Guida veloce

Gli strumenti, che vengono utilizzati per misurare qualsiasi quantità, sono noti come strumenti di misura. Questo tutorial copre principalmente i fileelectronic instruments, utili per misurare grandezze elettriche o parametri.

Di seguito sono riportati gli strumenti elettronici più comunemente utilizzati.

• Voltmeter
• Ammeter
• Ohmmeter
• Multimeter

Parliamo ora brevemente di questi strumenti.

Voltmetro

Come suggerisce il nome, voltmeterè uno strumento di misura che misura la tensione su due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Esistono due tipi di voltmetri: voltmetro CC e voltmetro CA.

Il voltmetro CC misura la tensione CC su due punti qualsiasi di un circuito elettrico, mentre il voltmetro CA misura la tensione CA su due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Un esempio dipractical DC voltmeter è mostrato nella figura sotto.

Il voltmetro CC mostrato nella figura sopra è a $(0-100)V$ DC voltmeter. Quindi, può essere utilizzato per misurare le tensioni CC da zero volt a 10 volt.

Amperometro

Come suggerisce il nome, ammeterè uno strumento di misura che misura la corrente che scorre attraverso due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Esistono due tipi di amperometri: amperometro CC e amperometro CA.

L'amperometro CC misura la corrente CC che scorre attraverso due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Considerando che, l'amperometro AC misura la corrente AC che scorre attraverso due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Un esempio dipractical AC ammeter è mostrato nella figura sotto -

L'amperometro AC mostrato nella figura sopra è a $(0-100)A \:$ AC ammeter. Quindi, può essere utilizzato per misurare le correnti CA da zero Ampere a 100 Ampere.

Ohmmetro

Ohmmeterviene utilizzato per misurare il valore della resistenza tra due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Può anche essere utilizzato per trovare il valore di un resistore sconosciuto. Esistono due tipi di ohmmetri: ohmmetro in serie e ohmmetro shunt.

Nell'ohmmetro di tipo serie, il resistore il cui valore è sconosciuto e da misurare deve essere collegato in serie all'ohmmetro. È utile per misurarehigh values of resistances.

Nell'ohmmetro di tipo shunt, il resistore il cui valore è sconosciuto e da misurare deve essere collegato in parallelo (shunt) con l'ohmmetro. È utile per misurarelow values of resistances.

Un esempio di practical shunt ohmmeterè mostrato nella figura sopra. L'ohmmetro mostrato nella figura sopra è a$(0-100)\Omega$ shunt ohmmeter. Quindi, può essere utilizzato per misurare i valori di resistenza da zero ohm a 100 ohm.

Multimetro

Multimeterè uno strumento elettronico utilizzato per misurare le grandezze come tensione, corrente e resistenza una alla volta. Può essere utilizzato per misurare tensioni CC e CA, correnti CC e CA e resistenze di diversi intervalli. Un pratico multimetro è mostrato nella figura seguente:

Come mostrato nella figura, questo multimetro può essere utilizzato per misurare varie alte resistenze, basse resistenze, tensioni CC, tensioni CA, correnti CC e correnti CA. Scale e intervalli di valori diversi per ciascuna di queste quantità sono contrassegnati nella figura sopra.

Gli strumenti che abbiamo considerato in questo capitolo sono di indicating type instruments, poiché i puntatori di questi strumenti deviano e indicano un valore particolare. Discuteremo in dettaglio di questi strumenti di misura elettronici nei capitoli successivi.

Le caratteristiche degli strumenti di misura che sono utili per conoscere le prestazioni dello strumento e aiutano a misurare qualsiasi quantità o parametro, sono note come Performance Characteristics.

Tipi di caratteristiche delle prestazioni

Le caratteristiche di performance degli strumenti possono essere classificate nelle seguenti two types.

• Caratteristiche statiche
• Caratteristiche dinamiche

Ora, parliamo di questi due tipi di caratteristiche uno per uno.

Caratteristiche statiche

Le caratteristiche delle grandezze o dei parametri degli strumenti di misura che do not varyrispetto al tempo vengono chiamate caratteristiche statiche. A volte, queste quantità o parametri possono variare lentamente rispetto al tempo. Di seguito è riportato l'elenco dei filestatic characteristics.

• Accuracy
• Precision
• Sensitivity
• Resolution
• Errore statico

Ora, parliamo di queste caratteristiche statiche una per una.

Precisione

La differenza algebrica tra il valore indicato di uno strumento, $A_{i}$ e il vero valore, $A_{t}$ è conosciuto come accuracy. Matematicamente, può essere rappresentato come:

$$Accuracy = A_{i}- A_{t}$$

Il termine, accuratezza significa quanto il valore indicato di uno strumento, $A_{i}$ è più vicino al vero valore, $A_{t}$.

Errore statico

La differenza tra il vero valore, $A_{t}$ della quantità che non varia rispetto al tempo e al valore indicato di uno strumento, $A_{i}$ è conosciuto come static error, $e_{s}$. Matematicamente, può essere rappresentato come:

$$e_{s}= A_{t}- A_{i}$$

Il termine errore statico indica l'inesattezza dello strumento. Se l'errore statico è rappresentato in termini di percentuale, viene chiamatopercentage of static error. Matematicamente, può essere rappresentato come:

$$\% e_{s}=\frac{e_{s}}{A_{t}}\times 100$$

Sostituisci, il valore di $e_{s}$ nella parte destra dell'equazione precedente -

$$\% e_{s}=\frac{A_{t}- A_{i}}{A_{t}}\times 100$$

Dove,

$\% e_{s}$ è la percentuale di errore statico.

Precisione

Se uno strumento indica ripetutamente lo stesso valore quando viene utilizzato per misurare la stessa quantità nelle stesse circostanze per un numero qualsiasi di volte, allora possiamo dire che lo strumento ha precision.

Sensibilità

Il rapporto tra la variazione della produzione, $\Delta A_{out}$ di uno strumento per un dato cambio di ingresso, $\Delta A_{in}$ che deve essere misurato si chiama sensitivity, S. Matematicamente può essere rappresentato come -

$$S=\frac{\Delta A_{out}}{\Delta A_{in}}$$

Il termine sensibilità indica il più piccolo cambiamento nell'input misurabile richiesto affinché uno strumento risponda.

• Se la curva di calibrazione è linear, allora la sensibilità dello strumento sarà una costante ed è uguale alla pendenza della curva di calibrazione.

• Se la curva di calibrazione è non-linear, quindi la sensibilità dello strumento non sarà una costante e varierà rispetto all'ingresso.

Risoluzione

Se l'uscita di uno strumento cambierà solo quando c'è uno specifico incremento dell'ingresso, allora viene chiamato quell'incremento dell'ingresso Resolution. Ciò significa che lo strumento è in grado di misurare efficacemente l'ingresso, quando c'è una risoluzione dell'ingresso.

Caratteristiche dinamiche

Le caratteristiche degli strumenti, che vengono utilizzati per misurare le grandezze o parametri che variano molto velocemente rispetto al tempo sono chiamate caratteristiche dinamiche. Di seguito è riportato l'elenco dei filedynamic characteristics.

• Velocità di risposta
• Errore dinamico
• Fidelity
• Lag

Ora, parliamo di queste caratteristiche dinamiche una per una.

Velocità di risposta

Viene chiamata la velocità alla quale lo strumento risponde ogni volta che c'è una variazione nella quantità da misurare speed of response. Indica la velocità dello strumento.

Ritardo

La quantità di ritardo presente nella risposta di uno strumento ogni volta che c'è una variazione nella quantità da misurare è chiamata lag di misurazione. È anche chiamato semplicementelag.

Errore dinamico

La differenza tra il vero valore, $A_{t}$ della quantità che varia rispetto al tempo e al valore indicato di uno strumento, $A_{i}$ è noto come errore dinamico, $e_{d}$.

Fedeltà

Il grado in cui uno strumento indica i cambiamenti nella quantità misurata senza alcun errore dinamico è noto come Fidelity

Gli errori che si verificano durante la misurazione sono noti come measurement errors. In questo capitolo, discutiamo dei tipi di errori di misurazione.

Tipi di errori di misurazione

Possiamo classificare gli errori di misurazione nei seguenti tre tipi.

• Errori grossolani
• Errori casuali
• Errori sistematici

Ora, parliamo di questi tre tipi di errori di misurazione uno per uno.

Errori grossolani

Gli errori, che si verificano a causa della mancanza di esperienza dell'osservatore durante l'assunzione dei valori di misurazione, sono noti come gross errors. I valori degli errori grossolani varieranno da osservatore a osservatore. A volte, gli errori grossolani possono verificarsi anche a causa di una selezione impropria dello strumento. Possiamo ridurre al minimo gli errori grossolani seguendo questi due passaggi.

• Scegliere lo strumento più adatto, in base alla gamma di valori da misurare.
• Annotare attentamente le letture

Errori sistematici

Se lo strumento produce un errore, che è di una deviazione uniforme costante durante il suo funzionamento è noto come systematic error. Gli errori sistematici si verificano a causa delle caratteristiche dei materiali utilizzati nello strumento.

Types of Systematic Errors

Gli errori sistematici possono essere classificati nei seguenti three types.

• Instrumental Errors - Questo tipo di errori si verifica a causa di carenze degli strumenti e degli effetti di carico.

• Environmental Errors - Questo tipo di errore si verifica a causa dei cambiamenti nell'ambiente come il cambiamento di temperatura, pressione, ecc.

• observational Errors - Questo tipo di errore si verifica a causa dell'osservatore durante le letture del contatore. Parallax errors appartengono a questo tipo di errori.

Errori casuali

Gli errori che si verificano a causa di fonti sconosciute durante il tempo di misurazione sono noti come random errors. Pertanto, non è possibile eliminare o ridurre al minimo questi errori. Tuttavia, se vogliamo ottenere valori di misurazione più accurati senza errori casuali, è possibile seguendo questi due passaggi.

• Step1 - Ottieni più letture da diversi osservatori.

• Step2 - Effettua analisi statistiche sulle letture ottenute nel passaggio 1.

Di seguito sono riportati i parametri utilizzati nell'analisi statistica.

• Mean
• Median
• Variance
• Deviation
• Deviazione standard

Ora, parliamo di questi statistical parameters.

Significare

Permettere $x_{1},x_{2},x_{3},....,x_{N}$ sono i $N$letture di una particolare misurazione. La media oaverage value di queste letture possono essere calcolate utilizzando la seguente formula.

$$m = \frac{x_{1}+x_{2}+x_{3}+....+x_{N}}{N}$$

Dove, $m$ è il valore medio o medio.

Se il numero di letture di una particolare misurazione è maggiore, il valore medio o medio sarà approssimativamente uguale a true value

Mediano

Se il numero di letture di una particolare misurazione è maggiore, è difficile calcolare la media o il valore medio. Qui, calcola ilmedian value e sarà approssimativamente uguale al valore medio.

Per calcolare il valore mediano, prima dobbiamo disporre le letture di una particolare misurazione in un file ascending order. Possiamo calcolare il valore mediano utilizzando la seguente formula, quando il numero di letture è unodd number.

$$M=x_{\left ( \frac{N+1}{2} \right )}$$

Possiamo calcolare il valore mediano utilizzando la seguente formula, quando il numero di letture è un even number.

$$M=\frac{x_{\left ( N/2 \right )}+x_\left ( \left [ N/2 \right ]+1 \right )}{2}$$

Deviazione dalla media

La differenza tra la lettura di una particolare misurazione e il valore medio è nota come deviazione dalla media . In breve, si chiama deviazione . Matematicamente, può essere rappresentato come

$$d_{i}=x_{i}-m$$

Dove,

$d_{i}$ è la deviazione di $i^{th}$ leggere dalla media.

$x_{i}$ è il valore di $i^{th}$ lettura.

$m$ è il valore medio o medio.

Deviazione standard

Viene chiamato il quadrato medio della deviazione standard deviation. Matematicamente, può essere rappresentato come

$$\sigma =\sqrt{\frac{{d_{1}}^{2}+{d_{2}}^{2}+{d_{3}}^{2}+....+{d_{N}}^{2}}{N}}$$

La formula sopra è valida se il numero di letture, N è maggiore o uguale a 20. Possiamo usare la seguente formula per la deviazione standard, quando il numero di letture, N è inferiore a 20.

$$\sigma =\sqrt{\frac{{d_{1}}^{2}+{d_{2}}^{2}+{d_{3}}^{2}+....+{d_{N}}^{2}}{N-1}}$$

Dove,

$\sigma$ è la deviazione standard

$d_{1}, d_{2}, d_{3}, …, d_{N}$ sono le deviazioni di prima, seconda, terza, ..., $N^{th}$letture dalla media rispettivamente.

Note - Se il valore della deviazione standard è piccolo, ci sarà una maggiore precisione nei valori di lettura della misurazione.

Varianza

Viene chiamato il quadrato della deviazione standard variance. Matematicamente, può essere rappresentato come

$$V=\sigma^{2}$$

Dove,

$V$ è la varianza

$\sigma$ è la deviazione standard

Viene anche chiamato il quadrato medio della deviazione variance. Matematicamente, può essere rappresentato come

$$V=\frac{{d_{1}}^{2}+{d_{2}}^{2}+{d_{3}}^{2}+....+{d_{N}}^{2}}{N}$$

La formula precedente è valida se il numero di letture, N è maggiore o uguale a 20. Possiamo usare la seguente formula per la varianza quando il numero di letture, N è inferiore a 20.

$$V=\frac{{d_{1}}^{2}+{d_{2}}^{2}+{d_{3}}^{2}+....+{d_{N}}^{2}}{N-1}$$

Dove,

$V$ è la varianza

$d_{1}, d_{2}, d_{3}, …, d_{N}$ sono le deviazioni di prima, seconda, terza, ..., $N^{th}$ letture dalla media rispettivamente.

Quindi, con l'aiuto di parametri statistici, possiamo analizzare le letture di una particolare misurazione. In questo modo, otterremo valori di misurazione più accurati.

Gli strumenti utilizzati per misurare qualsiasi quantità sono noti come measuring instruments. Se gli strumenti possono misurare le grandezze elettriche di base, come tensione e corrente, sono note comebasic measuring instruments.

Tipi di strumenti di misura di base

Possiamo classificare gli strumenti di misura di base nelle seguenti due tipologie.

• Voltmeters
• Ammeters

Parliamo brevemente di questi due strumenti di misura di base.

Voltmetri

Come suggerisce il nome, voltmeterè uno strumento di misura che misura la tensione su due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Le unità di tensione sono volt e lo strumento di misura è metro. Quindi, la parola "voltmetro" si ottiene combinando le due parole“volt” e “meter”.

Possiamo classificare i voltmetri come segue two types in base al tipo di tensione che può misurare.

• Voltmetri DC
• Voltmetri AC

Voltmetro DC

Come suggerisce il nome, il voltmetro CC misura il DC voltageattraverso due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Un pratico voltmetro DC è mostrato nella figura sottostante.

Il voltmetro DC mostrato nella figura è a $(0-10)V$ DC voltmeter. Quindi, può essere utilizzato per misurare le tensioni CC da zero volt a 10 volt

Voltmetro AC

Come suggerisce il nome, il voltmetro CA misura il AC voltageattraverso due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Un pratico voltmetro AC è mostrato nella figura sottostante.

