Guia rápido

Os instrumentos usados ​​para medir qualquer quantidade são conhecidos como instrumentos de medição. Este tutorial cobre principalmente oelectronic instruments, que são úteis para medir grandezas ou parâmetros elétricos.

A seguir estão os instrumentos eletrônicos mais comumente usados.

• Voltmeter
• Ammeter
• Ohmmeter
• Multimeter

Agora, vamos discutir sobre esses instrumentos brevemente.

Voltímetro

Como o nome sugere, voltmeteré um instrumento de medição que mede a tensão em quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Existem dois tipos de voltímetros: voltímetro DC e voltímetro AC.

O voltímetro CC mede a tensão CC em quaisquer dois pontos de um circuito elétrico, enquanto o voltímetro CA mede a tensão CA em quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Um exemplo depractical DC voltmeter é mostrado na figura abaixo.

O voltímetro DC mostrado na figura acima é um $(0-100)V$ DC voltmeter. Portanto, ele pode ser usado para medir as tensões DC de zero a 10 volts.

Amperímetro

Como o nome sugere, ammeteré um instrumento de medição que mede a corrente que flui através de quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Existem dois tipos de amperímetro: amperímetro CC e amperímetro CA.

O amperímetro CC mede a corrente CC que flui por quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Já o amperímetro CA mede a corrente CA que flui através de quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Um exemplo depractical AC ammeter é mostrado na figura abaixo -

O amperímetro CA mostrado na figura acima é um $(0-100)A \:$ AC ammeter. Portanto, ele pode ser usado para medir as correntes AC de zero Amperes a 100 Amperes.

Ohmímetro

Ohmmeteré usado para medir o valor da resistência entre quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Também pode ser usado para encontrar o valor de um resistor desconhecido. Existem dois tipos de ohmímetro: ohmímetro em série e ohmímetro de derivação.

No ohmímetro do tipo série, o resistor cujo valor é desconhecido e a ser medido deve ser conectado em série com o ohmímetro. É útil para medirhigh values of resistances.

No ohmímetro tipo shunt, o resistor cujo valor é desconhecido e a ser medido deve ser conectado em paralelo (shunt) com o ohmímetro. É útil para medirlow values of resistances.

Um exemplo de practical shunt ohmmeteré mostrado na figura acima. O ohmímetro mostrado na figura acima é um$(0-100)\Omega$ shunt ohmmeter. Portanto, ele pode ser usado para medir os valores de resistência de zero ohms a 100 ohms.

Multímetro

Multimeteré um instrumento eletrônico usado para medir as grandezas como tensão, corrente e resistência, uma de cada vez. Ele pode ser usado para medir tensões DC e AC, correntes DC e AC e resistências de várias faixas. Um multímetro prático é mostrado na figura a seguir -

Conforme mostrado na figura, este multímetro pode ser usado para medir várias resistências altas, resistências baixas, tensões DC, tensões AC, correntes DC e correntes AC. Diferentes escalas e intervalos de valores para cada uma dessas quantidades estão marcados na figura acima.

Os instrumentos que consideramos neste capítulo são de indicating type instruments, já que os ponteiros desses instrumentos se desviam e apontam para um determinado valor. Discutiremos sobre esses instrumentos de medição eletrônicos em detalhes em capítulos posteriores.

As características dos instrumentos de medição que são úteis para conhecer o desempenho do instrumento e auxiliam na medição de qualquer quantidade ou parâmetro, são conhecidas como Performance Characteristics.

Tipos de características de desempenho

As características de desempenho dos instrumentos podem ser classificadas nas seguintes two types.

• Características Estáticas
• Características Dinâmicas

Agora, vamos discutir sobre esses dois tipos de características, um por um.

Características Estáticas

As características de grandezas ou parâmetros de instrumentos de medição que do not varycom relação ao tempo são chamadas de características estáticas. Às vezes, essas quantidades ou parâmetros podem variar lentamente com o tempo. A seguir está a lista destatic characteristics.

• Accuracy
• Precision
• Sensitivity
• Resolution
• Erro Estático

Agora, vamos discutir sobre essas características estáticas, uma por uma.

Precisão

A diferença algébrica entre o valor indicado de um instrumento, $ A_ {i} $ e o valor verdadeiro, $ A_ {t} $ é conhecida como accuracy. Matematicamente, pode ser representado como -

$$ Precisão = A_ {i} - A_ {t} $$

O termo precisão significa o quanto o valor indicado de um instrumento, $ A_ {i} $, está mais próximo do valor verdadeiro, $ A_ {t} $.

Erro Estático

A diferença entre o valor verdadeiro, $ A_ {t} $ da quantidade que não varia com respeito ao tempo e o valor indicado de um instrumento, $ A_ {i} $ é conhecido como static error, $ e_ {s} $. Matematicamente, pode ser representado como -

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

O termo erro estático significa a imprecisão do instrumento. Se o erro estático for representado em termos de porcentagem, ele é chamadopercentage of static error. Matematicamente, pode ser representado como -

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

Substitua, o valor de $ e_ {s} $ no lado direito da equação acima -

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

Onde,

$ \% e_ {s} $ é a porcentagem de erro estático.

Precisão

Se um instrumento indica o mesmo valor repetidamente quando é usado para medir a mesma quantidade nas mesmas circunstâncias por qualquer número de vezes, então podemos dizer que o instrumento tem precision.

Sensibilidade

A razão de mudança na saída, $ \ Delta A_ {out} $ de um instrumento para uma dada mudança na entrada, $ \ Delta A_ {in} $ que deve ser medida é chamada sensitivity, S. Matematicamente, pode ser representado como -

$$ S = \ frac {\ Delta A_ {saída}} {\ Delta A_ {entrada}} $$

O termo sensibilidade significa a menor mudança na entrada mensurável necessária para que um instrumento responda.

• Se a curva de calibração for linear, então a sensibilidade do instrumento será uma constante e é igual à inclinação da curva de calibração.

• Se a curva de calibração for non-linear, então a sensibilidade do instrumento não será uma constante e irá variar em relação à entrada.

Resolução

Se a saída de um instrumento muda apenas quando há um incremento específico da entrada, então esse incremento da entrada é chamado Resolution. Isso significa que o instrumento é capaz de medir a entrada de forma eficaz, quando houver resolução da entrada.

Características Dinâmicas

As características dos instrumentos, que são usados ​​para medir as quantidades ou parâmetros que variam muito rapidamente em relação ao tempo, são chamadas de características dinâmicas. A seguir está a lista dedynamic characteristics.

• Velocidade de Resposta
• Erro Dinâmico
• Fidelity
• Lag

Agora, vamos discutir sobre essas características dinâmicas, uma por uma.

Velocidade de Resposta

A velocidade com a qual o instrumento responde sempre que houver qualquer alteração na quantidade a ser medida é chamada speed of response. Indica o quão rápido o instrumento é.

Lag

A quantidade de atraso presente na resposta de um instrumento sempre que há uma mudança na quantidade a ser medida é chamada de atraso de medição. Também é chamado simplesmentelag.

Erro Dinâmico

A diferença entre o valor verdadeiro, $ A_ {t} $ da quantidade que varia com respeito ao tempo e o valor indicado de um instrumento, $ A_ {i} $ é conhecido como erro dinâmico, $ e_ {d} $.

Fidelidade

O grau em que um instrumento indica mudanças na quantidade medida sem qualquer erro dinâmico é conhecido como Fidelity

Os erros que ocorrem durante a medição são conhecidos como measurement errors. Neste capítulo, vamos discutir sobre os tipos de erros de medição.

Tipos de erros de medição

Podemos classificar os erros de medição nos três tipos a seguir.

• Erros brutos
• Erros Aleatórios
• Erros Sistemáticos

Agora, vamos discutir sobre esses três tipos de erros de medição, um por um.

Erros brutos

Os erros, que ocorrem devido à falta de experiência do observador ao tomar os valores de medição, são conhecidos como gross errors. Os valores dos erros grosseiros variam de observador para observador. Às vezes, os erros grosseiros também podem ocorrer devido à seleção inadequada do instrumento. Podemos minimizar os erros grosseiros seguindo estas duas etapas.

• Escolha o instrumento mais adequado, com base na faixa de valores a serem medidos.
• Anote as leituras cuidadosamente

Erros Sistemáticos

Se o instrumento produzir um erro, que é um desvio uniforme constante durante sua operação é conhecido como systematic error. Os erros sistemáticos ocorrem devido às características dos materiais utilizados no instrumento.

Types of Systematic Errors

Os erros sistemáticos podem ser classificados nos seguintes three types.

• Instrumental Errors - Este tipo de erro ocorre devido a deficiências dos instrumentos e efeitos de carregamento.

• Environmental Errors - Este tipo de erro ocorre devido às mudanças no ambiente, como mudança de temperatura, pressão e etc.

• observational Errors - Este tipo de erro ocorre devido ao observador ao fazer as leituras do medidor. Parallax errors pertencem a este tipo de erros.

Erros Aleatórios

Os erros, que ocorrem devido a fontes desconhecidas durante o tempo de medição, são conhecidos como random errors. Portanto, não é possível eliminar ou minimizar esses erros. Mas, se quisermos obter valores de medição mais precisos sem nenhum erro aleatório, é possível seguir essas duas etapas.

• Step1 - Faça mais leituras por diferentes observadores.

• Step2 - Faça análise estatística nas leituras obtidas no Passo 1.

A seguir estão os parâmetros que são usados ​​na análise estatística.

• Mean
• Median
• Variance
• Deviation
• Desvio padrão

Agora, vamos discutir sobre esses statistical parameters.

Significar

Sejam $ x_ {1}, x_ {2}, x_ {3}, ...., x_ {N} $ são as leituras de $ N $ de uma medição particular. A média ouaverage value dessas leituras podem ser calculadas usando a seguinte fórmula.

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

Onde, $ m $ é a média ou valor médio.

Se o número de leituras de uma determinada medição for maior, a média ou o valor médio será aproximadamente igual a true value

Mediana

Se o número de leituras de uma determinada medição for maior, será difícil calcular a média ou o valor médio. Aqui, calcule omedian value e será aproximadamente igual ao valor médio.

Para calcular o valor mediano, primeiro temos que organizar as leituras de uma determinada medição em um ascending order. Podemos calcular o valor mediano usando a seguinte fórmula, quando o número de leituras é umodd number.

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

Podemos calcular o valor mediano usando a seguinte fórmula, quando o número de leituras é um even number.

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

Desvio da Média

A diferença entre a leitura de uma medição específica e o valor médio é conhecida como desvio da média . Em suma, é chamado de desvio . Matematicamente, pode ser representado como

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

Onde,

$ d_ {i} $ é o desvio de $ i ^ {th} $ lendo da média.

$ x_ {i} $ é o valor da leitura de $ i ^ {th} $.

$ m $ é a média ou valor médio.

Desvio padrão

A raiz quadrada média do desvio é chamada standard deviation. Matematicamente, pode ser representado como

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

A fórmula acima é válida se o número de leituras, N, for maior ou igual a 20. Podemos usar a seguinte fórmula para o desvio padrão, quando o número de leituras, N for menor que 20.

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

Onde,

$ \ sigma $ é o desvio padrão

$ d_ {1}, d_ {2}, d_ {3},…, d_ {N} $ são os desvios da primeira, segunda, terceira,…, $ N ^ {th} $ leituras da média, respectivamente.

Note - Se o valor do desvio padrão for pequeno, então haverá mais precisão na leitura dos valores de medição.

Variância

O quadrado do desvio padrão é chamado variance. Matematicamente, pode ser representado como

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

Onde,

$ V $ é a variação

$ \ sigma $ é o desvio padrão

O quadrado médio do desvio também é chamado variance. Matematicamente, pode ser representado como

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

A fórmula acima é válida se o número de leituras, N, for maior ou igual a 20. Podemos usar a seguinte fórmula para a variância quando o número de leituras, N for menor que 20.

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

Onde,

$ V $ é a variação

$ d_ {1}, d_ {2}, d_ {3},…, d_ {N} $ são os desvios da primeira, segunda, terceira,…, $ N ^ {th} $ leituras da média, respectivamente.

Assim, com a ajuda de parâmetros estatísticos, podemos analisar as leituras de uma determinada medição. Desta forma, obteremos valores de medição mais precisos.

Os instrumentos usados ​​para medir qualquer quantidade são conhecidos como measuring instruments. Se os instrumentos podem medir as grandezas elétricas básicas, como tensão e corrente, são conhecidos comobasic measuring instruments.

Tipos de instrumentos básicos de medição

Podemos classificar os instrumentos básicos de medição nos dois tipos a seguir.

• Voltmeters
• Ammeters

Vamos discutir sobre esses dois instrumentos básicos de medição brevemente.

