2. Bằng cách thay đổi trở kháng của mạch cầu, dòng điện có thể trễ hơn tín hiệu điện áp xoay chiều được áp dụng.
Sai số đo có thể được loại bỏ do điện cảm lẫn nhau giữa hai chỉ số. Vì lỗi đáng kể có thể xảy ra do sự ghép nối giữa các cuộn dây trong mạch. Để đạt được điều kiện cân bằng của đoạn mạch, tụ điện và biến trở mắc song song. Các điện cảm đo được trong điều kiện cân bằng không phụ thuộc vào tần số.
Các loại cầu Maxwells
Các loại cầu khác nhau là
Cầu điện cảm Maxwells
Loại mạch cầu này dùng để đo giá trị độ tự cảm chưa biết của mạch bằng cách so sánh với giá trị chuẩn của độ tự cảm. Hai nhánh của mạch cầu đã biết điện trở không thuần, một nhánh khác chứa cuộn cảm thay đổi được với một điện trở cố định mắc nối tiếp và một nhánh khác chứa cuộn cảm chưa biết mắc nối tiếp với một điện trở. Nguồn điện áp xoay chiều và một bộ tách sóng rỗng được kết nối qua các điểm nối của mạch. Sơ đồ mạch được hiển thị bên dưới.
Cầu điện cảm của Maxwell
Ở điều kiện cân bằng, công thức của mạch điện cảm Maxwell được đưa ra là,
Trong đó L1 = Độ tự cảm không xác định với điện trở R1
R2 và R3 là điện trở không cảm ứng
L2 là cuộn cảm thay đổi được với điện trở cố định r2
R2 là biến trở mắc nối tiếp với L2
Cầu điện dung điện cảm Maxwells
Loại mạch cầu này được sử dụng để đo giá trị điện cảm chưa biết bằng cách so sánh nó với một tụ điện tiêu chuẩn thay đổi được. Tín hiệu điện áp AC và bộ dò null được kết nối tại các điểm nối.
Cầu điện dung điện cảm
Từ mạch điện, chúng ta có thể quan sát thấy rằng,
Một nhánh chứa tụ điện chuẩn thay đổi được C1 mắc song song với điện trở không thuần cảm biến R1
Hai nhánh còn lại chứa các điện trở không cảm đã biết R2 và R3
Một nhánh khác chứa độ tự cảm Lx chưa biết với điện trở Rx mắc nối tiếp có giá trị cần đo và so sánh với giá trị đã biết.
Biểu thức cho điện dung tự cảm Maxwell được cho là, (trong điều kiện cân bằng
Q = hệ số chất lượng của mạch cầu Maxwell
Ưu điểm của Cầu Maxwells
Những ưu điểm là
- Ở điều kiện cân bằng, mạch cầu không phụ thuộc tần số
- Nó giúp đo một loạt các giá trị điện cảm ở tần số âm thanh và nguồn điện
- Để đo trực tiếp giá trị điện cảm, thang đo điện trở đã hiệu chuẩn được sử dụng.
- Nó được sử dụng để đo dải điện cảm cao và so sánh với một giá trị tiêu chuẩn.
Nhược điểm của Cầu Maxwells
Những bất lợi là
- Tụ điện cố định trong mạch cầu Maxwell có thể tạo ra sự tương tác giữa điện trở và cân bằng điện kháng.
- Nó không phù hợp để đo một dải yếu tố chất lượng cao (giá trị Q> = 10)
- Tụ điện tiêu chuẩn biến đổi được sử dụng trong mạch rất tốn kém.
- Nó không được sử dụng để đo hệ số chất lượng thấp (giá trị Q) do điều kiện cân bằng mạch. Do đó nó được sử dụng cho các cuộn dây chất lượng trung bình.
Các ứng dụng của Maxwells Bridge
Các ứng dụng là
- Được sử dụng trong hệ thống thông tin liên lạc
- Được sử dụng trong các mạch điện tử
- Được sử dụng trong mạch nguồn và tần số âm thanh
- Dùng để đo các giá trị điện cảm chưa biết của mạch và so sánh với một giá trị tiêu chuẩn.
- Dùng để đo cuộn dây chất lượng trung bình.
- Được sử dụng trong các mạch lọc, thiết bị đo đạc, mạch tuyến tính và phi tuyến tính
- Được sử dụng trong các mạch chuyển đổi công suất.
Câu hỏi thường gặp
1). Cầu AC và DC là gì?
Cầu AC và cầu DC được sử dụng để đo các thành phần chưa biết như điện cảm, điện dung và điện trở. Hoặc đo các trở kháng chưa biết của mạch.
Các loại cầu xoay chiều khác nhau là cầu Maxwell, cầu Maxwell Wien, cầu Anderson, cầu Hay’s, cầu Owen, cầu De Sauty, cầu Schering và cầu nối tiếp Wein.
Các cầu DC được sử dụng để đo điện trở chưa biết trong mạch cầu. Các loại cầu DC khác nhau là cầu Wheatstone, cầu Kelvin và cầu đo biến dạng.
2). Cầu nào nhạy tần số?
Wien’s bridge nhạy cảm với tần số.
3). Mục đích của mạch cầu là gì?
Mục đích của mạch cầu là chỉnh lưu dòng điện trong nguồn điện và đo tổng trở của mạch chưa biết và so sánh với một giá trị đã biết.
4). Công thức của hiện tượng tự cảm là gì?
Khi biết từ thông, công thức của tự cảm được cho là,
L = NΦm / I.
Trong đó ‘L’ là tự cảm trong Henry
‘Φm’ là từ thông trong cuộn dây
‘N’ là số lượt
‘I’ là cường độ dòng điện chạy qua cuộn dây tính bằng Ampe.
5). Bộ dao động RC và LC là gì?
Bộ dao động LC sử dụng mạch cuộn cảm-tụ điện và nó là một loại dao động phản hồi tích cực để tạo ra dao động duy trì.
Bộ dao động tuyến tính sử dụng điện trở và tụ điện để tạo thành mạng RC với phản hồi tích cực được gọi là bộ dao động RC. Nó còn được gọi là bộ dao động hình sin.
Vì vậy, đây là tất cả tổng quan về cây cầu của Maxwell định nghĩa, loại, công thức, phương trình, loại, ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm của mạch. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, 'các loại mạch cầu khác là gì?'