Il voltmetro AC mostrato nella figura sopra è a $(0-250)V$ AC voltmeter. Quindi, può essere utilizzato per misurare le tensioni CA da zero volt a 250 volt

Amperometri

Come suggerisce il nome, ammeterè uno strumento di misura che misura la corrente che scorre attraverso due punti qualsiasi di un circuito elettrico. L'unità di corrente è ampere e lo strumento di misura è metro. La parola "amperometro" si ottiene combinando“am” di ampere con “meter”.

Possiamo classificare gli amperometri come segue two types in base al tipo di corrente che può misurare.

• Amperometri DC
• Amperometri AC

Amperometro DC

Come suggerisce il nome, l'amperometro DC misura il DC currentche scorre attraverso due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Un pratico amperometro DC è mostrato in figura.

L'amperometro CC mostrato nella figura sopra è a $(0-50)A$ DC ammeter. Quindi, può essere utilizzato per misurare le correnti CC da zero ampere a 50 ampere

Amperometro AC

Come suggerisce il nome, l'amperometro AC misura il AC currentche scorre attraverso due punti qualsiasi di un circuito elettrico. Un pratico amperometro AC è mostrato nella figura sottostante.

L'amperometro AC mostrato nella figura sopra è a $(0-100)A$ AC ammeter. Quindi, può essere utilizzato per misurare le correnti CA da zero Ampere a 100 Ampere.

Discuteremo in dettaglio di vari voltmetri e amperometri nei seguenti capitoli

Il voltmetro CC è uno strumento di misura, che viene utilizzato per misurare la tensione CC su due punti qualsiasi del circuito elettrico. Se posizioniamo un resistore in serie con il galvanometro PMMC (Permanent Magnet Moving Coil), l'intera combinazione insieme agisce comeDC voltmeter.

La resistenza in serie, che viene utilizzata nel voltmetro CC, è anche chiamata resistenza del moltiplicatore in serie o semplicemente moltiplicatore. Fondamentalmente limita la quantità di corrente che scorre attraverso il galvanometro per evitare che la corrente del misuratore superi il valore di deflessione di fondo scala. Ilcircuit diagram del voltmetro CC è mostrato nella figura sottostante.

Dobbiamo posizionare questo voltmetro CC attraverso i due punti di un circuito elettrico, dove deve essere misurata la tensione CC.

Applicare KVL intorno al ciclo del circuito sopra.

$V-I_{m}R_{se}-I_{m}R_{m}=0$ (Equazione 1)

$$\Rightarrow V-I_{m}R_{m}=I_{m}R_{se}$$

$$\Rightarrow R_{se}=\frac{V-I_{m}R_{m}}{I_{m}}$$

$\Rightarrow R_{se}=\frac{V}{I_{m}}-R_{m}$ (Equazione 2)

Dove,

$R_{se}$ è la resistenza del moltiplicatore di serie

$V$ è la tensione CC dell'intero intervallo da misurare

$I_{m}$ è la corrente di deflessione a fondo scala

$R_{m}$ è la resistenza interna del galvanometro

Il rapporto tra la tensione CC dell'intero intervallo da misurare, $V$ e la caduta di tensione CC attraverso il galvanometro, $V_{m}$ è conosciuto come multiplying factor, m. Matematicamente, può essere rappresentato come

$m=\frac{V}{V_{m}}$ (Equazione 3)

Dall'equazione 1, otterremo la seguente equazione per full range DC voltage che deve essere misurato, $V$.

$V=I_{m}R_{se}+I_{m}R_{m}$ (Equazione 4)

Il DC voltage drop attraverso il galvanometro, $V_{m}$ è il prodotto della corrente di deflessione a fondo scala, $I_{m}$ e resistenza interna del galvanometro, $R_{m}$. Matematicamente, può essere scritto come

$V_{m}=I_{m}R_{m}$ (Equazione 5)

Substitute, Equazione 4 ed Equazione 5 nell'Equazione 3.

$$m=\frac{I_{m}R_{se}+I_{m}R_{m}}{I_{m}R_{m}}$$

$\Rightarrow m=\frac{R_{se}}{R_{m}}+1$

$\Rightarrow m-1=\frac{R_{se}}{R_{m}}$

$R_{se}=R_{m}\left (m-1 \right )$(Equazione 6)

Possiamo trovare il file value of series multiplier resistance utilizzando l'equazione 2 o l'equazione 6 in base ai dati disponibili.

Voltmetro DC multi-range

Nella sezione precedente, avevamo discusso del voltmetro DC, che si ottiene ponendo un resistore moltiplicatore in serie con il galvanometro PMMC. Questo voltmetro CC può essere utilizzato per misurare aparticular range di tensioni CC.

Se vogliamo utilizzare il voltmetro CC per misurare le tensioni CC di multiple ranges, quindi dobbiamo usare più resistori moltiplicatori paralleli invece di un singolo resistore moltiplicatore e l'intera combinazione di resistori è in serie con il galvanometro PMMC. Ilcircuit diagram del voltmetro DC multi range è mostrato nella figura sottostante.

Dobbiamo metterlo multi range DC voltmeterattraverso i due punti di un circuito elettrico, dove deve essere misurata la tensione CC dell'intervallo richiesto. Possiamo scegliere la gamma di tensioni desiderata collegando l'interruttore s al rispettivo resistore moltiplicatore.

Permettere, $m_{1},m_{2}, m_{2} $ e $m_{4}$ sono i multiplying factors del voltmetro CC quando si considera che le tensioni CC dell'intera gamma devono essere misurate come, $V_{1} , V_{2}, V_{3}$ e $V_{4}$rispettivamente. Di seguito sono riportate le formule corrispondenti a ciascun fattore di moltiplicazione.

$$m_{1}=\frac{V_{1}}{V_{m}}$$

$$m_{2}=\frac{V_{2}}{V_{m}}$$

$$m_{3}=\frac{V_{3}}{V_{m}}$$

$$m_{4}=\frac{V_{4}}{V_{m}}$$

Nel circuito sopra, ce ne sono quattro series multiplier resistors, $R_{se1}, R_{se2}, R_{se3}$ e $R_{se4}$. Di seguito sono riportate le formule corrispondenti a queste quattro resistenze.

$$R_{se1}=R_{m}\left (m_{1}-1 \right )$$

$$R_{se2}=R_{m}\left (m_{2}-1 \right )$$

$$R_{se3}=R_{m}\left (m_{3}-1 \right )$$

$$R_{se4}=R_{m}\left (m_{4}-1 \right )$$

Quindi, possiamo trovare i valori di resistenza di ciascun resistore moltiplicatore in serie usando le formule sopra.

Viene chiamato lo strumento, che viene utilizzato per misurare la tensione CA su due punti qualsiasi del circuito elettrico AC voltmeter. Se il voltmetro CA è costituito da un raddrizzatore, si dice che sia un voltmetro CA basato sul raddrizzatore.

Il voltmetro CC misura solo tensioni CC. Se vogliamo usarlo per misurare le tensioni CA, dobbiamo seguire questi due passaggi.

• Step1 - Convertire il segnale di tensione CA in un segnale di tensione CC utilizzando un raddrizzatore.

• Step2 - Misurare la corrente continua o il valore medio del segnale di uscita del raddrizzatore.

Noi abbiamo Rectifier based AC voltmeter, semplicemente includendo il circuito raddrizzatore al voltmetro CC di base. Questo capitolo tratta i voltmetri AC basati su raddrizzatore.

Tipi di voltmetri CA basati su raddrizzatore

Di seguito sono riportati i file two types di voltmetri AC basati su raddrizzatore.

• Voltmetro AC utilizzando Half Wave Rectifier
• Voltmetro AC utilizzando Full Wave Rectifier

Ora, parliamo di questi due voltmetri CA uno per uno.

Voltmetro AC utilizzando Half Wave Rectifier

Se un raddrizzatore a semionda è collegato prima del voltmetro CC, l'intera combinazione viene chiamata voltmetro CA utilizzando il raddrizzatore a semionda. Ilblock diagram di voltmetro AC utilizzando il raddrizzatore a semionda è mostrato nella figura sotto.

Lo schema a blocchi sopra è costituito da due blocchi: raddrizzatore a semionda e voltmetro CC. Otterremo lo schema del circuito corrispondente, semplicemente sostituendo ogni blocco con i rispettivi componenti nello schema a blocchi sopra. Così lacircuit diagram del voltmetro CA utilizzando il raddrizzatore a semionda apparirà come mostrato nella figura sotto.

Il rms value del segnale di tensione di ingresso sinusoidale (AC) è

$$V_{rms}=\frac{V_{m}}{\sqrt{2}}$$

$$\Rightarrow V_{m}=\sqrt{2} V_{rms}$$

$$\Rightarrow V_{m}=1.414 V_{rms}$$

Dove,

$V_{m}$ è il valore massimo del segnale di tensione di ingresso sinusoidale (AC).

Il DC o il valore medio del segnale di uscita del raddrizzatore a semionda è

$$V_{dc}=\frac{V_{m}}{\pi}$$

Substitute, il valore di $V_{m}$ nell'equazione sopra.

$$V_{dc}= \frac{1.414 V_{rms}}{\pi}$$

$$V_{dc}= 0.45 V_{rms}$$

Pertanto, il voltmetro CA produce una tensione di uscita, che è uguale a 0.45 volte il valore efficace del segnale di tensione di ingresso sinusoidale (AC)

Voltmetro CA con raddrizzatore a onda intera

Se un raddrizzatore a onda intera è collegato prima del voltmetro CC, l'intera combinazione viene chiamata voltmetro CA utilizzando un raddrizzatore a onda intera. Ilblock diagram di voltmetro AC utilizzando il raddrizzatore a onda intera è mostrato nella figura sotto

Lo schema a blocchi sopra è costituito da due blocchi: raddrizzatore a onda intera e voltmetro CC. Otterremo lo schema del circuito corrispondente semplicemente sostituendo ogni blocco con i rispettivi componenti nello schema a blocchi sopra.

Così la circuit diagram del voltmetro CA utilizzando il raddrizzatore a onda intera avrà l'aspetto mostrato nella figura sotto.

Il rms value del segnale di tensione di ingresso sinusoidale (AC) è

$$V_{rms}=\frac{V_{m}}{\sqrt{2}}$$

$$\Rightarrow V_{m}=\sqrt{2} \:V_{rms}$$

$$\Rightarrow V_{m}= 1.414 V_{rms}$$

Dove,

$V_{m}$ è il valore massimo del segnale di tensione di ingresso sinusoidale (AC).

Il DC o il valore medio del segnale di uscita del raddrizzatore a onda intera è

$$V_{dc}=\frac{2V_{m}}{\pi}$$

Substitute, il valore di $V_{m}$ nell'equazione sopra

$$V_{dc}=\frac{2\times 1.414 \:V_{rms}}{\pi}$$

$$V_{dc}=0.9 \:V_{rms}$$

Pertanto, il voltmetro CA produce una tensione di uscita, che è uguale a 0.9 volte il valore efficace del segnale di tensione di ingresso sinusoidale (AC).

Nel capitolo precedente, abbiamo discusso dei voltmetri AC basati su raddrizzatore. Questo capitolo tratta i seguenti due tipi di voltmetri AC.

• Voltmetro AC a risposta di picco
• Voltmetro AC con risposta a vero valore efficace

Ora, parliamo di questi due tipi di voltmetri CA uno per uno.

Voltmetro AC a risposta di picco

Come suggerisce il nome, il voltmetro CA che risponde al picco risponde peak valuesdel segnale di tensione CA. Ciò significa che questo voltmetro misura i valori di picco delle tensioni CA. Ilcircuit diagram di voltmetro AC a risposta di picco è mostrato di seguito:

Il circuito sopra è costituito da un diodo, un condensatore, un amplificatore CC e un galvanometro PMMC. Il diodo presente nel circuito di cui sopra è utilizzato a scopo di rettifica. Quindi, il diodo converte il segnale di tensione CA in un segnale di tensione CC. Il condensatore si carica al valore di picco di questo segnale di tensione CC.

Durante positive half cycledel segnale di tensione CA, il diodo conduce e il condensatore si carica al valore di picco del segnale di tensione CA. Quando il valore del segnale di tensione CA è inferiore a questo valore, il diodo sarà polarizzato inversamente.

Pertanto, il condensatore si scaricherà attraverso il resistore dell'amplificatore CC fino al successivo semiciclo positivo del segnale di tensione CA. Quando il valore del segnale di tensione CA è maggiore della tensione del condensatore, il diodo conduce e il processo verrà ripetuto.

Dobbiamo selezionare i valori dei componenti in modo tale che il condensatore si carichi velocemente e si scarichi lentamente. Di conseguenza, il misuratore risponde sempre a questa tensione del condensatore, ovvero ilpeak value of AC voltage.

Voltmetro AC a risposta vero RMS

Come suggerisce il nome, il voltmetro CA a risposta reale RMS risponde ai valori RMS reali del segnale di tensione CA. Questo voltmetro misura i valori RMS delle tensioni CA. Ilcircuit diagram di voltmetro CA a risposta reale RMS è mostrato nella figura sottostante.

Il circuito sopra è costituito da un amplificatore AC, due termocoppie, amplificatore DC e galvanometro PMMC. L'amplificatore AC amplifica il segnale di tensione AC. Due termocoppie utilizzate nel circuito di cui sopra sono una termocoppia di misurazione e una termocoppia di bilanciamento.Measuring thermocouple produce una tensione di uscita proporzionale al valore RMS del segnale di tensione CA.

Qualsiasi termocoppia converte un quadrato della quantità in ingresso in una quantità normale. Ciò significa che esiste una relazione non lineare tra l'uscita e l'ingresso di una termocoppia. L'effetto del comportamento non lineare di una termocoppia può essere trascurato utilizzando un'altra termocoppia nel circuito di retroazione. La termocoppia utilizzata per questo scopo nel circuito sopra è nota comebalancing thermocouple.

Le due termocoppie, vale a dire la termocoppia di misurazione e la termocoppia di bilanciamento insieme formano una sposa all'ingresso dell'amplificatore CC. Di conseguenza, lo strumento risponde sempre altrue RMS value del segnale di tensione CA.

La corrente è la velocità di flusso della carica elettrica. Se questa carica elettrica fluisce solo in una direzione, la corrente risultante è chiamata corrente continua (CC). Lo strumento, che viene utilizzato per misurare la Corrente Continua chiamataDC ammeter.

Se posizioniamo un resistore in parallelo con il galvanometro a bobina mobile a magneti permanenti (PMMC), l'intera combinazione funge da amperometro CC. La resistenza parallela, che viene utilizzata nell'amperometro CC è anche chiamata resistenza shunt o semplicemente,shunt. Il valore di questa resistenza dovrebbe essere considerato piccolo per misurare la corrente continua di grande valore.

Il circuit diagram dell'amperometro CC è mostrato nella figura sottostante.

Dobbiamo metterlo DC ammeterin serie al ramo di un circuito elettrico, dove si vuole misurare la corrente continua. La tensione ai capi degli elementi collegati in parallelo è la stessa. Quindi, la tensione attraverso il resistore di shunt,$R_{sh}$ e la tensione attraverso la resistenza del galvanometro, $R_{m}$ è lo stesso, poiché questi due elementi sono collegati in parallelo nel circuito sopra. Mathematically, può essere scritto come

$$I_{sh}R_{sh}=I_{m}R_{m}$$

$\Rightarrow R_{sh}=\frac{I_{m}R_{m}}{I_{sh}}$ (Equazione 1)

Il KCL equation al nodo 1 è

$$-I+I_{sh}+I_{m}=0$$

$$\Rightarrow I_{sh}=I-I_{m}$$

Substitute il valore di $I_{sh}$ nell'equazione 1.