Voltímetros

Como o nome sugere, voltmeteré um instrumento de medição que mede a tensão em quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. As unidades de voltagem são volt e o instrumento de medição é metro. Portanto, a palavra "voltímetro" é obtida pela combinação das duas palavras“volt” e “meter”.

Podemos classificar os voltímetros nas seguintes two types com base no tipo de tensão que pode medir.

• Voltímetros DC
• Voltímetros AC

Voltímetro DC

Como o nome sugere, o voltímetro DC mede o DC voltageem quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Um voltímetro CC prático é mostrado na figura abaixo.

O voltímetro DC mostrado na figura é um $(0-10)V$ DC voltmeter. Portanto, ele pode ser usado para medir as tensões DC de zero volts a 10 volts

Voltímetro AC

Como o nome sugere, o voltímetro AC mede o AC voltageem quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Um voltímetro CA prático é mostrado na figura abaixo.

O voltímetro CA mostrado na figura acima é um $(0-250)V$ AC voltmeter. Portanto, ele pode ser usado para medir as tensões AC de zero volts a 250 volts

Amperímetros

Como o nome sugere, ammeteré um instrumento de medição que mede a corrente que flui através de quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. A unidade de corrente é ampere e o instrumento de medição é metro. A palavra "amperímetro" é obtida pela combinação“am” de ampere com “meter”.

Podemos classificar os amperímetros nas seguintes two types com base no tipo de corrente que pode medir.

• Amperímetros DC
• Amperímetros AC

Amperímetro DC

Como o nome sugere, o amperímetro CC mede o DC currentque flui através de quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Um amperímetro CC prático é mostrado na figura.

O amperímetro DC mostrado na figura acima é um $(0-50)A$ DC ammeter. Portanto, ele pode ser usado para medir as correntes DC de zero amperes a 50 amperes

Amperímetro AC

Como o nome sugere, o amperímetro AC mede o AC currentque flui através de quaisquer dois pontos de um circuito elétrico. Um amperímetro CA prático é mostrado na figura abaixo.

O amperímetro CA mostrado na figura acima é um $(0-100)A$ AC ammeter. Portanto, ele pode ser usado para medir as correntes AC de zero Amperes a 100 Amperes.

Discutiremos sobre vários voltímetros e amperímetros em detalhes nos próximos capítulos

O voltímetro CC é um instrumento de medição usado para medir a tensão CC em quaisquer dois pontos do circuito elétrico. Se colocarmos um resistor em série com o galvanômetro de bobina de ímã permanente (PMMC), a combinação inteira atua comoDC voltmeter.

A resistência em série, que é usada no voltímetro CC, também é chamada de resistência do multiplicador em série ou simplesmente, multiplicador. Ele basicamente limita a quantidade de corrente que flui através do galvanômetro para evitar que a corrente do medidor exceda o valor de deflexão da escala total. ocircuit diagram do voltímetro DC é mostrado na figura abaixo.

Temos que colocar este voltímetro DC nos dois pontos de um circuito elétrico, onde a tensão DC deve ser medida.

Aplique KVL em torno do circuito do circuito acima.

$ V-I_ {m} R_ {se} -I_ {m} R_ {m} = 0 $ (Equação 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} $ (Equação 2)

Onde,

$ R_ {se} $ é a resistência do multiplicador da série

$ V $ é a gama completa de tensão DC que deve ser medida

$ I_ {m} $ é a corrente de deflexão de escala total

$ R_ {m} $ é a resistência interna do galvanômetro

A relação entre a tensão DC de faixa completa que deve ser medida, $ V $ e a queda de tensão DC no galvanômetro, $ V_ {m} $, é conhecida como multiplying factor, m. Matematicamente, pode ser representado como

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

Da Equação 1, obteremos a seguinte equação para full range DC voltage que deve ser medido, $ V $.

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

o DC voltage dropno galvanômetro, $ V_ {m} $ é o produto da corrente de deflexão em escala real, $ I_ {m} $ e a resistência interna do galvanômetro, $ R_ {m} $. Matematicamente, pode ser escrito como

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

Substitute, Equação 4 e Equação 5 na Equação 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) $ (Equação 6)

Podemos encontrar o value of series multiplier resistance usando a Equação 2 ou a Equação 6 com base nos dados disponíveis.

Voltímetro DC Multi Faixa

Na seção anterior, discutimos o voltímetro CC, que é obtido colocando um resistor multiplicador em série com o galvanômetro PMMC. Este voltímetro DC pode ser usado para medir umparticular range de tensões DC.

Se quisermos usar o voltímetro DC para medir as tensões DC de multiple ranges, então temos que usar vários resistores multiplicadores paralelos em vez de um único resistor multiplicador e toda essa combinação de resistores está em série com o galvanômetro PMMC. ocircuit diagram de voltímetro DC de vários intervalos é mostrado na figura abaixo.

Temos que colocar isso multi range DC voltmeteratravés dos dois pontos de um circuito elétrico, onde a tensão DC da faixa necessária deve ser medida. Podemos escolher a faixa desejada de tensões conectando a chave s ao respectivo resistor multiplicador.

Vamos, $ m_ {1}, m_ {2}, m_ {2} $ e $ m_ {4} $ são os multiplying factorsde voltímetro CC quando consideramos as tensões CC de faixa completa a serem medidas como $ V_ {1}, V_ {2}, V_ {3} $ e $ V_ {4} $ respectivamente. A seguir estão as fórmulas correspondentes a cada fator de multiplicação.

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

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

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

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

No circuito acima, existem quatro series multiplier resistors, $ R_ {se1}, R_ {se2}, R_ {se3} $ e $ R_ {se4} $. A seguir estão as fórmulas correspondentes a esses quatro resistores.

$$ R_ {se1} = R_ {m} \ esquerda (m_ {1} -1 \ direita) $$

$$ R_ {se2} = R_ {m} \ esquerda (m_ {2} -1 \ direita) $$

$$ R_ {se3} = R_ {m} \ esquerda (m_ {3} -1 \ direita) $$

$$ R_ {se4} = R_ {m} \ esquerda (m_ {4} -1 \ direita) $$

Portanto, podemos encontrar os valores de resistência de cada resistor multiplicador em série usando as fórmulas acima.

O instrumento, que é usado para medir a tensão AC em quaisquer dois pontos do circuito elétrico é chamado AC voltmeter. Se o voltímetro CA consiste em um retificador, então se diz que é um voltímetro CA baseado em retificador.

O voltímetro DC mede apenas tensões DC. Se quisermos usá-lo para medir tensões CA, temos que seguir estas duas etapas.

• Step1 - Converta o sinal de tensão CA em um sinal de tensão CC usando um retificador.

• Step2 - Meça o valor DC ou médio do sinal de saída do retificador.

Nós temos Rectifier based AC voltmeter, apenas incluindo o circuito retificador no voltímetro CC básico. Este capítulo trata dos voltímetros CA baseados em retificador.

Tipos de voltímetros AC baseados em retificador

A seguir estão os two types de voltímetros AC baseados em retificador.

• Voltímetro CA usando retificador de meia onda
• Voltímetro CA usando retificador de onda completa

Agora, vamos discutir sobre esses dois voltímetros AC, um por um.

Voltímetro CA usando retificador de meia onda

Se um retificador de meia onda for conectado antes do voltímetro CC, toda a combinação será chamada de voltímetro CA usando o retificador de meia onda. oblock diagram de voltímetro CA usando retificador de meia onda é mostrado na figura abaixo.

O diagrama de blocos acima consiste em dois blocos: retificador de meia onda e voltímetro CC. Obteremos o diagrama de circuito correspondente, apenas substituindo cada bloco pelo (s) respectivo (s) componente (s) no diagrama de bloco acima. Então ocircuit diagram de voltímetro CA usando retificador de meia onda terá a aparência mostrada na figura abaixo.

o rms value de sinal de tensão de entrada sinusoidal (AC) é

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

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

$$ \ Rightarrow V_ {m} = 1,414 V_ {rms} $$

Onde,

$ V_ {m} $ é o valor máximo do sinal de tensão de entrada senoidal (CA).

o DC ou o valor médio do sinal de saída do retificador de meia onda é

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

Substitute, o valor de $ V_ {m} $ na equação acima.

$$ V_ {dc} = \ frac {1,414 V_ {rms}} {\ pi} $$

$$ V_ {dc} = 0,45 V_ {rms} $$

Portanto, o voltímetro CA produz uma tensão de saída, que é igual a 0.45 vezes o valor rms do sinal de tensão de entrada sinusoidal (AC)

Voltímetro AC usando retificador de onda completa

Se um retificador de onda completa for conectado antes do voltímetro CC, toda essa combinação é chamada de voltímetro CA usando o retificador de onda completa. oblock diagram de voltímetro CA usando retificador de onda completa é mostrado na figura abaixo

O diagrama de blocos acima consiste em dois blocos: retificador de onda completa e voltímetro CC. Obteremos o diagrama de circuito correspondente apenas substituindo cada bloco pelo (s) respectivo (s) componente (s) no diagrama de bloco acima.

Então o circuit diagram de voltímetro CA usando retificador de onda completa terá a aparência mostrada na figura abaixo.

o rms value de sinal de tensão de entrada sinusoidal (AC) é

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

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

$$ \ Rightarrow V_ {m} = 1,414 V_ {rms} $$

Onde,

$ V_ {m} $ é o valor máximo do sinal de tensão de entrada senoidal (CA).

o DC ou o valor médio do sinal de saída do retificador de onda completa é

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

Substitute, o valor de $ V_ {m} $ na equação acima

$$ V_ {dc} = \ frac {2 \ vezes 1,414 \: V_ {rms}} {\ pi} $$

$$ V_ {dc} = 0,9 \: V_ {rms} $$

Portanto, o voltímetro CA produz uma tensão de saída, que é igual a 0.9 vezes o valor rms do sinal de tensão de entrada senoidal (CA).

No capítulo anterior, discutimos sobre voltímetros CA baseados em retificadores. Este capítulo cobre os dois tipos de voltímetros CA a seguir.

• Voltímetro CA de resposta de pico
• Voltímetro CA de resposta True RMS

Agora, vamos discutir sobre esses dois tipos de voltímetros CA, um por um.

Voltímetro CA de resposta de pico

Como o nome sugere, o voltímetro CA de pico de resposta responde a peak valuesde sinal de tensão AC. Isso significa que este voltímetro mede os valores de pico das tensões CA. ocircuit diagram do voltímetro CA de resposta de pico é mostrado abaixo -

O circuito acima consiste em um diodo, capacitor, amplificador DC e galvanômetro PMMC. O diodo presente no circuito acima é usado para fins de retificação. Portanto, o diodo converte o sinal de tensão CA em um sinal de tensão CC. O capacitor carrega até o valor de pico desse sinal de tensão CC.

Durante positive half cycledo sinal de tensão CA, o diodo conduz e o capacitor carrega até o valor de pico do sinal de tensão CA. Quando o valor do sinal de tensão CA é menor que esse valor, o diodo será polarizado reversamente.

Assim, o capacitor irá descarregar através do resistor do amplificador DC até o próximo meio ciclo positivo do sinal de tensão AC. Quando o valor do sinal de tensão CA é maior do que a tensão do capacitor, o diodo conduz e o processo será repetido.

Devemos selecionar os valores dos componentes de forma que o capacitor carregue rápido e descarregue lentamente. Como resultado, o medidor sempre responde a esta tensão do capacitor, ou seja, opeak value of AC voltage.

Voltímetro CA de Resposta True RMS

Como o nome sugere, o verdadeiro voltímetro CA de resposta RMS responde aos verdadeiros valores RMS do sinal de tensão CA. Este voltímetro mede os valores RMS das tensões CA. ocircuit diagram de um voltímetro CA de resposta RMS verdadeiro é mostrado na figura abaixo.

O circuito acima consiste em um amplificador AC, dois termopares, amplificador DC e galvanômetro PMMC. O amplificador AC amplifica o sinal de tensão AC. Dois termopares usados ​​no circuito acima são um termopar de medição e um termopar de equilíbrio.Measuring thermocouple produz uma tensão de saída, que é proporcional ao valor RMS do sinal de tensão CA.

Qualquer termopar converte um quadrado da quantidade de entrada em uma quantidade normal. Isso significa que existe uma relação não linear entre a saída e a entrada de um termopar. O efeito do comportamento não linear de um termopar pode ser negligenciado usando outro termopar no circuito de feedback. O termopar que é usado para esta finalidade no circuito acima é conhecido comobalancing thermocouple.

Os dois termopares, a saber, termopar de medição e termopar de equilíbrio, formam uma noiva na entrada do amplificador DC. Como resultado, o medidor sempre responde aotrue RMS value de sinal de tensão AC.

