Тема 6. Измерение параметров элементов электрических схем мостовым методом
Мостовой метод является одним из основных способов измерения параметров элементов электрических схем, таких как резисторы, конденсаторы и катушка индуктивности. Этот метод основывается на принципе баланса мостовой схемы, когда измеряемый элемент включается в одну из ветвей моста и его параметры определяются по условиям баланса. Наиболее известным типом мостовой схемы является мост Уитстона, который используется для измерения сопротивлений, но существуют и другие мосты для измерения емкостей и индуктивностей.
В основе любого мостового метода лежит идея уравновешивания схемы, что достигается подстройкой известного элемента так, чтобы напряжение между двумя противоположными точками моста (диагональные точки) стало нулевым. В момент, когда баланс достигнут, можно использовать известные параметры других элементов моста для вычисления параметра измеряемого элемента.
Рассмотрим мост Уитстона для измерения сопротивлений. Он состоит из четырех резисторов, соединенных по схеме ромба, и источника питания, подсоединенного к двум противоположным вершинам ромба. Два резистора имеют известные значения, один резистор – это регулируемый элемент (реостат), и четвертый резистор – это измеряемый элемент. Когда регулируемый резистор настроен так, что напряжение между двумя другими противоположными вершинами моста становится нулевым, достигается баланс.
Для измерения емкостей и индуктивностей также используются мостовые схемы, но с немного другой конфигурацией и принципом работы. Например, для измерения емкости часто используется мост Шеринга. Он схож с мостом Уитстона, но включает конденсаторы и работает на переменном токе. В этом случае, уравновешивание моста достигается изменением известной емкости или сопротивления так, чтобы напряжение между диагональными точками моста было нулевым. Подобные принципы применяются и в мостах для измерения индуктивностей, где используются катушки индуктивности.
Основное преимущество мостового метода – это высокая точность измерений, так как он позволяет минимизировать влияние посторонних факторов, таких как нестабильность источника питания и шумы в измерительной цепи. Кроме того, мостовые схемы позволяют проводить измерения в широком диапазоне значений, что делает их универсальными инструментами в электротехнике и электронике.
Тема 7. Измерение параметров элементов электрических схем резонансным методом.
Резонансный метод измерения параметров элементов электрических схем является одним из наиболее точных и широко используемых методов в электронике. Этот метод основан на явлении резонанса, которое происходит, когда частота внешнего воздействия совпадает с собственной частотой колебательной системы, что приводит к максимальному значению амплитуды колебаний.
В электрических схемах, резонанс обычно наблюдается в LC-контурах. В таком контуре происходит резонанс, когда индуктивное сопротивление катушки и емкостное сопротивление конденсатора уравновешиваются. Это приводит к минимальному полному сопротивлению контура и максимальному току при резонансной частоте.
Для измерения параметров элементов резонансным методом, необходимо собрать экспериментальную схему, которая включает исследуемый элемент и известный элемент, образующий резонансный контур. Обычно схема состоит из последовательного или параллельного соединения элементов, и измеряется параметр при резонансной частоте.
Рассмотрим
последовательный резонансный контур,
состоящий из катушки индуктивности L,
конденсатора C и резистора 𝑅,
который используется для моделирования
потерь в контуре. В этом случае резонансная
частота
определяется
формулой:
При резонансе, импеданс контура минимален, и ток достигает максимума. Этот максимум можно зарегистрировать с помощью амперметра, подключенного последовательно с контуром, или анализируя амплитудно-частотную характеристику.
Для измерения индуктивности в цепь включают известный конденсатор и подбирают частоту, при которой наступает резонанс. Зная ёмкость 𝐶 и измерив резонансную частоту , можно вычислить индуктивность 𝐿:
Для измерения ёмкости в контур включают известную индуктивность и определяют резонансную частоту. Затем ёмкость 𝐶 определяется по аналогичной формуле:
Резонансный метод измерения параметров элементов электрических схем предоставляет высокую точность и информативность. Он позволяет не только определить индуктивность и ёмкость, но и оценить качества элементов, такие как добротность, что делает его незаменимым в радиоэлектронике и других областях, связанных с высокочастотными сигналами.