$R_{sh}=\frac{I_{m}R_{m}}{I-I_{m}}$(Equazione 2)

Prendere, $I_{m}$ come comune nel termine denominatore, che è presente nella parte destra dell'equazione 2

$$R_{sh}=\frac{I_{m}R_{m}}{I_{m}(\frac{1}{I_{m}}-1)}$$

$\Rightarrow R_{sh}=\frac{R_{m}}{\frac{I}{I_{m}}-1}$(Equazione 3)

Dove,

$R_{sh}$ è la resistenza allo shunt

$R_{m}$ è la resistenza interna del galvanometro

$I$ è la corrente continua totale che deve essere misurata

$I_{m}$ è la corrente di deflessione a fondo scala

Il rapporto della corrente continua totale che deve essere misurata, $I$ e la corrente di deflessione a fondo scala del galvanometro, $I_{m}$ è conosciuto come multiplying factor, m. Matematicamente, può essere rappresentato come

$m=\frac{I}{I_{m}}$(Equazione 4)

$R_{sh}=\frac{R_{m}}{m-1}$(Equazione 5)

Possiamo trovare il file value of shunt resistance utilizzando l'equazione 2 o l'equazione 5 in base ai dati disponibili.

Amperometro DC multigamma

Nella sezione precedente, abbiamo discusso dell'amperometro CC che si ottiene posizionando un resistore in parallelo con il galvanometro PMMC. Questo amperometro CC può essere utilizzato per misurare aparticular range di correnti dirette.

Se vogliamo usare l'amperometro DC per misurare le correnti continue di multiple ranges, quindi dobbiamo utilizzare più resistori paralleli invece di un singolo resistore e l'intera combinazione di resistori è in parallelo al galvanometro PMMC. Ilcircuit diagram di un amperometro DC multi range è mostrato nella figura sottostante.

Posizionare questo amperometro CC multi-range in serie con il ramo di un circuito elettrico, dove deve essere misurata la corrente continua dell'intervallo richiesto. La gamma di correnti desiderata viene scelta collegando l'interruttore, s alla rispettiva resistenza di shunt.

Permettere, $m_{1}, m_{2}, m_{3}$ e $m_{4}$ sono i multiplying factors dell'amperometro CC quando si considera che le correnti continue totali devono essere misurate come, $I_{1}, I_{2}, I_{3}$ e $I_{4}$rispettivamente. Di seguito sono riportate le formule corrispondenti a ciascun fattore di moltiplicazione.

$$m_{1}=\frac{I_{1}}{I_{m}}$$

$$m_{2}=\frac{I_{2}}{I_{m}}$$

$$m_{3}=\frac{I_{3}}{I_{m}}$$

$$m_{4}=\frac{I_{4}}{I_{m}}$$

Nel circuito sopra, ce ne sono quattro shunt resistors, $R_{sh1}, R_{sh2}, R_{sh2}$ e $R_{sh4}$. Di seguito sono riportate le formule corrispondenti a queste quattro resistenze.

$$R_{sh1}=\frac{R_{m}}{m_{1}-1}$$

$$R_{sh2}=\frac{R_{m}}{m_{2}-1}$$

$$R_{sh3}=\frac{R_{m}}{m_{3}-1}$$

$$R_{sh4}=\frac{R_{m}}{m_{4}-1}$$

Le formule di cui sopra ci aiuteranno a trovare i valori di resistenza di ciascun resistore di shunt.

La corrente è la velocità di flusso della carica elettrica. Se la direzione di questa carica elettrica cambia regolarmente, viene chiamata la corrente risultanteAlternating Current (AC).

Viene chiamato lo strumento che viene utilizzato per misurare la Corrente Alternata che scorre attraverso un qualsiasi ramo del circuito elettrico AC ammeter.

Example - Amperometro AC tipo termocoppia.

Ora, parliamo dell'amperometro CA di tipo termocoppia.

Amperometro AC a termocoppia

Se una termocoppia è collegata prima del galvanometro PMMC, l'intera combinazione viene chiamata amperometro CA di tipo termocoppia. Ilblock diagram di un amperometro AC a termocoppia è mostrato nella figura sottostante.

Lo schema a blocchi sopra è costituito principalmente da due blocchi: una termocoppia e un galvanometro PMMC. Otterremo lo schema del circuito corrispondente, semplicemente sostituendo ogni blocco con i rispettivi componenti nello schema a blocchi sopra. Così lacircuit diagram dell'amperometro CA di tipo termocoppia avrà l'aspetto mostrato nella figura sottostante.

La termocoppia genera un EMF, $e$, ogni volta che la corrente alternata, scorre attraverso l'elemento riscaldante. Questo EMF,$e$è direttamente proporzionale al valore efficace della corrente, I che scorre attraverso l'elemento riscaldante. Quindi, dobbiamo calibrare la scala dello strumento PMMC da leggererms values of current.

Quindi, con questo capitolo abbiamo completato tutti gli strumenti di misura di base come voltmetri DC, voltmetri AC, amperometri DC e amperometri AC. Nel prossimo capitolo, discuteremo dei contatori o strumenti di misura, che misurano il valore di resistenza.

Viene chiamato lo strumento, che viene utilizzato per misurare il valore della resistenza tra due punti qualsiasi in un circuito elettrico ohmmeter. Può anche essere utilizzato per trovare il valore di un resistore sconosciuto. Le unità di resistenza sono ohm e lo strumento di misura è il metro. Quindi, la parola "ohmmetro" si ottiene combinando le parole“ohm” e “meter”.

Tipi di ohmetro

Di seguito sono riportati i file two types di ohmmetri.

• Ohmmetro di serie
• Shunt Ohmmetro

Ora, parliamo di questi due tipi di ohmmetri uno per uno.

Ohmmetro di serie

Se il valore del resistore è sconosciuto e deve essere misurato mettendolo in serie con l'ohmmetro, allora quell'ohmmetro è chiamato ohmmetro di serie. Ilcircuit diagram dell'ohmmetro in serie è mostrato nella figura sottostante.

La parte del circuito, che è il lato sinistro dei terminali A e B è series ohmmeter. Quindi, possiamo misurare il valore della resistenza sconosciuta posizionandolo sul lato destro dei terminali A e B.Ora, parliamo delcalibration scale dell'ohmmetro di serie.

• Se $R_{x}= 0 \:\Omega$, quindi i terminali A e B verranno cortocircuitati tra loro. Quindi, la corrente del misuratore viene divisa tra i resistori,$R_{1}$ e $R_{2}$. Ora, varia il valore del resistore,$R_{2}$ in modo tale che l'intera corrente del contatore scorra attraverso il resistore, $R_{1}$solo. In questo caso, lo strumento mostra pienoscale deflection current. Quindi, questa corrente di deflessione di fondo scala del misuratore può essere rappresentata come$0 \:\Omega$.

• Se $R_{x}= \infty \:\Omega$, quindi i terminali A e B saranno aperti tra loro. Quindi, nessuna corrente scorre attraverso il resistore,$R_{1}$. In questo caso, lo strumento mostra una corrente di deflessione nulla. Quindi, questa deviazione nulla del misuratore può essere rappresentata come$\infty \Omega$.

• In questo modo, considerando diversi valori di $R_{x}$, lo strumento mostra diverse deviazioni. Quindi, di conseguenza, possiamo rappresentare quelle deviazioni con il valore di resistenza corrispondente.

L'ohmmetro della serie è costituito da una scala di calibrazione. Ha le indicazioni di 0$\Omega$ e $\infty \:\Omega$rispettivamente ai punti finali della mano destra e della mano sinistra della scala. L'ohmmetro in serie è utile per la misurazionehigh values of resistances.

Shunt Ohmmetro

Se il valore del resistore è sconosciuto e deve essere misurato mettendolo in parallelo (shunt) con l'ohmmetro, allora quell'ohmmetro è chiamato shunt ohmmetro. Ilcircuit diagram dell'ohmmetro shunt è mostrato nella figura sotto.

La parte del circuito, che è il lato sinistro dei terminali A e B è shunt ohmmeter. Quindi, possiamo misurare il valore della resistenza sconosciuta posizionandolo sul lato destro dei terminali A e B.

Ora, parliamo di calibration scaledi shunt ohmmetro. Chiudere l'interruttore, S del circuito di cui sopra mentre è in uso.

• Se $R_{x}=0 \:\Omega$, quindi i terminali A e B verranno cortocircuitati tra loro. A causa di ciò, l'intera corrente,$I_{1}$scorre attraverso i terminali A e B. In questo caso, nessuna corrente scorre attraverso il galvanometro PMMC. Quindi ilnull deflection del galvanometro PMMC può essere rappresentato come $0 \:\Omega$.

• Se $R_{x}=\infty \:\Omega$, quindi i terminali A e B saranno aperti tra loro. Quindi, nessuna corrente scorre attraverso i terminali A e B.In questo caso, l'intera corrente,$I_{1}$scorre attraverso il galvanometro PMMC. Se necessario, variare (regolare) il valore del resistore,$R_{1}$fino a quando il galvanometro PMMC mostra la corrente di deflessione a fondo scala. Quindi, questofull scale deflection corrente del galvanometro PMMC può essere rappresentata come $\infty \:\Omega$

• In questo modo, considerando diversi valori di $R_{x}$, lo strumento mostra diverse deviazioni. Quindi, di conseguenza, possiamo rappresentare quelle deviazioni con i corrispondenti valori di resistenza.

L'ohmmetro shunt è costituito da una scala di calibrazione. Ha le indicazioni di$0 \:\Omega$ e $\infty \:\Omega$ rispettivamente ai punti finali della mano sinistra e della mano destra della scala.

L'ohmmetro shunt è utile per la misurazione low values of resistances. Quindi, possiamo usare o ohmmetro in serie o ohmmetro shunt in base ai valori delle resistenze che devono essere misurate, cioè alto o basso.

Nei capitoli precedenti abbiamo discusso di voltmetri, amperometri e ohmmetri. Questi strumenti di misura vengono utilizzati per misurare rispettivamente la tensione, la corrente e la resistenza. Ciò significa che abbiamoseparate measuring instruments per misurare tensione, corrente e resistenza.

Supponiamo, se un singolo strumento di misura può essere utilizzato per misurare le grandezze come tensione, corrente e resistenza una alla volta, allora si dice che sia multimeter. Ha il nome di multimetro, poiché può misurare più grandezze elettriche una alla volta.

Misurazioni utilizzando il multimetro

Multimeterè uno strumento utilizzato per misurare tensioni CC e CA, correnti CC e CA e resistenze di diversi intervalli. È anche chiamato multimetro elettronico o voltaggio ohmetro (VOM).

Misurazione della tensione CC

La parte di circuit diagram di multimetro, che può essere utilizzato per misurare la tensione CC è mostrato nella figura sottostante.

Il circuito sopra si presenta come un voltmetro DC multi-range. La combinazione di un resistore in serie con il galvanometro PMMC è unDC voltmeter. Quindi, può essere utilizzato per misurare tensioni CC fino a un certo valore.

Possiamo aumentare la gamma di tensioni CC misurabili con lo stesso voltmetro CC aumentando il valore della resistenza. il valore della resistenza equivalente aumenta, quando colleghiamo le resistenze sono inseries.

Nel circuito sopra, possiamo misurare le tensioni CC fino a 2.5V utilizzando la combinazione di resistore, $R_{5}$in serie al galvanometro PMMC. Collegando un resistore,$R_{4}$ in serie con il circuito precedente, possiamo misurare le tensioni DC fino a 10V. In questo modo, possiamo aumentare il range delle tensioni DC, semplicemente collegando un resistore in serie al circuito precedente (precedente).

Possiamo misurare la tensione CC su due punti qualsiasi di un circuito elettrico, collegando l'interruttore, S alla gamma di tensione desiderata.

Misura della corrente CC

La parte di circuit diagram di Multimetro, che può essere utilizzato per misurare la corrente CC è mostrato nella figura sotto.

Il circuito sopra si presenta come un amperometro DC multi-range. la combinazione di un resistore in parallelo con il galvanometro PMMC è aDC ammeter. Quindi, può essere utilizzato per misurare le correnti CC fino a un certo valore.

Possiamo ottenere different rangesdi correnti DC misurate con lo stesso amperometro DC ponendo le resistenze in parallelo con la resistenza precedente. Nel circuito sopra, il resistore,$R_{1}$ è collegato in serie con il galvanometro PMMC per evitare che il contatore si danneggi a causa della grande corrente.

Possiamo misurare la corrente continua che scorre attraverso due punti qualsiasi di un circuito elettrico, collegando l'interruttore, S alla gamma di corrente desiderata

Misura della tensione AC

La parte di circuit diagram del multimetro, che può essere utilizzato per misurare la tensione CA, è mostrato nella figura sottostante.

Il circuito sopra ha l'aspetto di un file multi range AC voltmeter. Lo sappiamo, otterremo un voltmetro CA semplicemente posizionando il raddrizzatore in serie (cascata) con il voltmetro CC. Il circuito di cui sopra è stato creato semplicemente posizionando la combinazione di diodi e resistenza,$R_{6}$ tra resistore, $R_{5}$ e galvanometro PMMC.

Possiamo misurare la tensione CA su due punti qualsiasi di un circuito elettrico, collegando l'interruttore, S alla gamma di tensione desiderata.

Misurazione della resistenza

La parte di circuit diagram di Multimetro, che può essere utilizzato per misurare la resistenza è mostrato nella figura sotto.

Dobbiamo eseguire le seguenti due attività prima di effettuare qualsiasi misurazione.

• Cortocircuitare lo strumento
• Variare il controllo di regolazione dello zero finché lo strumento non mostra la corrente di fondo scala. Ciò significa che il misuratore indica un valore di resistenza zero.

Ora, il circuito sopra si comporta come un ohmmetro shunt e ha la moltiplicazione di scala di 1, cioè 10 ⁰ . Possiamo anche considerare potenze di ordine superiore di 10 come moltiplicazioni di scala per misurare resistenze elevate.

Signal generator è un'apparecchiatura elettronica che fornisce segnali di test standard come onda sinusoidale, onda quadra, onda triangolare e così via. Viene anche chiamato oscillatore, poiché produce segnali periodici.

Viene chiamato il generatore di segnale, che produce il segnale periodico avente una gamma di frequenze audio (AF) AF signal generator. la gamma di frequenze audio è compresa tra 20 Hz e 20 KHz.

Generatore AF sinusoidale e onda quadra

Il generatore di segnale AF, che genera un'onda sinusoidale o un'onda quadra nella gamma di frequenze audio in base al requisito, è chiamato generatore di onde sinusoidali e quadra AF. Suoblock diagramè mostrato nella figura sotto.

Lo schema a blocchi sopra è costituito principalmente da two paths. Quelli sono il percorso superiore e il percorso inferiore. Il percorso superiore viene utilizzato per produrre un'onda sinusoidale AF e il percorso inferiore viene utilizzato per produrre un'onda quadra AF.

