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휘트 스톤 브리지 회로 및 동작 이론

기타 회로

그만큼 휘트 스톤 브릿지 원래 Charles Wheatstone에 의해 개발되었다.미지의 저항 값을 측정하고 긴 저항성 슬라이드 와이어를 사용하여 측정 장비, 전압계, 전류계 등을 교정하는 수단으로 사용됩니다.

오늘날 디지털 멀티 미터는 저항을 측정하는 가장 간단한 방법을 제공하지만. 그만큼 휘트 스톤 브릿지 밀리 오옴 (milli-Ohms) 범위 내에서 매우 낮은 저항 값을 측정하는 데 계속 사용할 수 있습니다.

휘트 스톤 브리지 (또는 저항 브리지) 회로는 여러 가지 애플리케이션에서 사용할 수 있으며 오늘날에는 최신 연산 증폭기를 사용하여 휘트 스톤 브리지 회로 이러한 변환기 회로에 다양한 변환기 및 센서를 인터페이스 할 수 있습니다.

휘트 스톤 브리지 회로는 더 이상 없습니다.전압 공급 단자와 그라운드 사이에 연결된 두 개의 간단한 직렬 - 병렬 배열로 연결된 두 개의 병렬 브랜치가 균형을 이루면서 제로 전압 차를 발생시킨다. 휘트 스톤 브리지 회로는 두 개의 입력 단자와 그림과 같이 다이아몬드 형 배열로 구성된 네 개의 저항으로 구성된 두 개의 출력 단자를 가지고있다. 이것은 휘트 스톤 브리지가 그려지는 전형적인 방법입니다.

휘트 스톤 브릿지

휘 스톤 브릿지

균형을 맞춘 경우 휘트 스톤 브리지는 단순히 두 개의 직렬 스트링으로 간단히 분석 할 수 있습니다. 직렬 저항기에 대한 자습서에서는 시리즈 체인 내의 각 저항이 IR 옴스 법 (Ohms Law)에 정의 된대로 전류가 흐르기 때문에 그 자체로 전압 강하, 전압 강하 또는 전압 강하가 발생합니다. 아래의 직렬 회로를 고려하십시오.

직렬 저항 회로

2 개의 저항이 직렬로 연결되어 있기 때문에 동일한 전류 (i)가 양쪽 모두에 흐른다. 따라서이 두 개의 저항을 직렬로 흐르는 전류는 V / R.

I = V ÷ R = 12V ÷ (10Ω + 20Ω) = 0.4A

지점 C의 전압은 하단 저항 R의 전압 강하이다.2 다음과 같이 계산됩니다.

VR2 = I × R2 = 0.4A × 20Ω = 8V

그러면 소스 전압 V에스 2 개의 직렬 저항 사이에서 저항에 직접 비례하여 VR1 = 4V 및 VR2 = 8V. 이것은 전압 분배의 원리로서, 일반적으로 전위 분배기 회로 또는 전압 분배기 네트워크라고 불리는 것을 생성합니다.

이제 다른 직렬 저항 회로를 병렬로 동일한 저항 값을 사용하여 추가하면 첫 번째 회로와 다음 회로가 생깁니다.

직렬 병렬 저항 회로

두 번째 직렬 회로는 첫 번째 저항 값과 동일한 저항 값을 갖기 때문에 점 D에서의 전압은 저항기 양단의 전압 강하 R4 전압이 공통이고 2 개의 저항성 네트워크가 동일하기 때문에 제로 (배터리 음극)와 관련하여 8 볼트에서 동일합니다.

그러나 똑같이 중요한 것은지점 C와 지점 D 사이의 전압 차이는 두 지점이 모두 8 볼트의 동일한 값이기 때문에 0 볼트가됩니다. C = D = 8 볼트이면 전압 차이는 0 볼트입니다.

이 경우 병렬 브리지 네트워크의 양면이 균형이 잡힌 점 C에서의 전압은 점 D에서의 전압과 동일하고 그 차가 제로이기 때문이다.

이제 두 개의 저항 R의 위치를 ​​바꾼 경우 어떻게 될지 생각해 봅시다.3 및 R4 R에 대한 두 번째 병렬 분기에서1 및 R2.