A corrente é a taxa de fluxo de carga elétrica. Se essa carga elétrica flui apenas em uma direção, a corrente resultante é chamada de Corrente Contínua (CC). O instrumento, que é usado para medir a corrente contínua chamadaDC ammeter.

Se colocarmos um resistor em paralelo com o galvanômetro de bobina de ímã permanente (PMMC), toda a combinação atuará como amperímetro CC. A resistência paralela, que é usada no amperímetro CC, também é chamada de resistência shunt ou simplesmente,shunt. O valor desta resistência deve ser considerado pequeno para medir a corrente DC de grande valor.

o circuit diagram do amperímetro CC é mostrado na figura abaixo.

Temos que colocar isso DC ammeterem série com o ramal de um circuito elétrico, onde a corrente DC deve ser medida. A tensão entre os elementos, que são conectados em paralelo, é a mesma. Portanto, a tensão no resistor shunt, $ R_ {sh} $, e a tensão no resistor do galvanômetro, $ R_ {m} $ são iguais, uma vez que esses dois elementos estão conectados em paralelo no circuito acima.Mathematically, pode ser escrito como

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

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

o KCL equation no nó 1 é

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

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

Substitute o valor de $ I_ {sh} $ na Equação 1.

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

Tome, $ I_ {m} $ como comum no termo denominador, que está presente no lado direito da Equação 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} $ (Equação 3)

Onde,

$ R_ {sh} $ é a resistência shunt

$ R_ {m} $ é a resistência interna do galvanômetro

$ I $ é a corrente contínua total que deve ser medida

$ I_ {m} $ é a corrente de deflexão de escala total

A proporção da corrente contínua total que deve ser medida, $ I $ e a corrente de deflexão de escala total do galvanômetro, $ I_ {m} $, é conhecida como multiplying factor, m. Matematicamente, pode ser representado como

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

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

Podemos encontrar o value of shunt resistance usando a Equação 2 ou a Equação 5 com base nos dados disponíveis.

Amperímetro DC Multi Faixa

Na seção anterior, discutimos sobre o amperímetro CC, que é obtido colocando um resistor em paralelo com o galvanômetro PMMC. Este amperímetro DC pode ser usado para medir umparticular range de correntes diretas.

Se quisermos usar o amperímetro CC para medir as correntes diretas de multiple ranges, então temos que usar vários resistores paralelos em vez de um único resistor e toda essa combinação de resistores está em paralelo com o galvanômetro PMMC. ocircuit diagram do amperímetro CC de vários intervalos é mostrado na figura abaixo.

Coloque este amperímetro CC de faixa múltipla em série com o ramal de um circuito elétrico, onde a corrente contínua da faixa necessária deve ser medida. A faixa desejada de correntes é escolhida conectando-se a chave, s ao respectivo resistor shunt.

Vamos, $ m_ {1}, m_ {2}, m_ {3} $ e $ m_ {4} $ são os multiplying factorsdo amperímetro CC quando consideramos as correntes diretas totais a serem medidas como $ I_ {1}, I_ {2}, I_ {3} $ e $ I_ {4} $ respectivamente. A seguir estão as fórmulas correspondentes a cada fator de multiplicação.

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

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

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

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

No circuito acima, existem quatro shunt resistors, $ R_ {sh1}, R_ {sh2}, R_ {sh2} $ e $ R_ {sh4} $. A seguir estão as fórmulas correspondentes a esses quatro resistores.

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

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

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

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

As fórmulas acima nos ajudarão a encontrar os valores de resistência de cada resistor de derivação.

A corrente é a taxa de fluxo de carga elétrica. Se a direção desta carga elétrica muda regularmente, a corrente resultante é chamadaAlternating Current (AC).

O instrumento, que é usado para medir a corrente alternada que flui através de qualquer ramo do circuito elétrico é chamado AC ammeter.

Example - Amperímetro CA do tipo termopar.

Agora, vamos discutir sobre o amperímetro CA do tipo termopar.

Amperímetro AC Tipo Termopar

Se um termopar for conectado antes do galvanômetro PMMC, toda essa combinação será chamada de amperímetro CA do tipo termopar. oblock diagram de amperímetro CA do tipo termopar é mostrado na figura abaixo.

O diagrama de blocos acima consiste principalmente em dois blocos: um termopar e um galvanômetro PMMC. Obteremos o diagrama de circuito correspondente, apenas substituindo cada bloco pelo (s) respectivo (s) componente (s) no diagrama de bloco acima. Então ocircuit diagram de amperímetro CA do tipo termopar terá a aparência mostrada na figura abaixo.

O termopar gera um EMF, $ e $, sempre que a corrente alternada I flui pelo elemento do aquecedor. Este EMF, $ e $ é diretamente proporcional ao valor eficaz da corrente, I que está fluindo através do elemento do aquecedor. Então, temos que calibrar a escala do instrumento PMMC para lerrms values of current.

Portanto, com este capítulo concluímos todos os instrumentos básicos de medição, como voltímetros DC, voltímetros AC, amperímetros DC e amperímetros AC. No próximo capítulo, vamos discutir sobre os medidores ou instrumentos de medição, que medem o valor da resistência.

O instrumento, que é usado para medir o valor da resistência entre quaisquer dois pontos em um circuito elétrico é chamado ohmmeter. Também pode ser usado para encontrar o valor de um resistor desconhecido. As unidades de resistência são ohms e o instrumento de medição é metro. Portanto, a palavra “ohmímetro” é obtida pela combinação das palavras“ohm” e “meter”.

Tipos de Ohmetros

A seguir estão os two types de ohmetros.

• Ohmímetro série
• Shunt Ohmímetro

Agora, vamos discutir sobre esses dois tipos de ohmímetros, um por um.

Ohmímetro série

Se o valor do resistor for desconhecido e tiver que ser medido colocando-o em série com o ohmímetro, esse ohmímetro é chamado de ohmímetro em série. ocircuit diagram da série ohmímetro é mostrado na figura abaixo.

A parte do circuito, que fica do lado esquerdo dos terminais A e B é series ohmmeter. Assim, podemos medir o valor da resistência desconhecida, colocando-o no lado direito dos terminais A e B. Agora, vamos discutir sobre ocalibration scale de série ohmímetro.

• Se $ R_ {x} = 0 \: \ Omega $, então os terminais A e B entrarão em curto-circuito entre si. Assim, a corrente do medidor é dividida entre os resistores, $ R_ {1} $ e $ R_ {2} $. Agora, varie o valor do resistor, $ R_ {2} $ de tal forma que toda a corrente do medidor flua através do resistor, $ R_ {1} $ apenas. Neste caso, o medidor mostrascale deflection current. Portanto, essa corrente de deflexão de escala total do medidor pode ser representada como $ 0 \: \ Omega $.

• Se $ R_ {x} = \ infty \: \ Omega $, então os terminais A e B estarão em circuito aberto entre si. Portanto, nenhuma corrente flui pelo resistor, $ R_ {1} $. Neste caso, o medidor mostra corrente de deflexão nula. Portanto, esta deflexão nula do medidor pode ser representada como $ \ infty \ Omega $.

• Desta forma, ao considerar diferentes valores de $ R_ {x} $, o medidor mostra diferentes deflexões. Portanto, podemos representar essas deflexões com o valor de resistência correspondente.

O ohmímetro série consiste em uma escala de calibração. Possui as indicações de 0 $ \ Omega $ e $ \ infty \: \ Omega $ nas extremidades da mão direita e esquerda da escala respectivamente. O ohmímetro série é útil para medirhigh values of resistances.

Shunt Ohmímetro

Se o valor do resistor é desconhecido e deve ser medido colocando-o em paralelo (shunt) com o ohmímetro, então esse ohmímetro é chamado de ohmímetro shunt. ocircuit diagram de shunt ohmímetro é mostrado na figura abaixo.

A parte do circuito, que fica do lado esquerdo dos terminais A e B é shunt ohmmeter. Portanto, podemos medir o valor da resistência desconhecida, colocando-o no lado direito dos terminais A e B.

Agora, vamos discutir sobre o calibration scalede shunt ohmímetro. Feche a chave S do circuito acima enquanto estiver em uso.

• Se $ R_ {x} = 0 \: \ Omega $, então os terminais A e B entrarão em curto-circuito entre si. Devido a isso, toda a corrente $ I_ {1} $ flui pelos terminais A e B. Nesse caso, nenhuma corrente flui pelo galvanômetro PMMC. Portanto, onull deflection do galvanômetro PMMC pode ser representado como $ 0 \: \ Omega $.

• Se $ R_ {x} = \ infty \: \ Omega $, então os terminais A e B estarão em circuito aberto entre si. Portanto, nenhuma corrente flui através dos terminais A e B. Neste caso, toda a corrente, $ I_ {1} $ flui através do galvanômetro PMMC. Se necessário, varie (ajuste) o valor do resistor, $ R_ {1} $ até que o galvanômetro PMMC mostre a corrente de deflexão de escala total. Portanto, estefull scale deflection corrente do galvanômetro PMMC pode ser representada como $ \ infty \: \ Omega $

• Desta forma, ao considerar diferentes valores de $ R_ {x} $, o medidor mostra diferentes deflexões. Portanto, podemos representar essas deflexões com os valores de resistência correspondentes.

O ohmímetro shunt consiste em uma escala de calibração. Possui as indicações de $ 0 \: \ Omega $ e $ \ infty \: \ Omega $ nas extremidades da mão esquerda e direita da escala respectivamente.

O ohmímetro de derivação é útil para medir low values of resistances. Portanto, podemos usar um ohmímetro em série ou um ohmímetro de derivação com base nos valores das resistências que devem ser medidas, ou seja, alto ou baixo.

Nos capítulos anteriores, discutimos sobre voltímetros, amperímetros e ohmímetros. Esses instrumentos de medição são usados ​​para medir tensão, corrente e resistência, respectivamente. Isso significa que temosseparate measuring instruments para medir tensão, corrente e resistência.

Suponha que se um único instrumento de medição pode ser usado para medir as grandezas como tensão, corrente e resistência, uma de cada vez, então é dito que é multimeter. Ele tem o nome de multímetro, pois pode medir várias grandezas elétricas, uma de cada vez.

Medições usando multímetro

Multimeteré um instrumento usado para medir tensões DC e AC, correntes DC e AC e resistências de vários intervalos. É também chamado de Multímetro Eletrônico ou Medidor de Voltagem Ohm (VOM).

Medição de tensão DC

A parte do circuit diagram do multímetro, que pode ser usado para medir a tensão DC, é mostrado na figura abaixo.

O circuito acima se parece com um voltímetro DC de faixa múltipla. A combinação de um resistor em série com o galvanômetro PMMC é umDC voltmeter. Portanto, ele pode ser usado para medir tensões DC até certo valor.

Podemos aumentar a faixa de tensões DC que podem ser medidas com o mesmo voltímetro DC aumentando o valor da resistência. o valor da resistência equivalente aumenta, quando conectamos os resistores estão emseries.

No circuito acima, podemos medir as tensões DC até 2.5Vusando a combinação de resistor, $ R_ {5} $ em série com o galvanômetro PMMC. Ao conectar um resistor, $ R_ {4} $ em série com o circuito anterior, podemos medir as tensões DC até10V. Desta forma, podemos aumentar a faixa de tensões DC, simplesmente conectando um resistor em série com o circuito anterior (anterior).

Podemos medir a tensão CC em quaisquer dois pontos de um circuito elétrico, conectando a chave S à faixa de tensão desejada.

Medição de Corrente DC

A parte do circuit diagram do multímetro, que pode ser usado para medir a corrente CC, é mostrado na figura abaixo.

O circuito acima se parece com um amperímetro CC de faixa múltipla. a combinação de um resistor em paralelo com o galvanômetro PMMC é umDC ammeter. Portanto, ele pode ser usado para medir correntes DC até certo valor.

Podemos pegar different rangesde correntes DC medidas com o mesmo amperímetro DC, colocando os resistores em paralelo com o resistor anterior. No circuito acima, o resistor $ R_ {1} $ é conectado em série com o galvanômetro PMMC para evitar que o medidor seja danificado devido a uma grande corrente.

Podemos medir a corrente DC que está fluindo através de quaisquer dois pontos de um circuito elétrico, conectando o interruptor S à faixa de corrente desejada

Medição de tensão AC

A parte do circuit diagram do multímetro, que pode ser usado para medir a tensão CA, é mostrado na figura abaixo.

O circuito acima se parece com um multi range AC voltmeter. Sabemos disso, obteremos voltímetro AC apenas colocando o retificador em série (cascata) com voltímetro DC. O circuito acima foi criado apenas colocando a combinação de diodos e resistor, $ R_ {6} $ entre o resistor, $ R_ {5} $ e o galvanômetro PMMC.