Wien bridge oscillatorprodurrà un'onda sinusoidale nella gamma delle frequenze audio. In base al requisito, possiamo collegare l'uscita dell'oscillatore a ponte Wien al percorso superiore o al percorso inferiore tramite un interruttore.

Il percorso superiore è costituito da blocchi come amplificatore sinusoidale e attenuatore. Se l'interruttore viene utilizzato per collegare l'uscita dell'oscillatore a ponte Wien al percorso superiore, produrrà un desideratoAF sine wave all'uscita del percorso superiore.

Il percorso inferiore è costituito dai seguenti blocchi: shaper a onda quadra, amplificatore a onda quadra e attenuatore. Lo shaper a onda quadra converte l'onda sinusoidale in un'onda quadra. Se l'interruttore viene utilizzato per collegare l'uscita dell'oscillatore a ponte Wien al percorso inferiore, produrrà un desideratoAF square waveall'uscita del percorso inferiore. In questo modo, il diagramma a blocchi che abbiamo considerato può essere utilizzato per produrre un'onda sinusoidale AF o un'onda quadra AF in base al requisito.

Generatore di funzioni

Il generatore di funzioni è un generatore di segnali, che genera tre o più onde periodiche. Considera quanto segueblock diagram di un generatore di funzioni, che produrrà onde periodiche come onda triangolare, onda quadra e onda sinusoidale.

Ci sono due current sources, vale a dire sorgente di corrente superiore e sorgente di corrente inferiore nel diagramma a blocchi sopra. Queste due sorgenti di corrente sono regolate dalla tensione controllata in frequenza.

Onda triangolare

Integratorpresente nello schema a blocchi sopra, ottiene la corrente costante alternativamente dalle sorgenti di corrente superiore e inferiore per lo stesso periodo di tempo ripetutamente. Quindi, l'integratore produrrà ripetutamente due tipi di output per lo stesso tempo:

• La tensione di uscita di un integratore increases linearly rispetto al tempo per il periodo durante il quale l'integratore riceve corrente dalla sorgente di corrente superiore.

• La tensione di uscita di un integratore decreases linearly rispetto al tempo per il periodo durante il quale l'integratore riceve corrente da una sorgente di corrente inferiore.

In questo modo, l'integratore presente nello schema a blocchi sopra produrrà un file triangular wave.

Onda quadra e sinusoidale

L'uscita dell'integratore, cioè l'onda triangolare, viene applicata come ingresso ad altri due blocchi come mostrato nello schema a blocchi sopra per ottenere rispettivamente l'onda quadra e l'onda sinusoidale. Parliamo di questi due uno per uno.

Onda quadra

L'onda triangolare ha una pendenza positiva e una pendenza negativa alternativamente per la stessa quantità di tempo ripetutamente. Così lavoltage comparator multi vibrator presente nello schema a blocchi di cui sopra produrrà i seguenti due tipi di uscita per lo stesso periodo di tempo ripetutamente.

• Un tipo di costante (higher) voltage all'uscita del comparatore di tensione multi vibratore per il periodo durante il quale il comparatore di tensione multi vibratore ottiene la pendenza positiva dell'onda triangolare.

• Un altro tipo di costante (lower) voltage all'uscita del comparatore di tensione multi vibratore per il periodo durante il quale il comparatore di tensione multi vibratore ottiene la pendenza negativa dell'onda triangolare.

Il comparatore di tensione multi vibratore presente nello schema a blocchi sopra produrrà a square wave. Se l'ampiezza dell'onda quadra prodotta all'uscita del comparatore di tensione multi vibratore non è sufficiente, può essere amplificata al valore richiesto utilizzando un amplificatore a onda quadra.

Onda sinusoidale

Il sine wave shaping circuitprodurrà un'onda sinusoidale in uscita dall'onda di ingresso triangolare. Fondamentalmente, questo circuito è costituito da una rete di resistenza a diodi. Se l'ampiezza dell'onda sinusoidale prodotta all'uscita del circuito di sagomatura dell'onda sinusoidale è insufficiente, può essere amplificata al valore richiesto utilizzando un amplificatore a onda sinusoidale.

Si chiama lo strumento elettronico utilizzato per analizzare le onde wave analyzer. È anche chiamato analizzatore di segnale, poiché i termini segnale e onda possono essere usati frequentemente in modo intercambiabile.

Possiamo rappresentare il periodic signal come somma dei due termini seguenti.

• Componente DC
• Serie di armoniche sinusoidali

Quindi, l'analisi di un segnale periodico è l'analisi delle componenti armoniche presenti in esso.

Analizzatore di onde di base

L'analizzatore di onde di base consiste principalmente di tre blocchi: il rivelatore primario, il raddrizzatore a onda intera e il galvanometro PMMC. Ilblock diagram dell'analizzatore di onde di base è mostrato nella figura sottostante -

Il function di ogni blocco presente nell'analizzatore di onde di base è menzionato di seguito.

• Primary Detector- Consiste in un circuito LC. Possiamo regolare i valori dell'induttore, L e del condensatore, C in modo tale da consentire la misurazione solo della componente di frequenza armonica desiderata.

• Full Wave Rectifier - Converte l'ingresso CA in un'uscita CC.

• PMMC Galvanometer - Mostra il valore di picco del segnale, che si ottiene all'uscita del Raddrizzatore a onda intera.

Otterremo lo schema del circuito corrispondente, semplicemente sostituendo ogni blocco con i rispettivi componenti nello schema a blocchi sopra dell'analizzatore di onde di base. Così lacircuit diagram dell'analizzatore di onde di base apparirà come mostrato nella figura seguente:

Questo analizzatore di onde di base può essere utilizzato per analizzare ogni componente di frequenza armonica di un segnale periodico.

Tipi di analizzatori di onde

Gli analizzatori di onde possono essere classificati nei seguenti two types.

• Analizzatore d'onda selettivo di frequenza
• Analizzatore d'onda supereterodina

Parliamo ora di questi due analizzatori d'onda uno per uno.

Analizzatore d'onda selettivo di frequenza

L'analizzatore d'onda, utilizzato per analizzare i segnali della gamma AF è chiamato analizzatore d'onda selettiva in frequenza. Ilblock diagram dell'analizzatore di onde selettive in frequenza è mostrato nella figura sottostante.

L'analizzatore di onde selettive in frequenza è costituito da un insieme di blocchi. Ilfunction di ogni blocco è menzionato di seguito.

• Input Attenuator- Il segnale AF da analizzare viene applicato all'attenuatore di ingresso. Se l'ampiezza del segnale è troppo grande, può essere attenuata dall'attenuatore di ingresso.

• Driver Amplifier - Amplifica il segnale ricevuto quando necessario.

• High Q-filter- Viene utilizzato per selezionare la frequenza desiderata e rifiutare le frequenze indesiderate. Consiste di due sezioni RC e due amplificatori di filtro e tutti questi sono collegati in cascata l'uno con l'altro. Possiamo variare i valori di capacità per cambiare la gamma di frequenze in potenze di 10. Allo stesso modo, possiamo variare i valori di resistenza per cambiare la frequenza all'interno di una gamma selezionata.

• Meter Range Attenuator - Riceve il segnale AF selezionato come ingresso e produce un'uscita attenuata, quando richiesto.

• Output Amplifier - Se necessario, amplifica il segnale AF selezionato.

• Output Buffer - Viene utilizzato per fornire il segnale AF selezionato ai dispositivi di output.

• Meter Circuit- Visualizza la lettura del segnale AF selezionato. Possiamo scegliere la lettura del contatore in volt o in decibel.

Analizzatore d'onda supereterodina

L'analizzatore d'onda, utilizzato per analizzare i segnali della gamma RF è chiamato analizzatore d'onda supereterodina. La figura seguente mostra il fileblock diagram dell'analizzatore d'onda supereterodina.

Il working dell'analizzatore di onde supereterodine è menzionato di seguito.

• Il segnale RF, che deve essere analizzato, viene applicato all'attenuatore di ingresso. Se l'ampiezza del segnale è troppo grande, può essere attenuata diinput attenuator.

• Untuned amplifier amplifica il segnale RF quando necessario e viene applicato al primo mixer.

• Gli intervalli di frequenza del segnale RF e dell'uscita dell'oscillatore locale sono rispettivamente 0-18 MHz e 30-48 MHz. Così,first mixerproduce un'uscita, che ha una frequenza di 30 MHz. Questa è la differenza di frequenze dei due segnali che gli vengono applicati.

• IF amplifieramplifica il segnale della frequenza intermedia (IF), ovvero l'uscita del primo mixer. Il segnale IF amplificato viene applicato al secondo mixer.

• Le frequenze del segnale IF amplificato e dell'uscita dell'oscillatore a cristallo sono uguali e pari a 30 MHz. Così lasecond mixerproduce un'uscita che ha una frequenza di 0 Hz. Questa è la differenza di frequenze dei due segnali che gli vengono applicati.

• La frequenza di taglio di Active Low Pass Filter (LPF)è scelto come 1500 Hz. Quindi, questo filtro consente il segnale di uscita del secondo mixer.

• Meter Circuitvisualizza la lettura del segnale RF. Possiamo scegliere la lettura del contatore in volt o in decibel.

Quindi, possiamo scegliere un particolare analizzatore d'onda in base alla gamma di frequenza del segnale che deve essere analizzato.

Si chiama lo strumento elettronico, utilizzato per analizzare le onde nel dominio della frequenza spectrum analyzer. Fondamentalmente, mostra la distribuzione dell'energia di un segnale sul suo schermo CRT. Qui, l'asse x rappresenta la frequenza e l'asse y rappresenta l'ampiezza.

Tipi di analizzatori di spettro

Possiamo classificare gli analizzatori di spettro nei seguenti two types.

• Filter Bank Spectrum Analyzer
• Analizzatore di spettro supereterodina

Ora, parliamo di questi due analizzatori di spettro uno per uno.

Filter Bank Spectrum Analyzer

L'analizzatore di spettro, utilizzato per analizzare i segnali della gamma AF è chiamato analizzatore di spettro del banco di filtri, o real time spectrum analyzer perché mostra (visualizza) qualsiasi variazione in tutte le frequenze di ingresso.

La figura seguente mostra il file block diagram dell'analizzatore di spettro del banco di filtri.

Il working dell'analizzatore di spettro del banco di filtri è menzionato di seguito.

• Ha una serie di filtri passa banda e ognuno è progettato per consentire una specifica banda di frequenze. L'uscita di ciascun filtro passa banda viene fornita a un rilevatore corrispondente.

• Tutte le uscite del rilevatore sono collegate all'interruttore elettronico. Questo interruttore consente al rilevatore di emettere sequenzialmente alla piastra di deflessione verticale di CRO. Quindi, CRO mostra la frequenzaspectrum of AF signal sullo schermo CRT.

Analizzatore di spettro supereterodina

Viene chiamato l'analizzatore di spettro, utilizzato per analizzare i segnali sono di gamma RF superheterodyne spectrum analyzer. Suoblock diagram è mostrato nella figura sotto.

Il working dell'analizzatore di spettro supereterodina è menzionato di seguito.

• Il segnale RF, che deve essere analizzato, viene applicato all'attenuatore di ingresso. Se l'ampiezza del segnale è troppo grande, può essere attenuata da uninput attenuator.

• Low Pass Filter (LPF) consente solo i componenti di frequenza inferiori alla frequenza di taglio.

• Mixerottiene gli ingressi dal filtro passa basso e dall'oscillatore sintonizzato sulla tensione. Produce un'uscita, che è la differenza di frequenze dei due segnali che gli vengono applicati.

• IF amplifieramplifica il segnale della frequenza intermedia (IF), ovvero l'uscita del mixer. Il segnale IF amplificato viene applicato al rivelatore.

L'uscita del rivelatore è data alla piastra di deflessione verticale del CRO. Quindi, CRO mostra la frequenzaspectrum of RF signal sullo schermo CRT.

Quindi, possiamo scegliere un particolare analizzatore di spettro in base alla gamma di frequenze del segnale che deve essere analizzato.

Oscilloscopeè un'apparecchiatura elettronica che visualizza una forma d'onda di tensione. Tra gli oscilloscopi, l'oscilloscopio a raggi catodici (CRO) è quello di base e visualizza un segnale o una forma d'onda variabile nel tempo.

In questo capitolo, discutiamo del diagramma a blocchi di CRO e delle misurazioni di alcuni parametri utilizzando CRO.

Diagramma a blocchi di CRO

L'oscilloscopio a raggi catodici (CRO) è costituito da un insieme di blocchi. Questi sono amplificatore verticale, linea di ritardo, circuito trigger, generatore di base dei tempi, amplificatore orizzontale, tubo a raggi catodici (CRT) e alimentazione. Ilblock diagram di CRO è mostrato nella figura sottostante.

Il function di ogni blocco di CRO è menzionato di seguito.

• Vertical Amplifier - Amplifica il segnale in ingresso, che deve essere visualizzato sullo schermo del CRT.

• Delay Line- Fornisce una certa quantità di ritardo al segnale, che si ottiene all'uscita dell'amplificatore verticale. Questo segnale ritardato viene quindi applicato alle piastre di deflessione verticale di CRT.

• Trigger Circuit - Produce un segnale di trigger per sincronizzare le deflessioni orizzontali e verticali del fascio di elettroni.

• Time base Generator - Produce un segnale a dente di sega, utile per la deflessione orizzontale del fascio di elettroni.

• Horizontal Amplifier - Amplifica il segnale a dente di sega e poi lo collega alle piastre di deflessione orizzontali del CRT.

• Power supply- Produce tensioni sia alte che basse. L'alta tensione negativa e la bassa tensione positiva vengono applicate rispettivamente al CRT e ad altri circuiti.

• Cathode Ray Tube (CRT)- È il principale blocco importante di CRO e consiste principalmente di quattro parti. Quelli sono cannoni elettronici, piastre di deflessione verticale, piastre di deflessione orizzontali e schermo fluorescente.

Il fascio di elettroni, che è prodotto da un cannone elettronico, viene deviato in entrambe le direzioni verticale e orizzontale da una coppia di piastre di deflessione verticali e una coppia di piastre di deflessione orizzontali rispettivamente. Infine, il raggio deviato apparirà come un punto sullo schermo fluorescente.

In questo modo, CRO visualizzerà il segnale di ingresso applicato sullo schermo del CRT. Quindi, possiamo analizzare i segnali nel dominio del tempo utilizzando CRO

Misurazioni utilizzando CRO

Possiamo fare le seguenti misurazioni usando CRO.

• Misurazione dell'ampiezza
• Misurazione del periodo di tempo
• Misurazione della frequenza

Ora, discutiamo di queste misurazioni una per una.

Misurazione dell'ampiezza

CRO visualizza il segnale di tensione in funzione del tempo sullo schermo. Ilamplitude di quel segnale di tensione è costante, ma possiamo variare il numero di divisioni che coprono il segnale di tensione in direzione verticale variando volt/divisionmanopola sul pannello CRO. Pertanto, otterremo il fileamplitude del segnale, che è presente sullo schermo del CRO utilizzando la seguente formula.

$$A=j\times n_{v}$$

Dove,

$A$ è l'ampiezza

$j$ è il valore di volt / divisione

$n_{v}$ è il numero di divisioni che coprono il segnale in direzione verticale.

Misurazione del periodo di tempo

CRO visualizza il segnale di tensione in funzione del tempo sullo schermo. IlTime period di quel segnale di tensione periodico è costante, ma possiamo variare il numero di divisioni che coprono un ciclo completo di segnale di tensione in direzione orizzontale variando time/division manopola sul pannello CRO.