역전 저항 회로

저항기가있는 R3 및 R4 반전되면, 동일한 전류가 직렬 결합을 통해 흐르고 점 D의 전압도 저항기의 전압 강하 R4 될거야:

VR4 = 0.4A × 10Ω = 4V

지금 V가있는R4 4V가 떨어지면 C와 D의 전압 차는 4V가되고 C = 8V, D = 4V가됩니다. 다음은 이번에 차이가 있습니다 : 8 - 4 = 4 볼트

2 개의 저항을 교환 한 결과는 다음과 같습니다.병렬 네트워크의 양측 또는 "팔"은 서로 다른 전압 강하를 생성하므로 서로 다릅니다. 이것이 발생하면 병렬 네트워크는 불안정한 지점 C에서의 전압은 지점 D에서의 전압과 다른 값이기 때문이다.

그런 다음 두 병렬 암인 ACB와 ADB의 저항 비가 0 볼트 (밸런스) 및 최대 공급 전압 (언밸런스)이 있으며 이는 휘트 스톤 브리지 회로.

따라서 휘트 스톤 브리지 회로를 사용하여 알려지지 않은 저항 R엑스 알려진 값의 다른 것들, 예를 들어 R1 및 R2, 고정 값을 가지고, R3 변수가 될 수 있습니다. 우리가 전압계, 전류계 또는 고전적으로 점 C와 D 사이의 갈바 노 미터를 연결 한 다음 가변 저항 R3 미터가 0을 읽을 때까지 두 팔이 균형을 이루고 R엑스, (R4)로 표시됩니다.

휘트 스톤 브리지 회로

휘 스톤 브리지 회로

R을 대체함으로써4 R에 해당하는 휘트 스톤 브릿지의 감지 암에서 알려진 또는 알려지지 않은 값의 저항으로엑스 반대 저항 (R)을 조절하여3 브리지 네트워크의 "밸런스"를 유지하기 위해 전압 출력이 0이됩니다. 그런 다음 균형이 다음과 같은 경우에 발생할 수 있습니다.

휘 스톤 브릿지 비

알 수없는 저항 R의 값을 얻기 위해 필요한 휘트 스톤 브리지 방정식엑스 잔고는 다음과 같이 주어진다 :

휘트 스톤 브릿지 방정식

어디에 저항, R1 및 R2 알려진 값 또는 사전 설정 값입니다.

휘트 스톤 브리지 예 1

다음의 불균형 휘트 스톤 브릿지가 구성됩니다. 점 C와 D의 출력 전압과 저항 R의 값을 계산하십시오4 브리지 회로의 균형을 유지해야합니다.

휘트 스톤 브릿지 예제

첫 번째 시리즈의 경우 ACB

휘트 스톤 브리지 암 acb

두 번째 시리즈의 경우 ADB

휘트 스톤 브리지 암 adb

점 C-D에 걸친 전압은 다음과 같이 주어진다.

휘 스톤 브릿지 전압

저항 값 R4 다리 균형을 유지하기 위해 필요한 것은 다음과 같습니다 :

밸런스 레지스터

우리는 위에 보았습니다. 휘트 스톤 브릿지 2 개의 입력 단자 (A-B)와 2 개의 출력 단자터미널 (C-D). 브리지가 균형을 이루면 출력 단자의 전압은 0V가됩니다. 그러나 브리지가 불평형 인 경우 출력 전압은 불균형의 방향에 따라 양 또는 음이 될 수 있습니다.

휘 스톤 브릿지 광 검출기

균형 잡힌 브리지 회로는 많은 유용성을 발견했습니다.빛의 강도, 압력 또는 변형의 변화를 측정하는 데 사용되는 전자 응용 프로그램 휘트 스톤 브리지 회로 내에서 사용할 수있는 저항 센서의 유형은 다음과 같습니다 : LDR (resistive sensors), 전위차계 (potentiometers), 압 저항 센서 (strain gauge) 및 온도 센서 (thermistor 's)

많은 Wheatstone 교량 신청이 있습니다기계적 및 전기적 양의 전체 범위를 감지하지만, 하나의 매우 간단한 휘트 스톤 브리지 응용 프로그램은 감광성 장치를 사용하여 빛을 측정합니다. 브리지 네트워크 내의 저항 중 하나는 광 의존성 레지스터 또는 LDR로 대체됩니다.