Podemos medir a tensão CA em quaisquer dois pontos de um circuito elétrico, conectando a chave S à faixa de tensão desejada.

Medição de resistência

A parte do circuit diagram do multímetro, que pode ser usado para medir a resistência, é mostrado na figura abaixo.

Temos que fazer as duas tarefas a seguir antes de fazer qualquer medição.

• Curto-circuito do instrumento
• Varie o controle de ajuste de zero até que o medidor mostre a corrente de escala completa. Isso significa que o medidor indica o valor de resistência zero.

Agora, o circuito acima se comporta como um ohmímetro shunt e tem a escala de multiplicação de 1, ou seja, 10 ⁰ . Também podemos considerar potências de ordem superior de 10 como as multiplicações de escala para medir resistências altas.

Signal generator é um equipamento eletrônico que fornece sinais de teste padrão como onda senoidal, onda quadrada, onda triangular e etc. Também é chamado de oscilador, pois produz sinais periódicos.

O gerador de sinal, que produz o sinal periódico com uma frequência de faixa de frequência de áudio (AF), é chamado AF signal generator. a faixa de frequências de áudio é de 20 Hz a 20 KHz.

AF Sine and Square Wave Generator

O gerador de sinal AF, que gera onda senoidal ou onda quadrada na faixa de frequências de áudio com base no requisito, é denominado gerador de onda senoidal e quadrada de AF. Estáblock diagramé mostrado na figura abaixo.

O diagrama de blocos acima consiste principalmente em two paths. Esses são o caminho superior e o caminho inferior. O caminho superior é usado para produzir a onda senoidal AF e o caminho inferior é usado para produzir a onda quadrada AF.

Wien bridge oscillatorirá produzir uma onda senoidal na faixa de frequências de áudio. Com base no requisito, podemos conectar a saída do oscilador de ponte Wien ao caminho superior ou inferior por um switch.

O caminho superior consiste em blocos como amplificador e atenuador de onda senoidal. Se o switch for usado para conectar a saída do oscilador de ponte de Wien ao caminho superior, ele produzirá um desejadoAF sine wave na saída do caminho superior.

O caminho inferior consiste nos seguintes blocos: formador de onda quadrada, amplificador de onda quadrada e atenuador. O formador de onda quadrada converte a onda senoidal em uma onda quadrada. Se o switch for usado para conectar a saída do oscilador de ponte Wien ao caminho inferior, então ele produzirá um desejadoAF square wavena saída do caminho inferior. Desta forma, o diagrama de blocos que consideramos pode ser usado para produzir a onda AF senoidal ou a onda quadrada AF com base no requisito.

Gerador de funções

O gerador de função é um gerador de sinal, que gera três ou mais ondas periódicas. Considere o seguinteblock diagram de um gerador de função, que irá produzir ondas periódicas como onda triangular, onda quadrada e onda senoidal.

São dois current sources, ou seja, fonte de corrente superior e fonte de corrente inferior no diagrama de bloco acima. Essas duas fontes de corrente são reguladas pela tensão controlada por frequência.

Onda Triangular

Integratorpresente no diagrama de blocos acima, obtém corrente constante alternadamente das fontes de corrente superior e inferior por igual período de tempo repetidamente. Portanto, o integrador produzirá dois tipos de saída ao mesmo tempo repetidamente -

• A tensão de saída de um integrador increases linearly com relação ao tempo para o período durante o qual o integrador obtém corrente da fonte de corrente superior.

• A tensão de saída de um integrador decreases linearly com relação ao tempo para o período durante o qual o integrador obtém corrente de uma fonte de corrente inferior.

Desta forma, o integrador presente no diagrama de blocos acima irá produzir um triangular wave.

Onda quadrada e onda senoidal

A saída do integrador, ou seja, a onda triangular é aplicada como uma entrada para dois outros blocos, conforme mostrado no diagrama de blocos acima, a fim de obter a onda quadrada e a onda senoidal, respectivamente. Vamos discutir sobre esses dois um por um.

Onda quadrada

A onda triangular tem inclinação positiva e inclinação negativa alternadamente por igual período de tempo repetidamente. Então ovoltage comparator multi vibrator presente no diagrama de blocos acima irá produzir os seguintes dois tipos de saída por igual período de tempo repetidamente.

• Um tipo de constante (higher) voltage na saída do multivibrador comparador de voltagem durante o período durante o qual o multivibrador comparador de voltagem obtém a inclinação positiva da onda triangular.

• Outro tipo de constante (lower) voltage na saída do multivibrador comparador de voltagem durante o período durante o qual o multivibrador comparador de voltagem obtém a inclinação negativa da onda triangular.

O comparador de tensão multi vibrador presente no diagrama de blocos acima irá produzir um square wave. Se a amplitude da onda quadrada produzida na saída do multivibrador comparador de voltagem não for suficiente, ela pode ser amplificada para o valor necessário usando um amplificador de onda quadrada.

Onda Senoidal

o sine wave shaping circuitirá produzir uma saída de onda senoidal da onda de entrada triangular. Basicamente, este circuito consiste em uma rede de resistência de diodo. Se a amplitude da onda senoidal produzida na saída do circuito de formação de onda senoidal for insuficiente, ela pode ser amplificada para o valor necessário usando um amplificador de onda senoidal.

O instrumento eletrônico usado para analisar ondas é chamado wave analyzer. É também chamado de analisador de sinal, uma vez que os termos sinal e onda podem ser usados ​​alternadamente com frequência.

Podemos representar o periodic signal como a soma dos dois termos a seguir.

• Componente DC
• Série de harmônicos sinusoidais

Assim, a análise de um sinal periódico é a análise dos componentes harmônicos presentes nele.

Analisador de onda básico

O analisador de onda básico consiste principalmente em três blocos - o detector primário, o retificador de onda completa e o galvanômetro PMMC. oblock diagram do analisador de onda básico é mostrado na figura abaixo -

o function de cada bloco presente no analisador de onda básico é mencionado abaixo.

• Primary Detector- Consiste em um circuito LC. Podemos ajustar os valores do indutor, L e do capacitor, C de tal forma que permita apenas a componente de frequência harmônica desejada a ser medida.

• Full Wave Rectifier - Converte a entrada CA em uma saída CC.

• PMMC Galvanometer - Mostra o valor de pico do sinal, que é obtido na saída do retificador de onda completa.

Obteremos o diagrama de circuito correspondente, apenas substituindo cada bloco com o (s) respectivo (s) componente (s) no diagrama de bloco acima do analisador de onda básico. Então ocircuit diagram do analisador de onda básico será semelhante ao mostrado na figura a seguir -

Este analisador de onda básico pode ser usado para analisar cada um dos componentes da frequência harmônica de um sinal periódico.

Tipos de analisadores de onda

Os analisadores de ondas podem ser classificados nos seguintes two types.

• Analisador de ondas seletivas de frequência
• Analisador de ondas superheteródino

Agora, vamos discutir sobre esses dois analisadores de onda, um por um.

Analisador de ondas seletivas de frequência

O analisador de ondas, usado para analisar os sinais da faixa AF, é denominado analisador de ondas seletivas de frequência. oblock diagram do analisador de onda seletivo de frequência é mostrado na figura abaixo.

O analisador de ondas com seleção de frequência consiste em um conjunto de blocos. ofunction de cada bloco é mencionado abaixo.

• Input Attenuator- O sinal AF, que deve ser analisado, é aplicado ao atenuador de entrada. Se a amplitude do sinal for muito grande, ele pode ser atenuado pelo atenuador de entrada.

• Driver Amplifier - Amplifica o sinal recebido sempre que necessário.

• High Q-filter- É usado para selecionar a frequência desejada e rejeitar frequências indesejadas. Consiste em duas seções RC e dois amplificadores de filtro e todos eles são conectados em cascata. Podemos variar os valores de capacitância para alterar a faixa de frequências em potências de 10. Da mesma forma, podemos variar os valores de resistência para alterar a frequência dentro de uma faixa selecionada.

• Meter Range Attenuator - Obtém o sinal AF selecionado como uma entrada e produz uma saída atenuada, sempre que necessário.

• Output Amplifier - Amplifica o sinal AF selecionado, se necessário.

• Output Buffer - É usado para fornecer o sinal AF selecionado aos dispositivos de saída.

• Meter Circuit- Exibe a leitura do sinal AF selecionado. Podemos escolher a leitura do medidor na faixa de volt ou decibel.

Analisador de ondas superheteródino

O analisador de ondas, utilizado para analisar os sinais da faixa de RF, é denominado analisador de ondas super-heteródinas. A figura a seguir mostra oblock diagram do analisador de ondas super-heteródinas.

o working do analisador de ondas super-heteródinas é mencionado abaixo.

• O sinal RF a ser analisado é aplicado ao atenuador de entrada. Se a amplitude do sinal for muito grande, ele pode ser atenuado porinput attenuator.

• Untuned amplifier amplifica o sinal de RF sempre que necessário e é aplicado no primeiro mixer.

• As faixas de frequência do sinal de RF e saída do oscilador local são 0-18 MHz e 30-48 MHz, respectivamente. Então,first mixerproduz uma saída, que tem frequência de 30 MHz. Esta é a diferença de frequências dos dois sinais que são aplicados a ele.

• IF amplifieramplifica o sinal de frequência intermediária (IF), ou seja, a saída do primeiro mixer. O sinal IF amplificado é aplicado ao segundo mixer.

• As frequências do sinal amplificado de IF e saída do oscilador de cristal são iguais e iguais a 30MHz. Então osecond mixerproduz uma saída, que tem frequência de 0 Hz. Esta é a diferença de frequências dos dois sinais que são aplicados a ele.

• A frequência de corte de Active Low Pass Filter (LPF)é escolhido como 1500 Hz. Portanto, este filtro permite o sinal de saída do segundo mixer.

• Meter Circuitexibe a leitura do sinal de RF. Podemos escolher a leitura do medidor na faixa de volt ou decibel.

Portanto, podemos escolher um analisador de onda específico com base na faixa de frequência do sinal a ser analisado.

O instrumento eletrônico, utilizado para analisar ondas no domínio da frequência, é denominado spectrum analyzer. Basicamente, ele exibe a distribuição de energia de um sinal em sua tela CRT. Aqui, o eixo x representa a frequência e o eixo y representa a amplitude.

Tipos de analisadores de espectro

Podemos classificar os analisadores de espectro nas seguintes two types.

• Analisador de espectro do banco de filtros
• Analisador de espectro superheteródino

Agora, vamos discutir sobre esses dois analisadores de espectro, um por um.

Analisador de espectro do banco de filtros

O analisador de espectro, usado para analisar os sinais são da faixa AF, é chamado de analisador de espectro de banco de filtros, ou real time spectrum analyzer porque mostra (exibe) quaisquer variações em todas as frequências de entrada.

A figura a seguir mostra o block diagram do analisador de espectro do banco de filtros.

o working do analisador de espectro do banco de filtros é mencionado abaixo.

• Possui um conjunto de filtros passa-banda e cada um é projetado para permitir uma banda específica de frequências. A saída de cada filtro passa-banda é fornecida a um detector correspondente.

• Todas as saídas do detector são conectadas ao interruptor eletrônico. Essa chave permite que o detector saia sequencialmente para a placa de deflexão vertical do CRO. Então, CRO exibe a frequênciaspectrum of AF signal em sua tela CRT.

Analisador de espectro superheteródino

O analisador de espectro, usado para analisar os sinais são de faixa de RF é chamado superheterodyne spectrum analyzer. Estáblock diagram é mostrado na figura abaixo.

o working de analisador de espectro super-heteródino é mencionado abaixo.

• O sinal de RF a ser analisado é aplicado ao atenuador de entrada. Se a amplitude do sinal for muito grande, ele pode ser atenuado por uminput attenuator.

• Low Pass Filter (LPF) permite apenas os componentes de frequência que são menores que a frequência de corte.

• Mixerobtém as entradas do filtro passa-baixa e do oscilador sintonizado por tensão. Ele produz uma saída, que é a diferença de frequências dos dois sinais aplicados a ele.

• IF amplifieramplifica o sinal de frequência intermediária (IF), ou seja, a saída do mixer. O sinal IF amplificado é aplicado ao detector.

A saída do detector é dada à placa de deflexão vertical do CRO. Então, CRO exibe a frequênciaspectrum of RF signal em sua tela CRT.

Portanto, podemos escolher um analisador de espectro específico com base na faixa de frequência do sinal a ser analisado.

Oscilloscopeé um equipamento eletrônico, que exibe uma forma de onda de tensão. Entre os osciloscópios, o Osciloscópio de Raios Catódicos (CRO) é o básico e exibe um sinal ou forma de onda que varia no tempo.