Pertanto, otterremo il file Time period del segnale, che è presente sullo schermo del CRO utilizzando la seguente formula.

$$T=k\times n_{h}$$

Dove,

$T$ è il periodo di tempo

$j$ è il valore del tempo / divisione

$n_{v}$ è il numero di divisioni che coprono un ciclo completo del segnale periodico in direzione orizzontale.

Misurazione della frequenza

La frequenza, f di un segnale periodico è il reciproco del periodo di tempo, T. Mathematically, può essere rappresentato come

$$f=\frac{1}{T}$$

Quindi, possiamo trovare la frequenza, f di un segnale periodico seguendo questi due passaggi.

• Step1 - Trova il file Time period di segnale periodico

• Step2 - Prendi reciprocal of Time period of periodic signal, che si ottiene nel passaggio 1

Discuteremo degli oscilloscopi per scopi speciali nel prossimo capitolo.

Nel capitolo precedente, abbiamo discusso dell'oscilloscopio a raggi catodici (CRO), che è un oscilloscopio di base. Otterremo oscilloscopi per scopi speciali semplicemente includendo alcuni blocchi aggiuntivi all'oscilloscopio di base in base ai requisiti.

Di seguito sono riportati i file special purpose oscilloscopes.

• Oscilloscopio a doppio raggio
• Oscilloscopio a doppia traccia
• Oscilloscopio a memoria digitale

Ora, parliamo di questi oscilloscopi per scopi speciali uno per uno.

Oscilloscopio a doppio raggio

L'oscilloscopio, che visualizza due forme d'onda di tensione, è chiamato oscilloscopio a doppio raggio. Suoblock diagram è mostrato nella figura sotto.

Come mostrato nella figura sopra, il CRT dell'oscilloscopio a doppio raggio è costituito da due serie di piastre di deflessione verticali e una serie di piastre di deflessione orizzontali.

La combinazione dei seguenti blocchi insieme è chiamata a channel.

• Pre-amplificatore e attenuatore
• Linea di ritardo
• Amplificatore verticale
• Un set di piastre di deflessione verticale

Ci sono due canali nell'oscilloscopio a doppio raggio. Quindi, possiamo applicare i due segnali, vale a dire A e B rispettivamente come ingresso del canale A e del canale B. Possiamo scegliere uno qualsiasi di questi quattro segnali cometrigger inputal circuito trigger utilizzando un interruttore. Questi sono segnali di ingresso A e B, segnale esterno (Ext) e ingresso di linea.

Questo oscilloscopio produrrà due fasci deviati verticalmente, poiché ci sono due coppie di piastre di deflessione verticali. In questo oscilloscopio, i blocchi utili per deviare il raggio in direzione orizzontale sono comuni per entrambi i segnali di ingresso. Infine, questo oscilloscopio produrrà il filetwo input signals contemporaneamente sullo schermo di CRT.

Oscilloscopio a doppia traccia

L'oscilloscopio, che produce due tracce sul suo schermo, è chiamato Dual Trace Oscilloscope. Suoblock diagram è mostrato nella figura sotto.

Come mostrato nella figura sopra, il CRT dell'oscilloscopio a doppia traccia è costituito da un set di piastre di deflessione verticali e un altro set di piastre di deflessione orizzontali. Il canale è costituito da quattro blocchi, ovvero preamplificatore e attenuatore, linea di ritardo, amplificatore verticale e piastre di deflessione verticale.

Nello schema a blocchi sopra, i primi due blocchi sono presenti separatamente in entrambi i canali. Gli ultimi due blocchi sono comuni a entrambi i canali. Quindi, con l'aiuto dielectronic switch possiamo collegare l'uscita della linea di ritardo di un canale specifico all'amplificatore verticale.

Possiamo scegliere uno qualsiasi di questi quattro segnali come ingresso trigger per il trigger circuitutilizzando un interruttore. Questi sono segnali di ingresso A e B, segnale esterno (Ext) e ingresso di linea.

Questo oscilloscopio utilizza lo stesso fascio di elettroni per deviare i segnali di ingresso A e B in direzione verticale utilizzando un interruttore elettronico e produce two traces. i blocchi che deviano il raggio orizzontalmente è comune per entrambi i segnali di ingresso.

Oscilloscopio a memoria digitale

L'oscilloscopio, che memorizza la forma d'onda digitalmente, è noto come oscilloscopio a memoria digitale. Ilblock diagram dell'oscilloscopio a memoria (digitale) è sotto -

I blocchi aggiuntivi richiesti per la memorizzazione dei dati digitali vengono aggiunti a un oscilloscopio di base per convertirlo in un oscilloscopio a memoria digitale. I blocchi necessari perstoring of digital datasi trovano tra il preamplificatore e l'attenuatore e l'amplificatore verticale nell'oscilloscopio a memoria digitale. Questi sono circuito di campionamento e mantenimento, convertitore analogico / digitale (ADC), memoria e convertitore digitale / analogico.

Control logiccontrolla i primi tre blocchi inviando vari segnali di controllo. I blocchi come la logica di controllo e il convertitore da digitale ad analogico sono presenti tra il circuito di trigger e l'amplificatore orizzontale nell'oscilloscopio a memoria digitale.

L'oscilloscopio a memoria digitale stores the datain digitale prima di visualizzare la forma d'onda sullo schermo. Considerando che, l'oscilloscopio di base non ha questa caratteristica.

Lissajous figureè il modello che viene visualizzato sullo schermo, quando i segnali sinusoidali vengono applicati alle piastre di deflessione orizzontali e verticali del CRO. Questi modelli varieranno in base alle ampiezze, frequenze e differenze di fase dei segnali sinusoidali, che vengono applicati alle piastre di deflessione sia orizzontale che verticale del CRO.

La figura seguente mostra un file example della figura di Lissajous.

La figura di Lissajous sopra è in elliptical shape e il suo asse maggiore ha un angolo di inclinazione con asse x positivo.

Misurazioni utilizzando le figure di Lissajous

Possiamo fare quanto segue two measurements da una figura di Lissajous.

• Frequenza del segnale sinusoidale
• Differenza di fase tra due segnali sinusoidali

Ora, discutiamo di queste due misurazioni una per una.

Misurazione della frequenza

La figura di Lissajous verrà visualizzata sullo schermo, quando i segnali sinusoidali vengono applicati alle piastre di deflessione orizzontali e verticali del CRO. Quindi, applica il segnale sinusoidale, che ha standardknown frequencyalle piastre di deflessione orizzontali di CRO. Allo stesso modo, applicare il segnale sinusoidale, il cuifrequency è unknown alle piastre di deflessione verticali di CRO

Permettere, $f_{H}$ e $f_{V}$sono le frequenze dei segnali sinusoidali, che vengono applicati rispettivamente alle piastre di deflessione orizzontale e verticale di CRO. La relazione tra$f_{H}$ e $f_{V}$ può essere mathematically rappresentato come di seguito.

$$\frac{f_{V}}{f_{H}}=\frac{n_{H}}{n_{V}}$$

Dalla relazione sopra, otterremo la frequenza del segnale sinusoidale, che viene applicato alle piastre di deflessione verticale del CRO come

$f_{V}=\left ( \frac{n_{H}}{n_{V}} \right )f_{H}$(Equazione 1)

Dove,

$n_{H}$ è il numero di tangenze orizzontali

$n_{V}$ è il numero di tangenze verticali

Possiamo trovare i valori di $n_{H}$ e $n_{V}$dalla figura di Lissajous. Quindi, sostituendo i valori di$n_{H}$, $n_{V}$ e $f_{H}$ nell'equazione 1, otterremo il valore di $f_{V}$, cioè il frequency of sinusoidal signal che viene applicato alle piastre di deflessione verticali di CRO.

Misurazione della differenza di fase

Una figura di Lissajous viene visualizzata sullo schermo quando i segnali sinusoidali vengono applicati alle piastre di deflessione orizzontali e verticali del CRO. Quindi, applica i segnali sinusoidali, che hannosame amplitude and frequency sia alle piastre di deflessione orizzontali che verticali di CRO.

Per poche figure di Lissajous in base alla loro forma, possiamo dire direttamente la differenza di fase tra i due segnali sinusoidali.

• Se la cifra di Lissajous è un straight line con un'inclinazione di $45^{\circ}$ con asse x positivo, quindi phase difference tra i due segnali sinusoidali sarà $0^{\circ}$. Ciò significa che non c'è differenza di fase tra questi due segnali sinusoidali.

• Se la cifra di Lissajous è un straight line con un'inclinazione di $135^{\circ}$ con asse x positivo, quindi phase difference tra i due segnali sinusoidali sarà $180^{\circ}$. Ciò significa che quei due segnali sinusoidali sono sfasati.

• Se la figura di Lissajous è in formato circular shape, allora sarà la differenza di fase tra i due segnali sinusoidali $90^{\circ}$ o $270^{\circ}$.

Possiamo calcolare la differenza di fase tra i due segnali sinusoidali utilizzando formule, quando le cifre di Lissajous sono di elliptical shape.

• Se l'asse maggiore di una figura di Lissajous di forma ellittica con un angolo di inclinazione si trova tra $0^{\circ}$ e $90^{\circ}$ con asse x positivo, allora la differenza di fase tra i due segnali sinusoidali sarà.

$$\phi =\sin ^{-1}\left ( \frac{x_{1}}{x_{2}} \right )=\sin ^{-1}\left ( \frac{y_{1}}{y_{2}} \right )$$

• Se l'asse maggiore di una figura di Lissajous di forma ellittica con un angolo di inclinazione si trova tra $90^{\circ}$ e $180^{\circ}$ con asse x positivo, allora la differenza di fase tra i due segnali sinusoidali sarà.

$$\phi =180 - \sin ^{-1}\left ( \frac{x_{1}}{x_{2}} \right )=180 - \sin ^{-1}\left ( \frac{y_{1}}{y_{2}} \right )$$

Where,

$x_{1}$ è la distanza dall'origine al punto sull'asse x, dove si interseca la figura ellittica di Lissajous

$x_{2}$ è la distanza dall'origine alla tangente verticale della figura di Lissajous di forma ellittica

$y_{1}$ è la distanza dall'origine al punto sull'asse y, dove si interseca la figura ellittica di Lissajous

$y_{2}$ è la distanza dall'origine alla tangente orizzontale della figura di Lissajous di forma ellittica

In questo capitolo, imparerai come trovare la frequenza di un segnale sinusoidale sconosciuto e la differenza di fase tra due segnali sinusoidali dalle figure di Lissajous usando le formule.

Possiamo collegare qualsiasi circuito di prova a un oscilloscopio tramite una sonda. Poiché CRO è un oscilloscopio di base, viene chiamata anche la sonda ad esso collegataCRO probe.

Dobbiamo selezionare la sonda in modo tale da non creare problemi di caricamento con il circuito di prova. In modo che possiamo analizzare il circuito di prova con i segnali correttamente sullo schermo CRO.

Le sonde CRO dovrebbero avere quanto segue characteristics.

• Alta impedenza
• Elevata larghezza di banda

Il block diagram della sonda CRO è mostrato nella figura sottostante.

Come mostrato nella figura, la sonda CRO consiste principalmente di tre blocchi. Quelli sono la testa della sonda, il cavo coassiale e il circuito di terminazione. Il cavo coassiale collega semplicemente la testa della sonda e il circuito di terminazione.

Tipi di sonde CRO

Le sonde CRO possono essere classificate nelle seguenti two types.

• Sonde passive
• Sonde attive

Ora, parliamo di questi due tipi di sonde uno per uno.

Sonde passive

Se la testa della sonda è costituita da elementi passivi, viene chiamata passive probe. Lo schema elettrico della sonda passiva è mostrato nella figura sottostante.

Come mostrato in figura, la testa della sonda è costituita da una combinazione parallela di resistore, $R_{1}$ e un condensatore variabile, $C_{1}$. Allo stesso modo, il circuito di terminazione è costituito da una combinazione parallela di resistore,$R_{2}$ e condensatore, $C_{2}$.

Lo schema circuitale sopra è modificato nella forma di bridge circuit ed è mostrato nella figura sottostante.

Possiamo bilanciare il ponte, regolando il valore del condensatore variabile, $c_{1}$. Discuteremo il concetto di bridge nei capitoli seguenti. Per il momento, considera quanto seguebalancing condition of AC bridge.

$$Z_{1}Z_{4}=Z_{2}Z_{3}$$

Substitute, le impedenze $Z_{1},Z_{2}, Z_{3}$ e $Z_{4}$ come $R_{1},\frac{1}{j\omega C_{1}}, R_{2}$ e $\frac{1}{j\omega C_{2}}$ rispettivamente nell'equazione precedente.

$$R_{1}\left ( \frac{1}{j \omega C_{2}} \right )=\left ( \frac{1}{j \omega C_{1}} \right )R_{2}$$

$\Rightarrow R_{1} C_{1}=R_{2} C_{2}$Equazione 1

In base al principio di divisione della tensione, otterremo il voltage across resistor, $R_{2}$ come

$$V_{0}=V_{i}\left ( \frac{R_{2}}{R_{1}+R_{2}} \right )$$

attenuation factor è il rapporto tra la tensione di ingresso, $V_{i}$ e tensione di uscita, $V_{0}$. Quindi, dall'equazione precedente otterremo il fattore di attenuazione,$\alpha$ come

$$\alpha = \frac{V_{i}}{V_{0}}=\frac{R_{1}+R_{2}}{R_{2}}$$

$\Rightarrow \alpha = 1+\frac{R_{1}}{R_{2}}$

$\Rightarrow \alpha-1 = \frac{R_{1}}{R_{2}}$

$\Rightarrow R_{1}= \left ( \alpha-1 \right )R_{2}$Equazione 2

Dall'equazione 2, possiamo concludere che il valore di $R_{1}$ è maggiore o uguale al valore di ð ?? '… 2 per i valori interi di$\:\alpha > 1$.

Sostituisci l'equazione 2 nell'equazione 1.

$$\left ( \alpha-1 \right )R_{2}C_{1}=R_{2}C_{2}$$

$\Rightarrow \left ( \alpha-1 \right )C_{1} =C_{2}$

$\Rightarrow C_{1}=\frac{C_{2}}{\left ( \alpha-1 \right )}$Equazione 3

Dall'equazione 3, possiamo concludere che il valore di $C_{1}$ è minore o uguale al valore di $C_{2}$ per valori interi di $\alpha >1$

Example

Cerchiamo di trovare i valori di $R_{1}$ e $C_{1}$ di una sonda avente un fattore di attenuazione,$\alpha$ come 10. Supponiamo, $R_{2}=1 M \Omega$ e $C_{2}=18pF$.

• Step1 - Otterremo il valore di $R_{1}$ sostituendo i valori di $\alpha$ e $R_{2}$ nell'equazione 2.

$$ R_{1}=\left ( 10-1 \right )\times 1 \times 10^{6}$$

$$\Rightarrow R_{1}=9 \times 10^{6}$$

$$\Rightarrow R_{1}=9 M\Omega$$

Step 2 - Otterremo il valore di $C_{1}$ sostituendo i valori di $\alpha$ e $C_{2}$ nell'equazione 3.

$$C_{1}=\frac{18\times10^{-12}}{\left ( 10-1 \right )}$$

$$\Rightarrow C_{1}=2 \times 10^{-12}$$

$$\Rightarrow C_{1}=2 pF$$

Pertanto, i valori di $R_{1}$ e $C_{1}$ di una sonda sarà $9M\Omega$ e $2pF$ rispettivamente per le specifiche fornite.

