Мостик Уитстона

 

Мостовые схемы используются в различных областях элек­троники для проведения измерений, для целей управления m обеспечения возможности считывания переменных. Вместе с: мостовыми схемами применяются такие чувствительные эле­менты, как гальванометры, откалиброванные измерительные-приборы и датчики, обеспечивающие в случае разбаланса зву­ковую или световую сигнализацию.

В измерительной технике мостовые схемы используются для-определения величин сопротивлений, емкостей или индуктивно--стей, а также частоты сигнала. В системах управления мосто­вые схемы устанавливают наличие разбаланса между двумя: напряжениями, на основе чего вырабатываются сигналы кор­рекции ошибок. Мостовые схемы могут применяться в источни­ках питания, а также в некоторых схемах детектирования, как будет .показано в данной главе.

На рис. 9.1 изображена схема мостика Уитстона. В этой схе­ме резисторы образуют плечи мостовой цепи, в диагональ, включен индикаторный прибор, а к двум другим узлам подво­дится постоянное напряжение. Такая схема может применяться с источником переменного напряжения и измерителем, работаю­щим на .переменном токе. Однако на постоянном токе можно-использовать только резистивный мостик, поскольку при нали­чии индуктивности или емкости необходим источник переменно­го напряжения.

В схеме, показанной на рис. 9.1, a, R_s является стандартным резистором, величина которого известна, a R_x — резистор неиз­вестной величины. Если мост сбалансирован, величину R_x мож­но определить непосредственным образом или путем сопостав­ления со стандартным резистором R_s.

Существует множество состояний равновесия мостика Уит­стона, и одно из них показано л а рис. 9.1,6. На этой схеме все резисторы имеют равную величину, поэтому между верхним и нижним зажимами измерителя нет разности потенциалов.. В этом случае стрелка гальванометра или другого индикатор­ного прибора будет находиться в положении, соответствующем! равновесию (указывает на нуль).

На рис. 9.1, в показано другое состояние равновесия. В этой схеме сопротивления резисторов R₁ и R₂ составляют величины по 100 Ом, а сопротивления резисторов R_s и R_x — по 50 Ом. Вследствие равенства сопротивлений резисторов Ri и R₂ прило­женное напряжение делится между ними поровну. Аналогично этому напряжение делится поровну между резисторами R_s и R_x, хотя величины их сопротивлений и меньше величин сопро­тивлений двух других резисторов. Поэтому падение напряжения на R₂ равно падению напряжения на R_s, и опять между верх­ним и нижним зажимами нет разности потенциалов, т. е. Мост уравновешен. В этом случае величина сопротивления R_x равна 50 Ом, что соответствует величине .стандартного резистора.

Еще одно состояние равновесия моста иллюстрируется на рис. 9.1,г. На этой схеме сопротивление резистора Ri в два раза больше сопротивления резистора R₂, а сопротивление рези­стора R_s в два раза больше сопротивления резистора R_x. Вследствие равенства отношений R₂/R_x=R₁/R_s падения напря­жений на R₂ и R_x одинаковы, и мост уравновешен.

Рис. 9.1. Мостик Уитстона на постоянном токе.

 

Для различных условий равновесия, показанных на рис. 9.1, величину неизвестного сопротивления резистора R_x можно опре­делить из соотношения, выражающего условие равновесия-моста:

(9.1)

9.2. L и С-мостики Уитстона

 

Мостик Уитстона может быть также использован для изме­рения величины индуктивности или емкости (рис. 9.2). Индук­тивный мост изображен на рис. 9.2, а, причем в этом случае не­обходимо использовать источник переменного напряжения и из­мерительный прибор, работающий на переменном токе. При на­личии переменного тока индуктивное реактивное сопротивление вызовет падение напряжения на катушке индуктивности анало­гично тому, как напряжение падает на резисторах в плечах мо­ста. Поэтому, если падение напряжения на R₂ равно падению напряжения на L_x, мост уравновешен и можно определить неиз­вестную величину L_x из формулы

(9.2)

Для емкостного моста, показанного на рис. 9.2,6, функция реактивного сопротивления является обратной, поскольку реактивное сопротивление конденсатора уменьшается при увеличе­нии его емкости, в то время как реактивное сопротивление катушки при увеличении индуктивности возрастает. Поэтому в со­стоянии равновесия моста отношение сопротивлений R₁ и R₂ определяет искомую емкость:

(9.3)

Рис. 9.2. L- и С-мостики Уитстона.