Neste capítulo, vamos discutir sobre o diagrama de blocos do CRO e as medições de alguns parâmetros usando o CRO.

Diagrama de Bloco de CRO

Osciloscópio de raios catódicos (CRO) consiste em um conjunto de blocos. São amplificador vertical, linha de atraso, circuito de disparo, gerador de base de tempo, amplificador horizontal, tubo de raios catódicos (CRT) e fonte de alimentação. oblock diagram de CRO é mostrado na figura abaixo.

o function de cada bloco de CRO é mencionado abaixo.

• Vertical Amplifier - Amplifica o sinal de entrada, que passa a ser exibido na tela do CRT.

• Delay Line- Fornece algum atraso ao sinal, que é obtido na saída do amplificador vertical. Este sinal atrasado é então aplicado às placas de deflexão vertical do CRT.

• Trigger Circuit - Produz um sinal de disparo para sincronizar as deflexões horizontais e verticais do feixe de elétrons.

• Time base Generator - Produz um sinal dente de serra, útil para a deflexão horizontal do feixe de elétrons.

• Horizontal Amplifier - Amplifica o sinal dente de serra e depois o conecta às placas de deflexão horizontal do CRT.

• Power supply- Produz tensões altas e baixas. A alta tensão negativa e a baixa tensão positiva são aplicadas ao CRT e a outros circuitos, respectivamente.

• Cathode Ray Tube (CRT)- É o bloco mais importante do CRO e consiste principalmente em quatro partes. Esses são canhão de elétrons, placas de deflexão vertical, placas de deflexão horizontal e tela fluorescente.

O feixe de elétrons, que é produzido por um canhão de elétrons, é desviado nas direções vertical e horizontal por um par de placas de deflexão vertical e um par de placas de deflexão horizontal, respectivamente. Finalmente, o feixe desviado aparecerá como um ponto na tela fluorescente.

Desta forma, o CRO exibirá o sinal de entrada aplicado na tela do CRT. Assim, podemos analisar os sinais no domínio do tempo usando CRO

Medições usando CRO

Podemos fazer as seguintes medições usando CRO.

• Medição de Amplitude
• Medição do período de tempo
• Medição de frequência

Agora, vamos discutir sobre essas medições uma por uma.

Medição de Amplitude

O CRO exibe o sinal de tensão em função do tempo em sua tela. oamplitude desse sinal de tensão é constante, mas podemos variar o número de divisões que cobrem o sinal de tensão na direção vertical, variando volt/divisionbotão no painel CRO. Portanto, obteremos oamplitude do sinal, que está presente na tela do CRO usando a seguinte fórmula.

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

Onde,

$ A $ é a amplitude

$ j $ é o valor de volt / divisão

$ n_ {v} $ é o número de divisões que cobrem o sinal na direção vertical.

Medição do período de tempo

O CRO exibe o sinal de tensão em função do tempo em sua tela. oTime period desse sinal de tensão periódico é constante, mas podemos variar o número de divisões que cobrem um ciclo completo do sinal de tensão na direção horizontal, variando time/division botão no painel CRO.

Portanto, obteremos o Time period do sinal, que está presente na tela do CRO usando a seguinte fórmula.

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

Onde,

$ T $ é o período de tempo

$ j $ é o valor do tempo / divisão

$ n_ {v} $ é o número de divisões que cobrem um ciclo completo do sinal periódico na direção horizontal.

Medição de frequência

A frequência, f de um sinal periódico é o recíproco do período de tempo, T. Mathematically, pode ser representado como

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

Portanto, podemos encontrar a frequência, f de um sinal periódico, seguindo essas duas etapas.

• Step1 - Encontre o Time period de sinal periódico

• Step2 - Pegue reciprocal do período de tempo do sinal periódico, que é obtido na Etapa 1

Discutiremos sobre osciloscópios de uso especial no próximo capítulo.

No capítulo anterior, tínhamos discutido sobre o Osciloscópio de Raios Catódicos (CRO), que é um osciloscópio básico. Obteremos osciloscópios para fins especiais apenas incluindo alguns blocos adicionais ao osciloscópio básico com base nos requisitos.

A seguir estão os special purpose oscilloscopes.

• Osciloscópio de feixe duplo
• Osciloscópio Dual Trace
• Osciloscópio de armazenamento digital

Agora, vamos discutir sobre esses osciloscópios de uso especial, um por um.

Osciloscópio de feixe duplo

O Osciloscópio, que exibe duas formas de onda de tensão, é chamado Osciloscópio de Feixe Duplo. Estáblock diagram é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura acima, o CRT do Osciloscópio de Feixe Duplo consiste em dois conjuntos de placas de deflexão vertical e um conjunto de placas de deflexão horizontal.

A combinação dos seguintes blocos é chamada de channel.

• Pré-amplificador e atenuador
• Linha de Atraso
• Amplificador Vertical
• Um conjunto de placas de deflexão vertical

Existem dois canais no Osciloscópio de Feixe Duplo. Portanto, podemos aplicar os dois sinais, ou seja, A e B como entrada do canal A e Canal B, respectivamente. Podemos escolher qualquer um desses quatro sinais comotrigger inputpara o circuito de disparo usando um interruptor. Esses são sinais de entrada A e B, sinal externo (Ext) e entrada de linha.

Este osciloscópio produzirá dois feixes defletidos verticalmente, uma vez que existem dois pares de placas defletoras verticais. Neste osciloscópio, os blocos que são úteis para desviar o feixe na direção horizontal são comuns para ambos os sinais de entrada. Finalmente, este osciloscópio irá produzir otwo input signals simultaneamente na tela do CRT.

Osciloscópio Dual Trace

O osciloscópio, que produz dois traços em sua tela, é chamado de Osciloscópio de traço duplo. Estáblock diagram é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura acima, o CRT do Osciloscópio de Traço Duplo consiste em um conjunto de placas de deflexão vertical e outro conjunto de placas de deflexão horizontal. O canal consiste em quatro blocos, ou seja, pré-amplificador e atenuador, linha de atraso, amplificador vertical e placas de deflexão vertical.

No diagrama de blocos acima, os primeiros dois blocos estão separadamente presentes em ambos os canais. Os dois últimos blocos são comuns a ambos os canais. Portanto, com a ajuda deelectronic switch podemos conectar a saída de linha de atraso de um canal específico ao amplificador vertical.

Podemos escolher qualquer um desses quatro sinais como entrada do acionador para o trigger circuitusando um switch. Esses são sinais de entrada A e B, sinal externo (Ext) e entrada de linha.

Este osciloscópio usa o mesmo feixe de elétrons para desviar os sinais de entrada A e B na direção vertical usando uma chave eletrônica e produz two traces. os blocos que desviam o feixe horizontalmente são comuns para ambos os sinais de entrada.

Osciloscópio de armazenamento digital

O osciloscópio, que armazena a forma de onda digitalmente, é conhecido como osciloscópio de armazenamento digital. oblock diagram do osciloscópio de armazenamento (digital) está abaixo -

Blocos adicionais necessários para armazenamento de dados digitais são adicionados a um osciloscópio básico para convertê-lo em um Osciloscópio de armazenamento digital. Os blocos que são necessários parastoring of digital dataestão situados entre o pré-amplificador e o atenuador e o amplificador vertical no osciloscópio de armazenamento digital. Esses são circuito de amostra e retenção, conversor analógico para digital (ADC), conversor de memória e digital para analógico.

Control logiccontrola os três primeiros blocos enviando vários sinais de controle. Os blocos como lógica de controle e conversor digital para analógico estão presentes entre o circuito de disparo e o amplificador horizontal no osciloscópio de armazenamento digital.

Osciloscópio de armazenamento digital stores the dataem digital antes de exibir a forma de onda na tela. Visto que o osciloscópio básico não tem esse recurso.

Lissajous figureé o padrão que é exibido na tela, quando os sinais sinusoidais são aplicados às placas de deflexão horizontal e vertical do CRO. Esses padrões irão variar com base nas amplitudes, frequências e diferenças de fase dos sinais sinusoidais, que são aplicados às placas de deflexão horizontal e vertical do CRO.

A figura a seguir mostra um example da figura de Lissajous.

A figura de Lissajous acima está em elliptical shape e seu eixo principal tem algum ângulo de inclinação com eixo x positivo.

Medições usando figuras de Lissajous

Podemos fazer o seguinte two measurements de uma figura de Lissajous.

• Frequência do sinal sinusoidal
• Diferença de fase entre dois sinais sinusoidais

Agora, vamos discutir sobre essas duas medições, uma por uma.

Medição de frequência

A figura de Lissajous será exibida na tela, quando os sinais sinusoidais forem aplicados às placas de deflexão horizontal e vertical do CRO. Portanto, aplique o sinal sinusoidal, que tem padrãoknown frequencyàs placas de deflexão horizontal do CRO. Da mesma forma, aplique o sinal sinusoidal, cujofrequency é unknown às placas de deflexão vertical do CRO

Sejam $ f_ {H} $ e $ f_ {V} $ as frequências dos sinais sinusoidais, que são aplicados às placas de deflexão horizontal e vertical do CRO, respectivamente. A relação entre $ f_ {H} $ e $ f_ {V} $ pode sermathematically representado como abaixo.

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

Da relação acima, obteremos a frequência do sinal sinusoidal, que é aplicado às placas de deflexão vertical do CRO como

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

Onde,

$ n_ {H} $ é o número de tangências horizontais

$ n_ {V} $ é o número de tangências verticais

Podemos encontrar os valores de $ n_ {H} $ e $ n_ {V} $ da figura de Lissajous. Assim, substituindo os valores de $ n_ {H} $, $ n_ {V} $ e $ f_ {H} $ na Equação 1, obteremos o valor de$f_{V}$, ou seja, o frequency of sinusoidal signal que é aplicado às placas de deflexão vertical do CRO.

Medição da diferença de fase

Uma figura de Lissajous é exibida na tela quando os sinais sinusoidais são aplicados às placas de deflexão horizontal e vertical do CRO. Portanto, aplique os sinais sinusoidais, que têmsame amplitude and frequency às placas de deflexão horizontal e vertical do CRO.

Para poucas figuras de Lissajous com base em sua forma, podemos dizer diretamente a diferença de fase entre os dois sinais sinusoidais.

• Se a figura de Lissajous é um straight line com uma inclinação de $ 45 ^ {\ circ} $ com eixo x positivo, então o phase differenceentre os dois sinais sinusoidais será $ 0 ^ {\ circ} $. Isso significa que não há diferença de fase entre esses dois sinais sinusoidais.

• Se a figura de Lissajous é um straight line com uma inclinação de $ 135 ^ {\ circ} $ com eixo x positivo, então o phase differenceentre os dois sinais sinusoidais será $ 180 ^ {\ circ} $. Isso significa que esses dois sinais sinusoidais estão fora de fase.

• Se a figura de Lissajous estiver em circular shape, então a diferença de fase entre os dois sinais sinusoidais será $ 90 ^ {\ circ} $ ou $ 270 ^ {\ circ} $.

Podemos calcular a diferença de fase entre os dois sinais sinusoidais usando fórmulas, quando os números de Lissajous são de elliptical shape.

• Se o eixo principal de uma figura de Lissajous de forma elíptica com um ângulo de inclinação estiver entre $ 0 ^ {\ circ} $ e $ 90 ^ {\ circ} $ com eixo x positivo, então a diferença de fase entre os dois sinais sinusoidais será.

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

• Se o eixo principal de uma figura de Lissajous de forma elíptica com um ângulo de inclinação estiver entre $ 90 ^ {\ circ} $ e $ 180 ^ {\ circ} $ com eixo x positivo, então a diferença de fase entre os dois sinais sinusoidais será.

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

Where,

$ x_ {1} $ é a distância da origem ao ponto no eixo x, onde a forma elíptica de Lissajous se cruza

$ x_ {2} $ é a distância da origem à tangente vertical da forma elíptica figura de Lissajous

$ y_ {1} $ é a distância da origem ao ponto no eixo y, onde a forma elíptica de Lissajous se cruza

$ y_ {2} $ é a distância da origem até a tangente horizontal da forma elíptica figura de Lissajous

Neste capítulo, aprenderemos como encontrar a frequência de um sinal sinusoidal desconhecido e a diferença de fase entre dois sinais sinusoidais de figuras de Lissajous usando fórmulas.

Podemos conectar qualquer circuito de teste a um osciloscópio por meio de uma ponta de prova. Como CRO é um osciloscópio básico, a ponta de prova que está conectada a ele também é chamadaCRO probe.

Devemos selecionar a ponta de prova de forma que não crie problemas de carregamento com o circuito de teste. Para que possamos analisar o circuito de teste com os sinais corretamente na tela CRO.

As sondas CRO devem ter o seguinte characteristics.