Sonde attive

Se la testa della sonda è costituita da componenti elettronici attivi, viene chiamata active probe. Lo schema a blocchi della sonda attiva è mostrato nella figura sottostante.

Come mostrato in figura, la testa della sonda è costituita da un inseguitore di sorgente FET in cascata con inseguitore di emettitore BJT. Il follower della sorgente FET fornisce un'alta impedenza di ingresso e una bassa impedenza di uscita. Considerando che, lo scopo del follower dell'emettitore BJT è quello di evitare o eliminare il disadattamento di impedenza.

Le altre due parti, come il cavo coassiale e il circuito di terminazione, rimangono le stesse nelle sonde attive e passive.

Se i componenti elettrici sono disposti nella forma di un ponte o di una struttura ad anello, quel circuito elettrico è chiamato a bridge. In generale, il ponte forma un anello con una serie di quattro bracci o rami. Ciascun ramo può contenere uno o due componenti elettrici.

Tipi di ponti

Possiamo classificare i circuiti ponte o ponti nelle seguenti due categorie in base al segnale di tensione con cui possono essere azionati.

• Ponti DC
• Ponti AC

Parliamo ora brevemente di questi due ponti.

Ponti DC

Se il circuito a ponte può essere azionato solo con il segnale di tensione CC, allora è un circuito a ponte CC o semplicemente DC bridge. I ponti CC vengono utilizzati per misurare il valore della resistenza sconosciuta. Ilcircuit diagram del ponte DC ha l'aspetto mostrato nella figura sotto.

Il ponte DC sopra ha four armse ogni braccio è costituito da un resistore. Tra i quali, due resistori hanno valori di resistenza fissi, un resistore è un resistore variabile e l'altro ha un valore di resistenza sconosciuto.

Il circuito a ponte CC di cui sopra può essere eccitato con a DC voltage sourcemettendolo in una diagonale. Il galvanometro è posto in un'altra diagonale del ponte DC. Mostra una certa deflessione fintanto che il ponte è sbilanciato.

Variare il valore di resistenza del resistore variabile fino a quando il galvanometro mostra una deflessione nulla (zero). Ora, si dice che il ponte DC sopra sia bilanciato. Quindi, possiamo trovare il valore diunknown resistance utilizzando equazioni nodali.

Ponti AC

Se il circuito a ponte può essere azionato solo con il segnale di tensione CA, si dice che sia un circuito a ponte CA o semplicemente AC bridge. I ponti CA vengono utilizzati per misurare il valore di induttanza, capacità e frequenza sconosciute.

Il circuit diagram del ponte CA ha l'aspetto mostrato nella figura sotto.

Lo schema del circuito del ponte CA è simile a quello del ponte CC. Il ponte AC sopra hafour armse ogni braccio è costituito da una certa impedenza. Ciò significa che ogni braccio avrà uno o una combinazione di elementi passivi come resistore, induttore e condensatore.

Tra le quattro impedenze, due hanno valori fissi, una è variabile e l'altra è un'impedenza sconosciuta.

Il circuito a ponte CA sopra può essere eccitato con un AC voltage sourcemettendolo in una diagonale. Un rilevatore è posizionato in un'altra diagonale del ponte CA. Mostra una certa deflessione fintanto che il ponte è sbilanciato.

Il circuito a ponte CA sopra può essere eccitato con un AC voltage sourcemettendolo in una diagonale. Un rilevatore è posizionato in un'altra diagonale del ponte CA. Mostra una certa deflessione fintanto che il ponte è sbilanciato.

Variare il valore di impedenza dell'impedenza variabile fino a quando il rilevatore mostra una deflessione nulla (zero). Ora, si dice che il ponte CA sopra sia bilanciato. Quindi, possiamo trovare il valore diunknown impedance utilizzando condizioni equilibrate.

DC bridgespuò funzionare solo con il segnale di tensione CC. I ponti CC sono utili per misurare il valore della resistenza sconosciuta, che è presente nel ponte. Il ponte di Wheatstone è un esempio di ponte DC.

Ora, parliamone Wheatstone’s Bridge per trovare il valore della resistenza sconosciuta.

Ponte di Wheatstone

Il ponte di Wheatstone è un semplice ponte DC, che ha principalmente quattro bracci. Questi quattro bracci formano un rombo o una forma quadrata e ogni braccio è costituito da un resistore.

Per trovare il valore della resistenza sconosciuta, abbiamo bisogno del galvanometro e della sorgente di tensione CC. Quindi, uno di questi due è posizionato in una diagonale del ponte di Wheatstone e l'altro è posizionato in un'altra diagonale del ponte di Wheatstone.

Il ponte di Wheatstone viene utilizzato per misurare il valore della resistenza media. Ilcircuit diagram del ponte di Wheatstone è mostrato nella figura sotto.

Nel circuito sopra, i bracci AB, BC, CD e DA insieme formano a rhombuso di forma quadrata. Sono costituiti da resistori$R_{2}$, $R_{4}$, $R_{3}$ e $R_{1}$rispettivamente. Lascia che la corrente che scorre attraverso questi bracci di resistenza sia$I_{2}$, $I_{4}$, $I_{3}$ e $I_{1}$ rispettivamente e le direzioni di queste correnti sono mostrate in figura.

I bracci diagonali DB e AC sono costituiti rispettivamente dal galvanometro e dalla sorgente di tensione CC di V volt. Qui, il resistore,$R_{3}$ è un resistore variabile standard e il resistore, $R_{4}$è un resistore sconosciuto. Noi possiamobalance the bridge, variando il valore di resistenza del resistore, $R_{3}$.

Il circuito a ponte sopra è bilanciato quando nessuna corrente scorre attraverso il braccio diagonale, DB. Ciò significa che c'èno deflection nel galvanometro, quando il ponte è in equilibrio.

Il ponte sarà bilanciato, quando quanto segue two conditions sono soddisfatti.

• La tensione attraverso il braccio AD è uguale alla tensione attraverso il braccio AB. cioè

$$V_{AD}=V_{AB}$$

$\Rightarrow I_{1}R_{1}=I_{2}R_{2}$Equazione 1

• La tensione attraverso il braccio DC è uguale alla tensione attraverso il braccio BC. cioè

$$V_{DC}=V_{BC}$$

$\Rightarrow I_{3}R_{3}=I_{4}R_{4}$Equazione 2

Da due condizioni di bilanciamento sopra, otterremo quanto segue two conclusions.

• La corrente che fluisce attraverso il braccio AD sarà uguale a quella del braccio DC. cioè

$$I_{1}=I_{3}$$

• La corrente che scorre attraverso il braccio AB sarà uguale a quella del braccio BC. cioè

$$I_{2}=I_{4}$$

Prendi il rapporto tra l'equazione 1 e l'equazione 2.

$\frac{I_{1}R_{1}}{I_{3}R_{3}}=\frac{I_{2}R_{2}}{I_{4}R_{4}}$Equazione 3

Sostituto, $I_{1}=I_{3}$ e $I_{2}=I_{4}$ nell'equazione 3.

$$\frac{I_{3}R_{1}}{I_{3}R_{3}}=\frac{I_{4}R_{2}}{I_{4}R_{4}}$$

$$\Rightarrow \frac{R_{1}}{R_{3}}=\frac{R_{2}}{R_{4}}$$

$$\Rightarrow R_{4}=\frac{R_{2}R_{3}}{R_{1}}$$

Sostituendo i valori noti dei resistori $R_{1}$, $R_{2}$ e $R_{3}$ nell'equazione sopra, otterremo il value of resistor,$R_{4}$.

In questo capitolo, discutiamo dei ponti CA, che possono essere utilizzati per misurare l'induttanza. I ponti CA funzionano solo con il segnale di tensione CA. Ilcircuit diagram di AC bridge è mostrato nella figura sotto.

Come mostrato nella figura sopra, il ponte AC consiste principalmente di quattro bracci, che sono collegati a rombo o square shape. Tutti questi bracci sono costituiti da una certa impedenza.

Il rilevatore e la sorgente di tensione CA sono necessari anche per trovare il valore dell'impedenza sconosciuta. Quindi, uno di questi due è posto in una diagonale del ponte AC e l'altro è posizionato nell'altra diagonale del ponte AC. La condizione di bilanciamento del ponte di Wheatstone come -

$$R_{4}=\frac{R_{2}R_{3}}{R_{1}}$$

Otterremo il file balancing condition of AC bridge, semplicemente sostituendo R con Z nell'equazione precedente.

$$Z_{4}=\frac{Z_{2}Z_{3}}{Z_{1}}$$

$\Rightarrow Z_{1}Z_{4}=Z_{2}Z_{3}$

Qui, $Z_{1}$ e $Z_{2}$sono impedenze fisse. Mentre,$Z_{3}$ è un'impedenza variabile standard e $Z_{4}$ è un'impedenza sconosciuta.

Note - Possiamo scegliere due qualsiasi di queste quattro impedenze come impedenze fisse, un'impedenza come impedenza variabile standard e l'altra come impedenza sconosciuta in base all'applicazione.

Di seguito sono riportati i due ponti CA, che possono essere utilizzati per misurare inductance.

• Ponte di Maxwell
• Hay's Bridge

Ora, parliamo di questi due ponti CA uno per uno.

Ponte di Maxwell

Il ponte di Maxwell è un ponte AC con quattro bracci, che sono collegati sotto forma di un rombo o square shape. Due bracci di questo ponte sono costituiti da un singolo resistore, un braccio è costituito da una combinazione in serie di resistore e induttore e l'altro braccio è costituito da una combinazione parallela di resistore e condensatore.

Un rilevatore CA e una sorgente di tensione CA vengono utilizzati per trovare il valore dell'impedenza sconosciuta. Quindi, uno di questi due è posto in una diagonale del ponte di Maxwell e l'altro è posizionato nell'altra diagonale del ponte di Maxwell.

Il ponte di Maxwell viene utilizzato per misurare il valore dell'induttanza media. Ilcircuit diagram del ponte di Maxwell è mostrato nella figura sotto.

Nel circuito sopra, i bracci AB, BC, CD e DA formano insieme un rombo o una forma quadrata. I bracci AB e CD sono costituiti da resistori,$R_{2}$ e $R_{3}$rispettivamente. Il braccio, BC è costituito da una combinazione in serie di resistore,$R_{4}$ e induttore, $L_{4}$. Il braccio, DA è costituito da una combinazione parallela di resistore,$R_{1}$ e condensatore, $C_{1}$.

Permettere, $Z_{1}, Z_{2}, Z_{3}$ e $Z_{4}$sono rispettivamente le impedenze dei bracci DA, AB, CD e BC. Ilvalues of these impedances sarà

$$Z_{1}=\frac{R_{1}\left ( \frac{1}{j\omega C_{1}} \right )}{R_{1}+\frac{1}{j\omega C_{1}}}$$

$$\Rightarrow Z_{1}=\frac{R_{1}}{1+j \omega R_{1}C_{1}}$$

$Z_{2}=R_{2}$

$Z_{3}=R_{3}$

$Z_{4}=R_{4}+j \omega L_{4}$

Substitute questi valori di impedenza nella seguente condizione di bilanciamento del ponte CA.

$$Z_{4}=\frac{Z_{2}Z_{3}}{Z_{1}}$$

$$R_{4}+j\omega L_{4}=\frac{R_{2}R_{3}}{\left ( {\frac{R_{1}}{1+j \omega R_{1}C_{1}}} \right )}$$

$\Rightarrow R_{4}+j\omega L_{4}=\frac{R_{2}R_{3}\left (1+j \omega R_{1}C_{1} \right )}{R_{1}}$

$\Rightarrow R_{4}+j\omega L_{4}=\frac{R_{2}R_{3}}{R_{1}}+\frac{j \omega R_{1}C_{1}R_{2}R_{3}}{R_{1}}$

$\Rightarrow R_{4}+j\omega L_{4}=\frac{R_{2}R_{3}}{R_{1}}+j \omega C_{1}R_{2}R_{3}$

Di comparing i rispettivi termini reali e immaginari dell'equazione precedente, otterremo

$R_{4}=\frac{R_{2}R_{3}}{R_{1}}$Equazione 1

$L_{4}=C_{1}R_{2}R_{3}$Equazione 2

Sostituendo i valori delle resistenze $R_{1}$, $R_{2}$ e $R_{3}$ nell'equazione 1, otterremo il valore del resistore, $R_{4}$. Allo stesso modo, sostituendo il valore del condensatore,$C_{1}$ e i valori delle resistenze, $R_{2}$ e $R_{3}$ nell'equazione 2, otterremo il valore dell'induttore, $L_{4}$.

Il advantage del ponte di Maxwell è che entrambi i valori del resistore, $R_{4}$ e un induttore, $L_{4}$ sono indipendenti dal valore della frequenza.

Hay's Bridge

Il ponte di Hay è una versione modificata del ponte di Maxwell, che otteniamo modificando il braccio, che consiste in una combinazione parallela di resistore e condensatore nel braccio, che consiste in una combinazione in serie di resistore e condensatore nel ponte di Maxwell.

Il ponte di Hay viene utilizzato per misurare il valore dell'alta induttanza. Ilcircuit diagram del ponte di Hay è mostrato nella figura sotto.

Nel circuito sopra, i bracci AB, BC, CD e DA formano insieme un rombo o una forma quadrata. I bracci, AB e CD sono costituiti da resistori,$R_{2}$ e $R_{3}$rispettivamente. Il braccio, BC è costituito da una combinazione in serie di resistore,$R_{4}$ e induttore, $L_{4}$. Il braccio, DA è costituito da una combinazione in serie di resistori,$R_{1}$ e condensatore, $C_{1}$.

Permettere, $Z_{1}, Z_{2}, Z_{3}$ e $Z_{4}$sono rispettivamente le impedenze dei bracci DA, AB, CD e BC. Ilvalues of these impedances sarà

$$Z_{1}=R_{1}+\frac{1}{j \omega C_{1}}$$

$\Rightarrow Z_{1}=\frac{1+j \omega R_{1}C_{1}}{j \omega C_{1}}$

$Z_{2}=R_{2}$

$Z_{3}=R_{3}$

$Z_{4}=R_{4}+j \omega L_{4}$

Substitute questi valori di impedenza nella seguente condizione di bilanciamento del ponte CA.

$$Z_{4}=\frac{Z_{2}Z_{3}}{Z_{1}}$$

$R_{4}+j \omega L_{4}=\frac{R_{2}R_{3}}{\left ( \frac{1+j \omega R_{1}C_{1}}{j \omega C_{1}}\right )}$

$R_{4}+j \omega L_{4}=\frac{R_{2}R_{3}j \omega C_{1}}{\left ( 1+j \omega R_{1}C_{1}\right )}$

Moltiplicare il numeratore e il denominatore del termine a destra dell'equazione precedente con $1 - j \omega R_{1}C_{1}$.