카드뮴 - 황화물 (Cd)포토 셀 (photocell)은 가시 광선 수준의 변화를 저항 및 이에 따른 전압 변화로 변환하는 수동 저항 센서입니다. 광 의존성 레지스터는 광도의 레벨을 모니터링하고 측정하거나 광원이 켜지거나 꺼져 있는지 여부를 확인하는 데 사용할 수 있습니다.

전형적인 CdS (Cadmium Sulphide) 셀은ORP12 광 의존성 저항은 일반적으로 어둡거나 희미한 빛에서 약 1 MΩ, 밝은 햇빛에서는 약 30Ω까지 100 럭스 (일반적으로 밝은 실내)에서 약 900Ω의 저항을 가지고 있습니다. 그러면 광도가 증가함에 따라 저항이 감소합니다. 위의 휘트 스톤 브리지 회로에 광 의존 저항을 연결하여 그림과 같이 광 레벨의 변화를 모니터링하고 측정 할 수 있습니다.

휘 스톤 브릿지 광 검출기

휘 스톤 브리지 광 검출기

LDR 광전지는감지 된 광 레벨이 V로 결정된 사전 설정된 값보다 높거나 낮을 때 활성화되는 감광 스위치를 생성하기 위해 표시된 바와 같이 휘 스톤 브리지 회로R1. 이 예에서 VR1 22k 또는 47kΩ 전위차계.

연산 증폭기는 기준 전압 V와 전압 비교기로 연결된다. 비 반전 핀에 적용됩니다. 이 예에서, R3 및 R4 가 동일한 10kΩ 값이기 때문에 D 점에서 설정된 기준 전압은 Vcc의 절반과 동일 할 것이다. 그건 Vcc / 2입니다.

전위차계, VR1 트립 포인트 전압 V기음, 반전 입력에 적용되고 요구되는 공칭 광 레벨로 설정된다. C 지점의 전압이 D 지점의 전압보다 작 으면 릴레이가 "ON"됩니다.

V 조정R1 브리지의 균형을 맞추기 위해 C 지점의 전압을 설정합니다.회로를 요구되는 광 레벨 또는 세기로 제어한다. LDR은 저 광량에서 높은 임피던스와 높은 광 레벨에서 낮은 임피던스를 갖는 임의의 카드뮴 황화물 장치 일 수 있습니다.

이 회로는 단순히 LDR 및 R을 전위시킴으로써 "광 활성화"스위칭 회로 또는 "암 활성화"스위칭 회로로 작동하는 데 사용할 수 있습니다3 디자인 내의 위치.

그만큼 휘트 스톤 브릿지 전자 회로 이외에 많은 용도를 가지고있다.알려지지 않은 저항과 알려진 저항을 비교합니다. Op 앰프와 함께 사용할 경우 휘트 스톤 브리지 회로는 저항의 작은 변화를 측정하고 증폭하는 데 사용할 수 있습니다. R엑스 예를 들어 위에서 보았 듯이 광도의 변화 때문입니다.

그러나 브리지 회로는 또한다른 변화하는 양의 저항 변화를 측정하기 위해 서미스터, 압력 센서, 스트레인 게이지 및 기타 트랜스 듀서에 대한 상기 포토 - 저항 LDR 광 센서를 대체하고 LDR 및 V의 위치를 ​​교환함으로써R1, 우리는 다양한 Wheatstone 브릿지 어플리케이션에서 사용할 수 있습니다.

또한 하나 이상의 저항성 센서가 저항기 (R)에 의해 형성된 브리지의 4 개의 아암 (또는 브랜치) 내에 사용될 수있다1 ~ R4 휘트 스톤 브리지의 열 보상 또는 자동 밸런싱을 제공하는 "풀 브리지", "하프 브리지"또는 "쿼터 브리지 회로 배열"을 생산합니다.

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