• Alta impedância
• Alta largura de banda

o block diagram da sonda CRO é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura, a sonda CRO consiste principalmente em três blocos. Esses são a cabeça da sonda, o cabo coaxial e o circuito de terminação. O cabo coaxial simplesmente conecta a cabeça da sonda e o circuito de terminação.

Tipos de sondas CRO

As sondas CRO podem ser classificadas nas seguintes two types.

• Sondas Passivas
• Sondas Ativas

Agora, vamos discutir sobre esses dois tipos de sondas, uma por uma.

Sondas Passivas

Se a cabeça da sonda consiste em elementos passivos, então é chamada passive probe. O diagrama do circuito da ponta de prova passiva é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura, a cabeça da sonda consiste em uma combinação paralela de resistor, $ R_ {1} $ e um capacitor variável, $ C_ {1} $. Da mesma forma, o circuito de terminação consiste em uma combinação paralela de resistor $ R_ {2} $ e capacitor $ C_ {2} $.

O diagrama de circuito acima é modificado na forma de bridge circuit e é mostrado na figura abaixo.

Podemos equilibrar a ponte, ajustando o valor do capacitor variável, $ c_ {1} $. Discutiremos o conceito de pontes nos capítulos seguintes. Por enquanto, considere o seguintebalancing condition of AC bridge.

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

Substitute, as impedâncias $ Z_ {1}, Z_ {2}, Z_ {3} $ e $ Z_ {4} $ como $ R_ {1}, \ frac {1} {j \ omega C_ {1}}, R_ { 2} $ e $ \ frac {1} {j \ omega C_ {2}} $ respectivamente na equação acima.

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

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

Pelo princípio de divisão de tensão, obteremos o voltage across resistor, $R_{2}$ Como

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

attenuation factoré a relação entre a tensão de entrada, $ V_ {i} $ e a tensão de saída, $ V_ {0} $. Assim, da equação acima, obteremos o fator de atenuação, $ \ alpha $ como

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

$ \ 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} $ Equação 2

Da Equação 2, podemos concluir que o valor de $ R_ {1} $ é maior ou igual ao valor de ð ?? '… 2 para valores inteiros de $ \: \ alpha> 1 $.

Substitua a Equação 2 na Equação 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)} $ Equação 3

Da Equação 3, podemos concluir que o valor de $ C_ {1} $ é menor ou igual ao valor de $ C_ {2} $ para valores inteiros de $ \ alpha> 1 $

Example

Vamos encontrar os valores de $ R_ {1} $ e $ C_ {1} $ de uma sonda tendo um fator de atenuação, $ \ alpha $ como 10. Suponha, $ R_ {2} = 1 M \ Omega $ e $ C_ {2} = 18pF $.

• Step1 - Obteremos o valor de $ R_ {1} $ substituindo os valores de $ \ alpha $ e $ R_ {2} $ na Equação 2.

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

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

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

Step 2 - Obteremos o valor de $ C_ {1} $ substituindo os valores de $ \ alpha $ e $ C_ {2} $ na Equação 3.

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

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

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

Portanto, os valores de $ R_ {1} $ e $ C_ {1} $ de uma sonda serão $ 9M \ Omega $ e $ 2pF $ respectivamente para as especificações fornecidas.

Sondas Ativas

Se a cabeça da sonda consiste em componentes eletrônicos ativos, então é chamada active probe. O diagrama de blocos da sonda ativa é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura, a cabeça da sonda consiste em um seguidor de fonte FET em cascata com seguidor de emissor BJT. O seguidor de fonte FET fornece alta impedância de entrada e baixa impedância de saída. Considerando que, o objetivo do seguidor de emissor BJT é evitar ou eliminar a incompatibilidade de impedância.

As outras duas partes, como cabo coaxial e circuito de terminação, permanecem iguais nas pontas de prova ativa e passiva.

Se os componentes elétricos estão dispostos na forma de uma ponte ou estrutura em anel, esse circuito elétrico é chamado de bridge. Em geral, a ponte forma um laço com um conjunto de quatro braços ou ramos. Cada ramificação pode conter um ou dois componentes elétricos.

Tipos de pontes

Podemos classificar os circuitos de ponte ou pontes nas duas categorias a seguir, com base no sinal de tensão com o qual eles podem ser operados.

• DC Bridges
• Pontes AC

Agora, vamos discutir sobre essas duas pontes brevemente.

DC Bridges

Se o circuito de ponte pode ser operado apenas com sinal de tensão DC, então é um circuito de ponte DC ou simplesmente DC bridge. As pontes DC são usadas para medir o valor da resistência desconhecida. ocircuit diagram da ponte DC é semelhante ao mostrado na figura abaixo.

A ponte DC acima tem four armse cada braço consiste em um resistor. Entre os quais, dois resistores têm valores de resistência fixos, um resistor é um resistor variável e o outro tem um valor de resistência desconhecido.

O circuito de ponte DC acima pode ser excitado com um DC voltage sourcecolocando-o em uma diagonal. O galvanômetro é colocado em outra diagonal da ponte DC. Mostra alguma deflexão enquanto a ponte estiver desequilibrada.

Varie o valor da resistência do resistor variável até que o galvanômetro mostre deflexão nula (zero). Agora, a ponte DC acima é considerada balanceada. Então, podemos encontrar o valor deunknown resistance usando equações nodais.

Pontes AC

Se o circuito de ponte pode ser operado apenas com sinal de tensão CA, então é dito que é um circuito de ponte CA ou simplesmente AC bridge. As pontes CA são usadas para medir o valor de indutância, capacitância e frequência desconhecidas.

o circuit diagram da ponte AC parece conforme mostrado na figura abaixo.

O diagrama do circuito da ponte AC é semelhante ao da ponte DC. A ponte AC acima temfour armse cada braço consiste em alguma impedância. Isso significa que cada braço terá um único ou uma combinação de elementos passivos, como resistor, indutor e capacitor.

Entre as quatro impedâncias, duas impedâncias têm valores fixos, uma impedância é variável e a outra é uma impedância desconhecida.

O circuito de ponte AC acima pode ser excitado com um AC voltage sourcecolocando-o em uma diagonal. Um detector é colocado em outra diagonal da ponte AC. Mostra alguma deflexão enquanto a ponte estiver desequilibrada.

O circuito de ponte AC acima pode ser excitado com um AC voltage sourcecolocando-o em uma diagonal. Um detector é colocado em outra diagonal da ponte AC. Mostra alguma deflexão enquanto a ponte estiver desequilibrada.

Varie o valor da impedância da impedância variável até que o detector mostre deflexão nula (zero). Agora, a ponte AC acima é considerada balanceada. Então, podemos encontrar o valor deunknown impedance usando uma condição equilibrada.

DC bridgespode ser operado apenas com sinal de tensão DC. As pontes DC são úteis para medir o valor da resistência desconhecida, que está presente na ponte. A ponte de Wheatstone é um exemplo de ponte DC.

Agora, vamos discutir sobre Wheatstone’s Bridge a fim de encontrar o valor da resistência desconhecida.

Ponte de Wheatstone

A ponte de Wheatstone é uma ponte DC simples, que tem principalmente quatro braços. Esses quatro braços formam um losango ou formato quadrado e cada braço consiste em um resistor.

Para encontrar o valor da resistência desconhecida, precisamos do galvanômetro e da fonte de tensão DC. Portanto, um desses dois é colocado em uma diagonal da ponte de Wheatstone e o outro é colocado em outra diagonal da ponte de Wheatstone.

A ponte de Wheatstone é usada para medir o valor da resistência média. ocircuit diagram da ponte de Wheatstone é mostrado na figura abaixo.

No circuito acima, os braços AB, BC, CD e DA juntos formam um rhombusou forma quadrada. Eles consistem em resistores $ R_ {2} $, $ R_ {4} $, $ R_ {3} $ e $ R_ {1} $ respectivamente. Deixe que a corrente fluindo através desses braços do resistor seja $ I_ {2} $, $ I_ {4} $, $ I_ {3} $ e $ I_ {1} $ respectivamente e as direções dessas correntes são mostradas na figura.

Os braços diagonais DB e AC consistem em galvanômetro e fonte de tensão DC de V volts respectivamente. Aqui, o resistor $ R_ {3} $ é um resistor variável padrão e o resistor $ R_ {4} $ é um resistor desconhecido. Podemosbalance the bridge, variando o valor da resistência do resistor, $ R_ {3} $.

O circuito de ponte acima é equilibrado quando nenhuma corrente flui através do braço diagonal, DB. Isso significa que existeno deflection no galvanômetro, quando a ponte está equilibrada.

A ponte será equilibrada, quando o seguinte two conditions estão satisfeitos.

• A tensão no braço AD é igual à tensão no braço AB. ie,

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

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

• A voltagem no braço DC é igual à voltagem no braço BC. ie,

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

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

Das duas condições de equilíbrio acima, obteremos o seguinte two conclusions.

• A corrente que flui através do braço AD será igual à do braço DC. ie,

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

• A corrente que flui através do braço AB será igual à do braço BC. ie,

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

Pegue a razão da Equação 1 e Equação 2.

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

Substitua, $ I_ {1} = I_ {3} $ e $ I_ {2} = I_ {4} $ na Equação 3.

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

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

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

Substituindo os valores conhecidos dos resistores $ R_ {1} $, $ R_ {2} $ e $ R_ {3} $ na equação acima, obteremos o value of resistor,$R_{4}$.

Neste capítulo, vamos discutir sobre as pontes CA, que podem ser usadas para medir a indutância. As pontes AC operam apenas com sinal de tensão AC. ocircuit diagram da ponte AC é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura acima, a ponte AC consiste principalmente em quatro braços, que são conectados em losango ou square shape. Todos esses braços consistem em alguma impedância.

O detector e a fonte de tensão CA também são necessários para encontrar o valor da impedância desconhecida. Portanto, um desses dois é colocado em uma diagonal da ponte AC e o outro é colocado na outra diagonal da ponte AC. A condição de equilíbrio da ponte de Wheatstone como -

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

Vamos pegar o balancing condition of AC bridge, apenas substituindo R por Z na equação acima.

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

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

Aqui, $ Z_ {1} $ e $ Z_ {2} $ são impedâncias fixas. Considerando que $ Z_ {3} $ é uma impedância variável padrão e $ Z_ {4} $ é uma impedância desconhecida.

Note - Podemos escolher qualquer duas dessas quatro impedâncias como impedâncias fixas, uma impedância como impedância variável padrão e a outra impedância como uma impedância desconhecida com base na aplicação.

A seguir estão as duas pontes AC, que podem ser usadas para medir inductance.

• Ponte Maxwell
• Hay's Bridge

Agora, vamos discutir sobre essas duas pontes AC, uma por uma.

Ponte Maxwell

A ponte de Maxwell é uma ponte AC com quatro braços, que são conectados na forma de um losango ou square shape. Dois braços desta ponte consistem em um único resistor, um braço consiste em uma combinação em série de resistor e indutor e o outro braço consiste em uma combinação paralela de resistor e capacitor.

Um detector CA e uma fonte de tensão CA são usados ​​para encontrar o valor da impedância desconhecida. Portanto, um desses dois é colocado em uma diagonal da ponte de Maxwell e o outro é colocado na outra diagonal da ponte de Maxwell.

A ponte de Maxwell é usada para medir o valor da indutância média. ocircuit diagram da ponte de Maxwell é mostrado na figura abaixo.

No circuito acima, os braços AB, BC, CD e DA juntos formam um losango ou forma quadrada. Os braços AB e CD consistem em resistores, $ R_ {2} $ e $ R_ {3} $ respectivamente. O braço, BC consiste em uma combinação em série de resistor, $ R_ {4} $ e indutor, $ L_ {4} $. O braço, DA consiste em uma combinação paralela de resistor, $ R_ {1} $ e capacitor, $ C_ {1} $.

Sejam $ Z_ {1}, Z_ {2}, Z_ {3} $ e $ Z_ {4} $ as impedâncias dos braços DA, AB, CD e BC respectivamente. ovalues of these impedances será

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

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

$ Z_ {2} = R_ {2} $

$ Z_ {3} = R_ {3} $

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

Substitute esses valores de impedância na seguinte condição de equilíbrio da 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} $

De comparing os respectivos termos reais e imaginários da equação acima, obteremos

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

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

Substituindo os valores dos resistores $ R_ {1} $, $ R_ {2} $ e $ R_ {3} $ na Equação 1, obteremos o valor do resistor, $ R_ {4} $. Da mesma forma, substituindo o valor do capacitor, $ C_ {1} $ e os valores dos resistores, $ R_ {2} $ e $ R_ {3} $ na Equação 2, obteremos o valor do indutor, $ L_ {4 } $.

o advantage da ponte de Maxwell é que ambos os valores do resistor, $ R_ {4} $ e um indutor, $ L_ {4} $ são independentes do valor da frequência.