$\Rightarrow R_{4}+j \omega L_{4}=\frac{R_{2}R_{3}j \omega C_{1}}{\left ( 1+j \omega R_{1}C_{1}\right )}\times \frac{\left (1 - j \omega R_{1}C_{1} \right )}{\left (1 - j \omega R_{1}C_{1} \right )}$

$\Rightarrow R_{4}+j \omega L_{4}=\frac{\omega^{2}{C_{1}}^{2}R_{1}R_{2}R_{3}+j \omega R_{2}R_{3}C_{1}}{\left ( 1+\omega^{2}{R_{1}}^{2}{C_{1}}^{2}\right )}$

Di comparing i rispettivi termini reali e immaginari dell'equazione precedente, otterremo

$R_{4}= \frac{\omega^{2}{C_{1}}^{2}R_{1}R_{2}R_{3}}{\left ( 1+\omega^{2}{R_{1}}^{2}{C_{1}}^{2}\right )}$Equazione 3

$L_{4}= \frac{R_{2}R_{3}C_{1}}{\left ( 1+\omega^{2}{R_{1}}^{2}{C_{1}}^{2}\right )}$Equazione 4

Sostituendo i valori di $R_{1}, R_{2}, R_{3}, C_{1}$ e $\omega$ nell'equazione 3 e nell'equazione 4, otterremo i valori del resistore, $R_{4}$ e induttore, $L_{4}$.

Nel capitolo precedente, abbiamo discusso di due ponti CA che possono essere utilizzati per misurare l'induttanza. In questo capitolo, discutiamo di quanto seguetwo AC bridges.

• Ponte Schering
• Ponte di Vienna

Questi due ponti possono essere utilizzati per misurare rispettivamente la capacità e la frequenza.

Ponte Schering

Il ponte di Schering è un ponte AC con quattro bracci, che sono collegati sotto forma di un rombo o square shape, il cui un braccio è costituito da un singolo resistore, un braccio è costituito da una combinazione in serie di resistore e condensatore, un braccio è costituito da un singolo condensatore e l'altro è costituito da una combinazione parallela di resistore e condensatore.

Il rilevatore AC e la sorgente di tensione AC sono anche usati per trovare il valore dell'impedenza sconosciuta, quindi uno di loro è posto in una diagonale del ponte di Schering e l'altro è posizionato nell'altra diagonale del ponte di Schering.

Il ponte di Schering viene utilizzato per misurare il valore della capacità. Ilcircuit diagram del ponte di Schering è mostrato nella figura sotto.

Nel circuito sopra, i bracci AB, BC, CD e DA formano insieme un rombo o square shape. Il braccio AB è costituito da una resistenza,$R_{2}$. Il braccio BC è costituito da una combinazione in serie di resistori,$R_{4}$ e condensatore, $C_{4}$. Il braccio CD è costituito da un condensatore,$C_{3}$. Il braccio DA è costituito da una combinazione parallela di resistore,$R_{1}$ e condensatore, $C_{1}$.

Permettere, $Z_{1}$, $Z_{2}$,$Z_{3}$ e $Z_{4}$sono rispettivamente le impedenze dei bracci DA, AB, CD e BC. Ilvalues of these impedances sarà

$Z_{1}=\frac{R_{1}\left ( \frac{1}{j \omega C_{1}} \right )}{R_{1}+\frac{1}{j \omega C_{1}}}$

$\Rightarrow Z_{1}=\frac{R_{1}}{1+j \omega R_{1}C_{1}}$

$Z_{2}=R_{2}$

$Z_{3}=\frac{1}{j \omega C_{3}}$

$Z_{4}=R_{4}+\frac{1}{j \omega C_{4}}$

$\Rightarrow Z_{4}=\frac{1+j \omega R_{4}C_{4}}{j \omega C_{4}}$

Substitute questi valori di impedenza nella seguente condizione di bilanciamento del ponte CA.

$$Z_{4}=\frac{Z_{2}Z_{3}}{Z_{1}}$$

$$\frac{1+j \omega R_{4}C_{4}}{j \omega C_{4}}=\frac{R_{2}\left (\frac{1}{j \omega C_{3}} \right )}{\frac{R_{1}}{1+j \omega R_{1}C_{1}}}$$

$\Rightarrow \frac{1+j \omega R_{4}C_{4}}{j \omega C_{4}}=\frac{R_{2}\left ( 1+j \omega R_{1}C_{1} \right )}{j \omega R_{1}C_{3}}$

$\Rightarrow \frac{1+j \omega R_{4}C_{4}}{C_{4}}=\frac{R_{2}\left ( 1+j \omega R_{1}C_{1} \right )}{R_{1}C_{3}}$

$\Rightarrow \frac{1}{C_{4}}+j \omega R_{4}=\frac{R_{2}}{R_{1}C_{3}}+\frac{j\omega C_{1}R_{2}}{C_{3}}$

Di comparing i rispettivi termini reali e immaginari dell'equazione precedente, otterremo

$C_{4}=\frac{R_{1}C_{3}}{R_{2}}$Equazione 1

$R_{4}=\frac{C_{1}R_{2}}{C_{3}}$Equazione 2

Sostituendo i valori di $R_{1}, R_{2}$ e $C_{3}$ nell'equazione 1, otterremo il valore del condensatore, $C_{4}$. Allo stesso modo, sostituendo i valori di$R_{2}, C_{1}$ e $C_{3}$ nell'equazione 2, otterremo il valore del resistore, $R_{4}$.

Il advantage del ponte Schering sia che i valori del resistore, $R_{4}$ e condensatore, $C_{4}$ sono indipendenti dal valore della frequenza.

Ponte di Vienna

Wien’s bridgeè un ponte AC con quattro bracci, che sono collegati a forma di rombo o di forma quadrata. Tra due bracci costituiti da un singolo resistore, un braccio è costituito da una combinazione parallela di resistore e condensatore e l'altro braccio è costituito da una combinazione in serie di resistore e condensatore.

Per trovare il valore della frequenza sono necessari anche il rilevatore AC e la sorgente di tensione AC. Quindi, uno di questi due è posto in una diagonale del ponte di Vienna e l'altro è posizionato nell'altra diagonale del ponte di Vienna.

Il circuit diagram del ponte di Vienna è mostrato nella figura sotto.

Nel circuito sopra, i bracci AB, BC, CD e DA formano insieme un rombo o square shape. I bracci, AB e BC sono costituiti da resistori,$R_{2}$ e $R_{4}$rispettivamente. Il braccio, CD è costituito da una combinazione parallela di resistore,$R_{3}$ e condensatore, $C_{3}$. Il braccio, DA è costituito da una combinazione in serie di resistori,$R_{1}$ e condensatore, $C_{1}$.

Permettere, $Z_{1}, Z_{2}, Z_{3}$ e $Z_{4}$sono rispettivamente le impedenze dei bracci DA, AB, CD e BC. Ilvalues of these impedances sarà

$$Z_{1}=R_{1}+\frac{1}{j \omega C_{1}}$$

$$\Rightarrow Z_{1}=\frac{1+j \omega R_{1}C_{1}}{j \omega C_{1}}$$

$Z_{2}=R_{2}$

$$Z_{3}=\frac{R_{3}\left (\frac{1}{j \omega C_{3}} \right )}{R_{3}+\frac{1}{j \omega C_{3}}}$$

$$\Rightarrow Z_{3}= \frac{R_{3}}{1+j \omega R_{3}C_{3}}$$

$Z_{4}=R_{4}$

Substitute questi valori di impedenza nella seguente condizione di bilanciamento del ponte CA.

$$Z_{1}Z_{4}=Z_{2}Z_{3}$$

$$\left (\frac{1+j \omega R_{1}C_{1}}{j \omega C_{1}} \right )R_{4}=R_{2}\left (\frac{R_{3}}{1+j \omega R_{3}C_{3}} \right )$$

$\Rightarrow \left (1+j \omega R_{1}C_{1}\right )\left (1+j \omega R_{3}C_{3}\right )R_{4}=j \omega C_{1}R_{2}R_{3}$

$\Rightarrow \left (1+j \omega R_{3}C_{3}+j \omega R_{1}C_{1}-\omega^{2}R_{1}R_{3}C_{1}C_{3}\right )R_{4}=j \omega C_{1}R_{2}R_{3}$

$\Rightarrow R_{4}\left ( \omega^{2}R_{1}R_{3}C_{1}C_{3} \right )+j \omega R_{4}\left (R_{3}C_{3}+R_{1}C_{1} \right )=j \omega C_{1}R_{2}R_{3}$

Equate il rispettivo real terms dell'equazione precedente.

$$R_{4}\left (1- \omega^{2}R_{1}R_{3}C_{1}C_{3} \right )=0$$

$\Rightarrow 1- \omega^{2}R_{1}R_{3}C_{1}C_{3} =0$

$\Rightarrow 1= \omega^{2}R_{1}R_{3}C_{1}C_{3}$

$\omega = \frac{1}{\sqrt{R_{1}R_{3}C_{1}C_{3}}}$

Substitute, $\omega = 2 \pi f$ nell'equazione sopra.

$$\Rightarrow 2 \pi f= \frac{1}{\sqrt{R_{1}R_{3}C_{1}C_{3}}}$$

$\Rightarrow f= \frac{1}{2 \pi\sqrt{R_{1}R_{3}C_{1}C_{3}}}$

Possiamo trovare il valore della frequenza, $f$ della sorgente di tensione CA sostituendo i valori di $R_{1}, R_{3}, C_{1}$ e $C_{3}$ nell'equazione sopra.

Se $R_{1}=R_{3}=R$ e $C_{1}=C_{3}=C$, quindi possiamo trovare il valore della frequenza, $f$ della sorgente di tensione CA utilizzando la seguente formula.

$$f=\frac{1}{2\pi RC}$$

Il ponte di Wein viene utilizzato principalmente per trovare il frequency value della gamma AF.

Fondamentalmente, il trasduttore converte una forma di energia in un'altra forma di energia. Il trasduttore, che converte la forma di energia non elettrica in forma di energia elettrica è noto comeelectrical transducer. Ilblock diagram del trasduttore elettrico è mostrato nella figura sottostante.

Come mostrato nella figura, il trasduttore elettrico produrrà un'uscita, che ha energia elettrica. L'uscita del trasduttore elettrico è equivalente all'ingresso, che ha energia non elettrica.

Tipi di trasduttori elettrici

Principalmente, i trasduttori elettrici possono essere classificati nei seguenti two types.

• Trasduttori attivi
• Trasduttori passivi

Parliamo ora brevemente di questi due tipi di trasduttori.

Trasduttori attivi

Il trasduttore, che può produrre una delle grandezze elettriche come tensione e corrente, è noto come active transducer. Viene anche chiamato trasduttore autogenerante, poiché non necessita di alimentazione esterna.

Il block diagram del trasduttore attivo è mostrato nella figura sottostante.

Come mostrato nella figura, il trasduttore attivo produrrà una quantità elettrica (o segnale), che è equivalente alla quantità (o segnale) di ingresso non elettrico.

Examples

Di seguito sono riportati gli esempi di trasduttori attivi.

• Trasduttore piezoelettrico
• Foto trasduttore elettrico
• Trasduttore termoelettrico

Discuteremo di questi trasduttori attivi nel prossimo capitolo.

Trasduttori passivi

Il trasduttore, che non può produrre le grandezze elettriche come tensione e corrente, è noto come passive transducer. Ma produce la variazione in uno degli elementi passivi come il resistore (R), l'induttore (L) e il condensatore (C). Il trasduttore passivo richiede un'alimentazione esterna.

Il block diagram del trasduttore passivo è mostrato nella figura sottostante.

Come mostrato nella figura, il trasduttore passivo produrrà variazione nell'elemento passivo in accordo con la variazione nella quantità (o segnale) di ingresso non elettrico.

Examples

Di seguito sono riportati gli esempi di trasduttori passivi.

• Trasduttore resistivo
• Trasduttore induttivo
• Trasduttore capacitivo

Discuteremo di questi trasduttori passivi nei capitoli successivi.

Active transducerè un trasduttore, che converte la quantità non elettrica in una quantità elettrica. Consideriamo le grandezze non elettriche come la pressione, l'illuminazione della luce e la temperatura. Quindi, otterremo i seguenti tre trasduttori attivi a seconda della quantità non elettrica che scegliamo.

• Trasduttore piezoelettrico
• Foto trasduttore elettrico
• Trasduttore termoelettrico

Parliamo ora di questi tre trasduttori attivi uno per uno.

Trasduttore piezoelettrico

Si dice che sia un trasduttore attivo piezo electric transducer, quando produce una grandezza elettrica equivalente alla pressione in ingresso. Le seguenti tre sostanze mostrano un effetto piezoelettrico.

• Quartz
• Sali di Rochelle
• Tourmaline

L'effetto piezoelettrico esibito da queste tre sostanze è costituito dai sali di tormalina, quarzo e Rochelle, in questo ordine crescente. L'ordine crescente di resistenza meccanica avente da queste tre sostanze è sali di Rochelle, quarzo, tormalina.

Quartz è usato come trasduttore piezoelettrico, in quanto mostra il moderato effetto piezoelettrico e ha una moderata resistenza meccanica tra queste tre sostanze piezoelettriche.

Trasduttore al quarzo

Il circuit diagramdel trasduttore al quarzo è mostrato nella figura sottostante. Come mostrato nella figura, il cristallo di quarzo è posto tra la base e l'elemento di somma delle forze. La tensione di uscita può essere misurata attraverso gli elettrodi metallici, che sono posti su due lati del cristallo di quarzo.

Il output voltage, $V_{0}$ del trasduttore di pressione sopra sarà

$$V_{0}=\frac{Q}{C}$$

Foto trasduttore elettrico

Si dice che un trasduttore attivo sia un trasduttore fotoelettrico, quando produce una quantità elettrica che è equivalente all'illuminazione dell'ingresso di luce. Ilcircuit diagram di foto trasduttore elettrico è mostrato nella figura sotto.

Il working del trasduttore fotoelettrico è indicato di seguito.

• Step1 - Il trasduttore fotoelettrico rilascia elettroni, quando la luce cade sul catodo di esso.

• Step2 - Il trasduttore fotoelettrico produce una corrente I nel circuito dovuta all'attrazione degli elettroni verso l'anodo.

Possiamo trovare il file sensitivity del trasduttore fotoelettrico utilizzando la seguente formula.

$$S=\frac{I}{i}$$

Dove,

$S$ è la sensibilità del trasduttore fotoelettrico

$I$ è la corrente di uscita del trasduttore fotoelettrico

$i$ è l'illuminazione dell'ingresso di luce del trasduttore fotoelettrico

Trasduttore termoelettrico

Si dice che sia un trasduttore attivo thermo electric transducer, quando produce una grandezza elettrica equivalente alla temperatura in ingresso. I due trasduttori seguenti sono esempi di trasduttori termoelettrici.

• Trasduttore a termistore
• Trasduttore a termocoppia

Ora, parliamo di questi due trasduttori uno per uno.

Trasduttore a termistore

Il resistore, che dipende dalla temperatura è chiamato termoresistenza. Insomma, si chiamaThermistor. Il coefficiente di temperatura del termistore è negativo. Ciò significa che, all'aumentare della temperatura, la resistenza del termistore diminuisce.

Mathematically, la relazione tra la resistenza del termistore e la temperatura può essere rappresentata come

$$R_{1}=R_{2}e^\left ( \beta \left [ \frac{1}{T_{1}}-\frac{1}{T_{2}} \right ] \right )$$

Where,

$R_{1}$ è la resistenza del termistore alla temperatura ${T_{1}}^{0}K$

$R_{2}$ è la resistenza del termistore alla temperatura ${T_{2}}^{0}K$

$\beta$ è la costante di temperatura

Il advantage del trasduttore del termistore è che produrrà una risposta rapida e stabile.