Hay's Bridge

A ponte de Hay é uma versão modificada da ponte de Maxwell, que obtemos modificando o braço, que consiste em uma combinação paralela de resistor e capacitor no braço, que consiste em uma combinação em série de resistor e capacitor na ponte de Maxwell.

A ponte de Hay é usada para medir o valor de alta indutância. ocircuit diagram da ponte de Hay é mostrado na figura abaixo.

No circuito acima, os braços AB, BC, CD e DA juntos formam um losango ou forma quadrada. Os braços, AB e CD consistem em resistores, $ R_ {2} $ e $ R_ {3} $ respectivamente. O braço, BC consiste em uma combinação em série de resistor, $ R_ {4} $ e indutor, $ L_ {4} $. O braço, DA consiste em uma combinação em série de resistor $ R_ {1} $ e capacitor $ C_ {1} $.

Sejam $ Z_ {1}, Z_ {2}, Z_ {3} $ e $ Z_ {4} $ as impedâncias dos braços DA, AB, CD e BC respectivamente. ovalues of these impedances será

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

$ \ 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 esses valores de impedância na seguinte condição de equilíbrio da 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)} $

Multiplique o numerador e o denominador do termo do lado direito da equação acima por $ 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)} $

De comparing os respectivos termos reais e imaginários da equação acima, obteremos

$ 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)} $ Equação 3

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

Substituindo os valores de $ R_ {1}, R_ {2}, R_ {3}, C_ {1} $ e $ \ omega $ na Equação 3 e Equação 4, obteremos os valores do resistor, $ R_ {4 } $ e indutor, $ L_ {4} $.

No capítulo anterior, discutimos sobre duas pontes AC que podem ser usadas para medir a indutância. Neste capítulo, vamos discutir sobre o seguintetwo AC bridges.

• Schering Bridge
• Ponte de Wien

Essas duas pontes podem ser usadas para medir capacitância e frequência, respectivamente.

Schering Bridge

A ponte Schering é uma ponte AC com quatro braços, que são conectados na forma de um losango ou square shape, cujo braço consiste em um único resistor, um braço consiste em uma combinação em série de resistor e capacitor, um braço consiste em um único capacitor e o outro braço consiste em uma combinação paralela de resistor e capacitor.

O detector CA e a fonte de tensão CA também são usados ​​para encontrar o valor da impedância desconhecida, portanto, um deles é colocado em uma diagonal da ponte Schering e o outro é colocado na outra diagonal da ponte Schering.

A ponte Schering é usada para medir o valor da capacitância. ocircuit diagram da ponte Schering é mostrado na figura abaixo.

No circuito acima, os braços AB, BC, CD e DA juntos formam um losango ou square shape. O braço AB consiste em um resistor, $ R_ {2} $. O braço BC consiste em uma combinação em série de resistor $ R_ {4} $ e capacitor $ C_ {4} $. O CD do braço consiste em um capacitor $ C_ {3} $. O braço DA consiste em uma combinação paralela de resistor $ R_ {1} $ e capacitor $ C_ {1} $.

Sejam $ Z_ {1} $, $ Z_ {2} $, $ Z_ {3} $ e $ Z_ {4} $ as impedâncias dos braços DA, AB, CD e BC respectivamente. ovalues of these impedances será

$ 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 esses valores de impedância na seguinte condição de equilíbrio da ponte CA.

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

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

$ \ 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} \ direita)} {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}} $

De comparing os respectivos termos reais e imaginários da equação acima, obteremos

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

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

Substituindo os valores de $ R_ {1}, R_ {2} $ e $ C_ {3} $ na Equação 1, obteremos o valor do capacitor, $ C_ {4} $. Da mesma forma, substituindo os valores de $ R_ {2}, C_ {1} $ e $ C_ {3} $ na Equação 2, obteremos o valor do resistor, $ R_ {4} $.

o advantage da ponte Schering é que ambos os valores do resistor, $ R_ {4} $ e do capacitor, $ C_ {4} $, são independentes do valor da frequência.

Ponte de Wien

Wien’s bridgeé uma ponte AC com quatro braços, os quais são conectados em forma de losango ou quadrado. Entre os dois braços consistem em um único resistor, um braço consiste em uma combinação paralela de resistor e capacitor e o outro braço consiste em uma combinação em série de resistor e capacitor.

O detector CA e a fonte de tensão CA também são necessários para encontrar o valor da frequência. Portanto, um desses dois é colocado em uma diagonal da ponte de Wien e o outro é colocado na outra diagonal da ponte de Wien.

o circuit diagram da ponte de Wien é mostrado na figura abaixo.

No circuito acima, os braços AB, BC, CD e DA juntos formam um losango ou square shape. Os braços, AB e BC consistem em resistores, $ R_ {2} $ e $ R_ {4} $ respectivamente. O braço CD consiste em uma combinação paralela de resistor $ R_ {3} $ e capacitor $ C_ {3} $. O braço, DA consiste em uma combinação em série de resistor $ R_ {1} $ e capacitor $ C_ {1} $.

Sejam $ Z_ {1}, Z_ {2}, Z_ {3} $ e $ Z_ {4} $ as impedâncias dos braços DA, AB, CD e BC respectivamente. ovalues of these impedances será

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

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

$ 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 esses valores de impedância na seguinte condição de equilíbrio da ponte CA.

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

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

$ \ 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} \ direita) = j \ omega C_ {1} R_ {2} R_ {3} $

Equate o respectivo real terms da equação acima.

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

$ \ 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 $ na equação acima.

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

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

Podemos encontrar o valor da frequência, $ f $ da fonte de tensão AC, substituindo os valores de $ R_ {1}, R_ {3}, C_ {1} $ e $ C_ {3} $ na equação acima.

Se $ R_ {1} = R_ {3} = R $ e $ C_ {1} = C_ {3} = C $, então podemos encontrar o valor da frequência, $ f $ da fonte de tensão CA usando a seguinte fórmula .

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

A ponte Wein é usada principalmente para encontrar o frequency value de alcance AF.

Basicamente, o transdutor converte uma forma de energia em outra forma de energia. O transdutor, que converte a forma não elétrica de energia em forma elétrica de energia é conhecido comoelectrical transducer. oblock diagram do transdutor elétrico é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura, o transdutor elétrico produzirá uma saída, que possui energia elétrica. A saída do transdutor elétrico é equivalente à entrada, que possui energia não elétrica.

Tipos de transdutores elétricos

Principalmente, os transdutores elétricos podem ser classificados nos seguintes two types.

• Transdutores ativos
• Transdutores passivos

Agora, vamos discutir sobre esses dois tipos de transdutores brevemente.

Transdutores ativos

O transdutor, que pode produzir uma das grandezas elétricas, como tensão e corrente, é conhecido como active transducer. Também é chamado de transdutor autogerado, pois não requer nenhuma fonte de alimentação externa.

o block diagram do transdutor ativo é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura, o transdutor ativo produzirá uma quantidade elétrica (ou sinal), que é equivalente à quantidade de entrada não elétrica (ou sinal).

Examples

A seguir estão os exemplos de transdutores ativos.

• Piezo Transdutor Elétrico
• Transdutor fotoelétrico
• Transdutor Termoelétrico

Discutiremos sobre esses transdutores ativos no próximo capítulo.

Transdutores passivos

O transdutor, que não pode produzir as grandezas elétricas, como voltagem e corrente, é conhecido como passive transducer. Porém, ele produz a variação em um dos elementos passivos como resistor (R), indutor (L) e capacitor (C). O transdutor passivo requer fonte de alimentação externa.

o block diagram do transdutor passivo é mostrado na figura abaixo.

Conforme mostrado na figura, o transdutor passivo produzirá variação no elemento passivo de acordo com a variação na quantidade de entrada não elétrica (ou sinal).

Examples

A seguir estão os exemplos de transdutores passivos.

• Transdutor Resistivo
• Transdutor Indutivo
• Transdutor Capacitivo

Discutiremos sobre esses transdutores passivos em capítulos posteriores.

Active transduceré um transdutor, que converte a grandeza não elétrica em uma grandeza elétrica. Vamos considerar as grandezas não elétricas como pressão, iluminação da luz e temperatura. Portanto, obteremos os três transdutores ativos a seguir, dependendo da quantidade não elétrica que escolhermos.

• Piezo Transdutor Elétrico
• Transdutor fotoelétrico
• Transdutor Termoelétrico

Agora, vamos discutir sobre esses três transdutores ativos, um por um.

Piezo Transdutor Elétrico

Um transdutor ativo é considerado piezo electric transducer, quando produz uma grandeza elétrica que é equivalente à entrada de pressão. As três substâncias a seguir exibem efeito piezoelétrico.

• Quartz
• Sais de Rochelle
• Tourmaline

O efeito piezoelétrico exibido por essas três substâncias são os sais de turmalina, quartzo e Rochelle, nesta ordem crescente. A ordem ascendente de resistência mecânica dessas três substâncias é sais de Rochelle, quartzo, turmalina.

Quartz é utilizado como transdutor piezoelétrico, por apresentar efeito piezoelétrico moderado e possuir resistência mecânica moderada entre essas três substâncias piezoelétricas.

Transdutor de quartzo

o circuit diagramdo transdutor de quartzo é mostrado na figura abaixo. Conforme mostrado na figura, o cristal de quartzo é colocado entre a base e o membro somador de forças. A tensão de saída pode ser medida nos eletrodos de metal, que são colocados nos dois lados do cristal de quartzo.

o output voltage, $ V_ {0} $ do transdutor de pressão acima será

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

Transdutor fotoelétrico

Um transdutor ativo é chamado de transdutor fotoelétrico, quando produz uma quantidade elétrica que é equivalente à iluminação da entrada de luz. ocircuit diagram do transdutor fotoelétrico é mostrado na figura abaixo.

o working do transdutor fotoelétrico é mencionado abaixo.

• Step1 - O transdutor fotoelétrico libera elétrons, quando a luz incide no cátodo dele.

• Step2 - O transdutor fotoelétrico produz uma corrente I no circuito devido à atração de elétrons em direção ao ânodo.

Podemos encontrar o sensitivity do transdutor fotoelétrico usando a seguinte fórmula.

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

Onde,

$ S $ é a sensibilidade do transdutor fotoelétrico

$ I $ é a corrente de saída do transdutor fotoelétrico

$ i $ é a iluminação da entrada de luz do transdutor fotoelétrico

Transdutor Termoelétrico

Um transdutor ativo é considerado thermo electric transducer, quando produz uma grandeza elétrica que é equivalente à entrada de temperatura. Os dois transdutores a seguir são exemplos de transdutores termoelétricos.

• Transdutor de termistor
• Transdutor Termopar

Agora, vamos discutir sobre esses dois transdutores, um por um.

Transdutor de termistor

O resistor, que depende da temperatura, é chamado de resistor térmico. Em suma, é chamadoThermistor. O coeficiente de temperatura do termistor é negativo. Isso significa que, conforme a temperatura aumenta, a resistência do termistor diminui.

Mathematically, a relação entre a resistência do termistor e a temperatura pode ser representada como

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

Where,

$ R_ {1} $ é a resistência do termistor na temperatura $ {T_ {1}} ^ {0} K $

$ R_ {2} $ é a resistência do termistor na temperatura $ {T_ {2}} ^ {0} K $

$ \ beta $ é a constante de temperatura

o advantage do transdutor termistor é que ele irá produzir uma resposta rápida e estável.

Transdutor Termopar

O transdutor termopar produz uma tensão de saída para uma mudança correspondente de temperatura na entrada. Se dois fios de metais diferentes são unidos para criar duas junções, toda essa configuração é chamadaThermocouple. O diagrama do circuito do termopar básico é mostrado abaixo -

O termopar acima tem dois metais, A e B e duas junções, 1 e 2. Considere uma temperatura de referência constante, $ T_ {2} $ na junção 2. Considere a temperatura na junção, 1 é $ T_ {1} $. O termopar gera umemf (força eletro motriz), sempre que os valores de $ T_ {1} $ e $ T_ {2} $ forem diferentes.

Isso significa que o termopar gera uma fem, sempre que há uma diferença de temperatura entre as duas junções, 1 e 2 e é diretamente proporcional à diferença de temperatura entre essas duas junções. Mathematically, pode ser representado como

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

Onde,

$ e $ é a fem gerada pelo termopar

O circuito do termopar acima pode ser representado como mostrado na figura abaixo para aplicações práticas.

A parte do circuito, que fica entre as junções quente e fria, incluindo essas duas junções, é um modelo equivalente de termopar básico. Um galvanômetro PMMC é conectado na junta fria e desvia de acordo com a fem gerada na junção fria.Thermocouple transducer é o transdutor termoelétrico mais comumente usado.

passive transduceré um transdutor, que produz a variação do elemento passivo. Vamos considerar os elementos passivos como resistor, indutor e capacitor. Portanto, obteremos os três transdutores passivos a seguir, dependendo do elemento passivo que escolhermos.

• Transdutor Resistivo
• Transdutor Indutivo
• Transdutor Capacitivo

Agora, vamos discutir sobre esses três transdutores passivos, um por um.

Transdutor Resistivo

Um transdutor passivo é considerado um resistive transducer, quando produz a variação (mudança) no valor da resistência. a seguinte fórmula pararesistance, R de um condutor de metal.

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

Onde,

$ \ rho $ é a resistividade do condutor

$ l $ é o comprimento do condutor

$ A $ é a área da seção transversal do condutor

O valor da resistência depende dos três parâmetros $ \ rho, l $ e $ A $. Então, podemos fazer oresistive transducerscom base na variação de um dos três parâmetros $ \ rho, l $ & $ A $. A variação em qualquer um desses três parâmetros altera o valor da resistência.

• Resistência, R é diretamente proporcional ao resistivitydo maestro, $ \ rho $. Assim, à medida que a resistividade do condutor, $ \ rho $ aumenta o valor da resistência, R também aumenta. Da mesma forma, como a resistividade do condutor, $ \ rho $ diminui o valor da resistência, R também diminui.

• Resistência, R é diretamente proporcional ao lengthdo condutor, $ l $. Assim, à medida que o comprimento do condutor, $ l $ aumenta o valor da resistência, R também aumenta. Da mesma forma, como o comprimento do condutor, $ l $ diminui o valor da resistência, R também diminui.

• Resistência, R é inversamente proporcional ao cross sectional areado condutor, $ A $. Assim, conforme a área da seção transversal do condutor, $ A $ aumenta o valor da resistência, R diminui. Da mesma forma, conforme a área da seção transversal do condutor, $ A $ diminui o valor da resistência, R aumenta.

Transdutor Indutivo

Um transdutor passivo é considerado um inductive transducer, quando produz a variação (mudança) no valor da indutância. a seguinte fórmula parainductance, L de um indutor.

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

Onde,

$ N $ é o número de voltas da bobina

$ S $ é o número de voltas da bobina

a seguinte fórmula para reluctance, S da bobina.

$ S = \ frac {l} {\ mu A} $ Equação 2

Onde,

$ l $ é o comprimento do circuito magnético

$ \ mu $ é a permeabilidade do núcleo

$ A $ é a área do circuito magnético através do qual o fluxo flui

Substitua, Equação 2 na Equação 1.

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

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

A partir da Equação 1 e da Equação 3, podemos concluir que o valor da indutância depende dos três parâmetros $ N, S $ & $ \ mu $. Então, podemos fazer oinductive transducerscom base na variação de um dos três parâmetros $ N, S $ & $ \ mu $. Porque, a variação em qualquer um desses três parâmetros altera o valor da indutância.

• Indutância, L é diretamente proporcional ao quadrado do number of turns of coil. Assim, conforme o número de voltas da bobina, $ N $ aumenta o valor da indutância, $ L $ também aumenta. Da mesma forma, conforme o número de voltas da bobina, $ N $ diminui o valor da indutância, $ L $ também diminui.

• Indutância, $ L $ é inversamente proporcional a reluctance of coil, $ S $. Assim, conforme a relutância da bobina, $ S $ aumenta o valor da indutância, $ L $ diminui. Da mesma forma, à medida que a relutância da bobina, $ S $ diminui o valor da indutância, $ L $ aumenta.

• Indutância, L é diretamente proporcional a permeability of core, $ \ mu $. Assim, à medida que a permeabilidade do núcleo, $ \ mu $ aumenta o valor da indutância, L também aumenta. Da mesma forma, como a permeabilidade do núcleo, $ \ mu $ diminui o valor da indutância, L também diminui.

Transdutor Capacitivo

Um transdutor passivo é considerado um capacitive transducer, quando produz a variação (mudança) no valor da capacitância. a seguinte fórmula paracapacitance, C de um capacitor de placa paralela.

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

Onde,

$ \ varepsilon $ é a permissividade ou a constante dielétrica

$ A $ é a área efetiva de duas placas

$ d $ é a área efetiva de duas placas

O valor da capacitância depende dos três parâmetros $ \ varepsilon, A $ & $ d $. Então, podemos fazer ocapacitive transducerscom base na variação em um dos três parâmetros $ \ varepsilon, A $ & $ d $. Porque, a variação em qualquer um desses três parâmetros altera o valor da capacitância.

• Capacitância, C é diretamente proporcional a permittivity, $ \ varepsilon $. Assim, como permissividade, $ \ varejpsilon $ aumenta o valor da capacitância, C também aumenta. Da mesma forma, como permissividade, $ \ varepsilon $ diminui o valor da capacitância, C também diminui.

• Capacitância, C é diretamente proporcional ao effective area of two plates, $ A $. Assim, como a área efetiva de duas placas, $ A $ aumenta o valor da capacitância, C também aumenta. Da mesma forma, como a área efetiva de duas placas, $ A $ diminui o valor da capacitância, C também diminui.

• Capacitância, C é inversamente proporcional ao distance between two plates, $ d $. Assim, conforme a distância entre duas placas, $ d $ aumenta o valor da capacitância, C diminui. Da mesma forma, conforme a distância entre duas placas, $ d $ diminui o valor da capacitância, C aumenta.

Neste capítulo, discutimos sobre três transdutores passivos. No próximo capítulo, vamos discutir sobre um exemplo para cada transdutor passivo.

o physical quantitiescomo deslocamento, velocidade, força, temperatura e etc. são todas grandezas não elétricas. O transdutor ativo converte a quantidade física em um sinal elétrico. Já o transdutor passivo converte a quantidade física na variação do elemento passivo.

Portanto, com base no requisito, podemos escolher transdutor ativo ou transdutor passivo. Neste capítulo, vamos discutir como medir o deslocamento usando um transdutor passivo. Se um corpo que se move de um ponto a outro em linha reta, o comprimento entre esses dois pontos é chamadodisplacement.

Nós temos o seguinte three passive transducers

• Transdutor Resistivo
• Transdutor Indutivo
• Transdutor Capacitivo

Agora, vamos discutir sobre a medição de deslocamento com esses três transdutores passivos, um por um.

Medição de deslocamento usando transdutor resistivo

o circuit diagram do transdutor resistivo, que é usado para medir o deslocamento, é mostrado na figura abaixo.

O circuito acima consiste em um potenciômetro e uma fonte de tensão, $ V_ {S} $. Podemos dizer que estes dois estão ligados em paralelo em relação aos pontos A e B. O potenciômetro possui um contato deslizante, que pode ser variado. Portanto, o ponto C é variável. No circuito acima, ooutput voltage, $ V_ {0} $ é medido nos pontos A e C.

Mathematically, a relação entre as tensões e distâncias pode ser representada como

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

Portanto, devemos conectar o corpo cujo deslocamento será medido ao contato deslizante. Assim, sempre que o corpo se move em linha reta, o ponto C também varia. Devido a isso, a tensão de saída, $ V_ {0} $ também muda de acordo.

Nesse caso, podemos encontrar o deslocamento medindo a tensão de saída, $ V_ {0} $.

Medição de deslocamento usando transdutor indutivo

o circuit diagram do transdutor indutivo, que é usado para medir o deslocamento, é mostrado na figura abaixo.

O transformador presente no circuito acima tem um enrolamento primário e dois enrolamentos secundários. Aqui, os pontos finais de dois enrolamentos secundários são unidos. Então, podemos dizer que esses dois enrolamentos secundários estão conectados emseries opposition.

A tensão, $ V_ {P} $, é aplicada ao enrolamento primário do transformador. Suponha que a tensão desenvolvida em cada enrolamento secundário seja ð ?? '‰ ð ??' † 1 e ð ?? '‰ ð ??' † 2. A tensão de saída, $ V_ {0} $, é obtida através dos pontos de partida de dois enrolamentos secundários.

Mathematically, a tensão de saída, ð ?? '‰ 0 pode ser escrita como

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

O transformador presente no circuito acima é chamado differential transformer, uma vez que produz uma tensão de saída, que é a diferença entre $ V_ {S1} $ e $ V_ {S2} $.

• Se o núcleo estiver na posição central, a tensão de saída, $ V_ {0} $, será igual a zero. Porque, as respectivas magnitudes e fases de $ V_ {S1} $ e $ V_ {S2} $ são iguais.

• Se o núcleo não estiver na posição central, a tensão de saída, $ V_ {0} $, terá alguma magnitude e fase. Porque, as respectivas magnitudes e fases de $ V_ {S1} $ e $ V_ {S2} $ não são iguais.

Portanto, devemos conectar o corpo cujo deslocamento será medido ao núcleo central. Assim, sempre que o corpo se move em linha reta, a posição central do núcleo varia. Devido a isso, a tensão de saída, $ V_ {0} $ também muda de acordo.

Neste caso, podemos encontrar o displacementmedindo a tensão de saída, $ V_ {0} $. A magnitude e fase da tensão de saída, $ V_ {0} $ representa o deslocamento do corpo e sua direção, respectivamente.

Medição de deslocamento usando transdutor capacitivo

o circuit diagram do transdutor capacitivo, que é usado para medir o deslocamento, é mostrado na figura abaixo.

o capacitor, que está presente no circuito acima tem duas placas paralelas. Entre as quais, uma placa é fixa e a outra é móvel. Devido a isso, o espaçamento entre essas duas placas também irá variar. o valor da capacitância muda conforme o espaçamento entre duas placas de capacitor muda.

Portanto, devemos conectar o corpo cujo displacementdeve ser medido na placa móvel de um capacitor. Assim, sempre que o corpo se move em linha reta, o espaçamento entre as duas placas do capacitor varia. Devido a isso, o valor da capacitância muda.

Os sistemas utilizados para aquisição de dados são conhecidos como data acquisition systems. Esses sistemas de aquisição de dados realizarão tarefas como conversão de dados, armazenamento de dados, transmissão de dados e processamento de dados.

Os sistemas de aquisição de dados consideram o seguinte analog signals.

• Sinais analógicos, que são obtidos a partir da medição direta de grandezas elétricas, como tensões DC e AC, correntes DC e AC, resistência e etc.

• Sinais analógicos, que são obtidos de transdutores como LVDT, termopar e etc.

Tipos de sistemas de aquisição de dados

Os sistemas de aquisição de dados podem ser classificados nas seguintes two types.

• Sistemas analógicos de aquisição de dados
• Sistemas de aquisição de dados digitais

Agora, vamos discutir sobre esses dois tipos de sistemas de aquisição de dados, um por um.

Sistemas analógicos de aquisição de dados

Os sistemas de aquisição de dados, que podem ser operados com sinais analógicos, são conhecidos como analog data acquisition systems. A seguir estão os blocos de sistemas de aquisição de dados analógicos.

• Transducer - Ele converte grandezas físicas em sinais elétricos.

• Signal conditioner - Desempenha funções como amplificação e seleção da porção desejada do sinal.

• Display device - Exibe os sinais de entrada para fins de monitoramento.

• Graphic recording instruments - Eles podem ser usados ​​para fazer o registro dos dados de entrada de forma permanente.

• Magnetic tape instrumentation - É usado para adquirir, armazenar e reproduzir dados de entrada.

Sistemas de aquisição de dados digitais

Os sistemas de aquisição de dados, que podem ser operados com sinais digitais, são conhecidos como digital data acquisition systems. Portanto, eles usam componentes digitais para armazenar ou exibir as informações.

Principalmente, o seguinte operations ocorrem na aquisição digital de dados.

• Aquisição de sinais analógicos
• Conversão de sinais analógicos em sinais digitais ou dados digitais
• Processamento de sinais digitais ou dados digitais

A seguir estão os blocos de Digital data acquisition systems.

• Transducer - Ele converte grandezas físicas em sinais elétricos.

• Signal conditioner - Desempenha funções como amplificação e seleção da porção desejada do sinal.

• Multiplexer- conecta uma das várias entradas à saída. Portanto, ele atua como conversor paralelo ao serial.

• Analog to Digital Converter - Converte a entrada analógica em sua saída digital equivalente.

• Display device - Exibe os dados em formato digital.

• Digital Recorder - É usado para gravar os dados em formato digital.

Os sistemas de aquisição de dados estão sendo usados ​​em várias aplicações, como biomédica e aeroespacial. Portanto, podemos escolher sistemas de aquisição de dados analógicos ou sistemas de aquisição de dados digitais com base na necessidade.