Trasduttore a termocoppia

Il trasduttore a termocoppia produce una tensione di uscita per un corrispondente cambiamento di temperatura in ingresso. Se due fili di metalli diversi vengono uniti insieme per creare due giunzioni, viene chiamata l'intera configurazioneThermocouple. Di seguito è riportato lo schema del circuito della termocoppia di base:

La termocoppia di cui sopra ha due metalli, A e B e due giunzioni, 1 e 2. Considerare una temperatura di riferimento costante, $T_{2}$ alla giunzione 2. Lascia che la temperatura alla giunzione, 1 sia $T_{1}$. La termocoppia genera unemf (forza motrice elettrica), ogni volta che i valori di $T_{1}$ e $T_{2}$ sono diversi.

Ciò significa che la termocoppia genera un'emf, ogni volta che c'è una differenza di temperatura tra le due giunzioni, 1 e 2 ed è direttamente proporzionale alla differenza di temperatura tra queste due giunzioni. Mathematically, può essere rappresentato come

$$e \alpha \left ( T_{1}-T_{2} \right )$$

Dove,

$e$ è l'emf generata dalla termocoppia

Il circuito della termocoppia sopra può essere rappresentato come mostrato nella figura sottostante per applicazioni pratiche.

La parte del circuito, che si trova tra le giunzioni caldo e freddo comprese queste due giunzioni è un modello equivalente di termocoppia di base. Un galvanometro PMMC è collegato attraverso la giunzione fredda e devia in base alla fem generata attraverso la giunzione fredda.Thermocouple transducer è il trasduttore termoelettrico più comunemente utilizzato.

passive transducerè un trasduttore, che produce la variazione dell'elemento passivo. Considereremo gli elementi passivi come resistore, induttore e condensatore. Quindi, otterremo i seguenti tre trasduttori passivi a seconda dell'elemento passivo che scegliamo.

• Trasduttore resistivo
• Trasduttore induttivo
• Trasduttore capacitivo

Ora parliamo di questi tre trasduttori passivi uno per uno.

Trasduttore resistivo

Si dice che un trasduttore passivo sia un resistive transducer, quando produce la variazione (variazione) del valore di resistenza. la seguente formula perresistance, R di un conduttore metallico.

$$R=\frac{\rho \:l}{A}$$

Dove,

$\rho$ è la resistività del conduttore

$l$ è la lunghezza del conduttore

$A$ è l'area della sezione trasversale del conduttore

Il valore di resistenza dipende dai tre parametri $\rho, l$ & $A$. Quindi, possiamo creare il fileresistive transducers in base alla variazione di uno dei tre parametri $\rho, l$ & $A$. La variazione in uno qualsiasi di questi tre parametri cambia il valore di resistenza.

• La resistenza, R è direttamente proporzionale al resistivity di direttore d'orchestra, $\rho$. Quindi, come resistività del conduttore,$\rho$aumenta il valore di resistenza, aumenta anche R. Allo stesso modo, come resistività del conduttore,$\rho$ diminuisce il valore di resistenza, diminuisce anche R.

• La resistenza, R è direttamente proporzionale al length di direttore d'orchestra, $l$. Quindi, come lunghezza del conduttore,$l$aumenta il valore di resistenza, aumenta anche R. Allo stesso modo, come lunghezza del conduttore,$l$ diminuisce il valore di resistenza, diminuisce anche R.

• La resistenza, R è inversamente proporzionale al cross sectional area del conduttore, $A$. Quindi, come area della sezione trasversale del conduttore,$A$aumenta il valore di resistenza, R diminuisce. Allo stesso modo, come area della sezione trasversale del conduttore,$A$ diminuisce il valore di resistenza, R aumenta.

Trasduttore induttivo

Si dice che un trasduttore passivo sia un inductive transducer, quando produce la variazione (variazione) del valore di induttanza. la seguente formula perinductance, L di un induttore.

$L=\frac{N^{2}}{S}$Equazione 1

Dove,

$N$ è il numero di giri della bobina

$S$ è il numero di giri della bobina

la seguente formula per reluctance, S della bobina.

$S=\frac{l}{\mu A}$Equazione 2

Dove,

$l$ è la lunghezza del circuito magnetico

$\mu$ è la permeabilità del nucleo

$A$ è l'area del circuito magnetico attraverso cui scorre il flusso

Sostituisci, equazione 2 nell'equazione 1.

$$L=\frac{N^{2}}{\left (\frac{l}{\mu A} \right )}$$

$\Rightarrow L=\frac{N^{2}\mu A}{l}$Equazione 3

Dall'equazione 1 e dall'equazione 3, possiamo concludere che il valore di induttanza dipende dai tre parametri $N,S$ & $\mu$. Quindi, possiamo creare il fileinductive transducers in base alla variazione di uno dei tre parametri $N,S$ & $\mu$. Perché la variazione in uno qualsiasi di questi tre parametri cambia il valore di induttanza.

• L'induttanza, L è direttamente proporzionale al quadrato di number of turns of coil. Quindi, come numero di giri della bobina,$N$ aumenta il valore dell'induttanza, $L$aumenta anche. Allo stesso modo, come numero di giri della bobina,$N$ diminuisce il valore dell'induttanza, $L$ diminuisce anche.

• Induttanza, $L$ è inversamente proporzionale a reluctance of coil, $S$. Quindi, come riluttanza della bobina,$S$ aumenta il valore dell'induttanza, $L$diminuisce. Allo stesso modo, come riluttanza della bobina,$S$ diminuisce il valore dell'induttanza, $L$ aumenta.

• Induttanza, L è direttamente proporzionale a permeability of core, $\mu$. Quindi, come permeabilità del nucleo,$\mu$aumenta il valore dell'induttanza, aumenta anche L. Allo stesso modo, come permeabilità del nucleo,$\mu$ diminuisce il valore dell'induttanza, diminuisce anche L.

Trasduttore capacitivo

Si dice che un trasduttore passivo sia un capacitive transducer, quando produce la variazione (variazione) del valore di capacità. la seguente formula percapacitance, C di un condensatore a piastre parallele.

$$C=\frac{\varepsilon A}{d}$$

Dove,

$\varepsilon$ è la permettività o la costante dielettrica

$A$ è l'area effettiva di due piastre

$d$ è l'area effettiva di due piastre

Il valore della capacità dipende dai tre parametri $\varepsilon, A$ & $d$. Quindi, possiamo creare il filecapacitive transducers in base alla variazione di uno dei tre parametri$\varepsilon, A$ & $d$. Perché la variazione in uno qualsiasi di questi tre parametri cambia il valore di capacità.

• Capacità, C è direttamente proporzionale a permittivity, $\varepsilon$. Quindi, come permittività,$\varepsilon$aumenta il valore della capacità, aumenta anche C. Allo stesso modo, come permettività,$\varepsilon$ diminuisce il valore della capacità, diminuisce anche C.

• La capacità, C è direttamente proporzionale a effective area of two plates, $A$. Quindi, come area effettiva di due piastre,$A$aumenta il valore della capacità, aumenta anche C. Allo stesso modo, come area effettiva di due piastre,$A$ diminuisce il valore della capacità, diminuisce anche C.

• La capacità, C è inversamente proporzionale a distance between two plates, $d$. Quindi, come distanza tra due piatti,$d$aumenta il valore della capacità, C diminuisce. Allo stesso modo, come distanza tra due piatti,$d$ diminuisce il valore della capacità, C aumenta.

In questo capitolo abbiamo discusso di tre trasduttori passivi. Nel prossimo capitolo, discutiamo di un esempio per ogni trasduttore passivo.

Il physical quantitiescome spostamento, velocità, forza, temperatura e così via sono tutte grandezze non elettriche. trasduttore attivo converte la quantità fisica in un segnale elettrico. Mentre il trasduttore passivo converte la quantità fisica nella variazione dell'elemento passivo.

Quindi, in base al requisito, possiamo scegliere tra trasduttore attivo o trasduttore passivo. In questo capitolo, discutiamo come misurare lo spostamento utilizzando un trasduttore passivo. Se un corpo si sposta da un punto a un altro su una linea retta, viene chiamata la lunghezza tra quei due puntidisplacement.

Abbiamo il seguente three passive transducers

• Trasduttore resistivo
• Trasduttore induttivo
• Trasduttore capacitivo

Ora, parliamo della misurazione dello spostamento con questi tre trasduttori passivi uno per uno.

Misurazione dello spostamento mediante trasduttore resistivo

Il circuit diagram di trasduttore resistivo, che viene utilizzato per misurare lo spostamento è mostrato nella figura sotto.

Il circuito sopra è costituito da un potenziometro e una sorgente di tensione, $V_{S}$. Possiamo dire che questi due sono collegati in parallelo rispetto ai punti A e B. Il potenziometro ha un contatto scorrevole, che può essere variato. Quindi, il punto C è variabile. Nel circuito sopra, iloutput voltage, $V_{0}$ è misurato attraverso i punti A e C.

Mathematically, la relazione tra le tensioni e le distanze può essere rappresentata come

$$\frac{V_{0}}{V_{S}}=\frac{AC}{AB}$$

Pertanto, dovremmo collegare il corpo di cui misurare lo spostamento al contatto di strisciamento. Quindi, ogni volta che il corpo si muove in linea retta, anche il punto C varia. A causa di ciò, la tensione di uscita,$V_{0}$ cambia anche di conseguenza.

In questo caso, possiamo trovare lo spostamento misurando la tensione di uscita, $V_{0}$.

Misurazione dello spostamento mediante trasduttore induttivo

Il circuit diagram di trasduttore induttivo, che viene utilizzato per misurare lo spostamento è mostrato nella figura sotto.

Il trasformatore presente nel circuito soprastante ha un avvolgimento primario e due secondari. Qui, i punti finali di due avvolgimenti secondari sono uniti insieme. Quindi, possiamo dire che questi due avvolgimenti secondari sono collegatiseries opposition.

La tensione, $V_{P}$è applicato attraverso l'avvolgimento primario del trasformatore. Sia, la tensione sviluppata su ciascun avvolgimento secondario è ð ?? '‰ ð ??' † 1 e ð ?? '‰ ð ??' † 2. La tensione di uscita,$V_{0}$ viene preso attraverso i punti di partenza di due avvolgimenti secondari.

Mathematically, la tensione di uscita, ð ?? '‰ 0 può essere scritta come

$$V_{0}= V_{S1}-V_{S2}$$

Viene chiamato il trasformatore presente nel circuito sopra differential transformer, poiché produce una tensione di uscita, che è la differenza tra $V_{S1}$ e $V_{S2}$.

• Se il nucleo è in posizione centrale, la tensione di uscita, $V_{0}$sarà uguale a zero. Perché, le rispettive magnitudini e fasi di$V_{S1}$ e $V_{S2}$ sono gli stessi.

• Se il nucleo non è in posizione centrale, la tensione di uscita, $V_{0}$avrà una certa grandezza e fase. Perché, le rispettive magnitudini e fasi di$V_{S1}$ e $V_{S2}$ non sono uguali.

Pertanto, dovremmo collegare il corpo il cui spostamento deve essere misurato al nucleo centrale. Quindi, ogni volta che il corpo si muove in linea retta, la posizione centrale del nucleo varia. A causa di ciò, la tensione di uscita,$V_{0}$ cambia anche di conseguenza.

In questo caso, possiamo trovare il file displacement misurando la tensione di uscita, $V_{0}$. L'ampiezza e la fase della tensione di uscita,$V_{0}$ rappresenta rispettivamente lo spostamento del corpo e la sua direzione.

Misurazione dello spostamento mediante trasduttore capacitivo

Il circuit diagram di trasduttore capacitivo, che viene utilizzato per misurare lo spostamento è mostrato nella figura sotto.

Il capacitor, che è presente nel circuito di cui sopra ha due piastre parallele. Tra cui, una piastra è fissa e l'altra piastra è mobile. A causa di ciò, anche la distanza tra queste due piastre varierà. il valore della capacità cambia al variare della distanza tra due piastre del condensatore.

Pertanto, dovremmo collegare il corpo di cui displacementdeve essere misurato sulla piastra mobile di un condensatore. Quindi, ogni volta che il corpo si muove in linea retta, la distanza tra le due piastre del condensatore varia. A causa di ciò, il valore della capacità cambia.

I sistemi utilizzati per l'acquisizione dei dati sono noti come data acquisition systems. Questi sistemi di acquisizione dati eseguiranno compiti come la conversione dei dati, l'archiviazione dei dati, la trasmissione dei dati e l'elaborazione dei dati.

I sistemi di acquisizione dati considerano quanto segue analog signals.

• Segnali analogici, che sono ottenuti dalla misurazione diretta di grandezze elettriche come tensioni DC e AC, correnti DC e AC, resistenza e così via.

• Segnali analogici, che sono ottenuti da trasduttori come LVDT, termocoppie e così via.

Tipi di sistemi di acquisizione dati

I sistemi di acquisizione dati possono essere classificati nei seguenti two types.

• Sistemi di acquisizione dati analogici
• Sistemi di acquisizione dati digitali

Ora, parliamo di questi due tipi di sistemi di acquisizione dati uno per uno.

Sistemi di acquisizione dati analogici

I sistemi di acquisizione dati, che possono essere azionati con segnali analogici, sono noti come analog data acquisition systems. Di seguito sono riportati i blocchi dei sistemi di acquisizione dati analogici.

• Transducer - Converte grandezze fisiche in segnali elettrici.

• Signal conditioner - Esegue le funzioni come l'amplificazione e la selezione della porzione desiderata del segnale.

• Display device - Visualizza i segnali di ingresso a scopo di monitoraggio.

• Graphic recording instruments - Questi possono essere utilizzati per rendere permanente la registrazione dei dati di input.

• Magnetic tape instrumentation - Viene utilizzato per acquisire, memorizzare e riprodurre i dati di input.

Sistemi di acquisizione dati digitali

I sistemi di acquisizione dati, che possono essere azionati con segnali digitali, sono noti come digital data acquisition systems. Quindi, usano componenti digitali per memorizzare o visualizzare le informazioni.

Principalmente, il seguente operations si svolgono nell'acquisizione di dati digitali.

• Acquisizione di segnali analogici
• Conversione di segnali analogici in segnali digitali o dati digitali
• Elaborazione di segnali digitali o dati digitali

Di seguito sono riportati i blocchi di Digital data acquisition systems.

• Transducer - Converte grandezze fisiche in segnali elettrici.

• Signal conditioner - Esegue le funzioni come l'amplificazione e la selezione della porzione desiderata del segnale.

• Multiplexer- collega uno dei molteplici ingressi all'uscita. Quindi, funge da convertitore da parallelo a seriale.

• Analog to Digital Converter - Converte l'ingresso analogico nella sua uscita digitale equivalente.

• Display device - Visualizza i dati in formato digitale.

• Digital Recorder - Serve per registrare i dati in formato digitale.

I sistemi di acquisizione dati vengono utilizzati in varie applicazioni come biomedicale e aerospaziale. Quindi, possiamo scegliere sistemi di acquisizione dati analogici o sistemi di acquisizione dati digitali in base al requisito.