谈谈交流电桥及其应用

谈谈交流电桥及其应用基本电路理论课程论文 2006-2007 第一学期谈谈交流电桥及其应用 F0503001 林书栋 5050309027 摘要：直流电桥可以用来进行电阻的测量。本文以直流电桥测电阻为引子，介绍了两种可用于电感测量的交流电桥电路。最后还谈到电话中的“侧音”现象，以及交流电桥如何消除“侧音”。关键字：交流电桥；平衡；消侧音 1 引言上学期做过直流电桥测量电阻的物理实验，现在简单回顾一下直流电桥测量电阻的方法。实验电路如图 1 所示。电桥平衡时，C 与 D 点等势。 ...

基本电路理论课程论文 2006-2007 第一学期谈谈交流电桥及其应用 F0503001 林书栋 5050309027 摘要：直流电桥可以用来进行电阻的测量。本文以直流电桥测电阻为引子，介绍了两种可用于电感测量的交流电桥电路。最后还谈到电话中的“侧音”现象，以及交流电桥如何消除“侧音”。关键字：交流电桥；平衡；消侧音 1 引言上学期做过直流电桥测量电阻的物理实验，现在简单回顾一下直流电桥测量电阻的方法。实验电路如图 1 所示。电桥平衡时，C 与 D 点等势。 AC AD CB DBU U , U U= = (0.1) 3R2R xR1R 3I2I xI1IA BC D mV 图1所以 (0.2) 1 1 2 2 X X 3 3I R I R , I R I R= = 同时 (0.3) 1 X 2I I , I I= = 3 由(0.4)、(0.5)得 1 1 3 2 X X 3 2 RR R =R R ,R R R = (0.6) 可以通过支流电桥的方法进行电阻的测量。同样利用电桥平衡的思想，我们也可以搭建交流电桥。从而求得电路中某条支路的阻抗，从而得到相应的电感或者电容值。 2 交流电桥的平衡条件如图 2 所示，当电桥达到平衡时满足： 1 1 3 3 2 2 4 4I Z I Z , I Z I Z= =& & & & (0.7) AC V 4Z3Z 2Z1Z 0I& 4I&3I & 2I&1I&A BC D 图2 所以 (0.8) 1 2 3I I , I I= =& & & &4 i 解得 (0.9) 1 4 2 3Z Z Z Z= 又，Ri iZ R +jX= i 表示该元件的纯电阻值，Xi表示该元件的电抗。由此，只要知道其中三个阻抗就可以把剩下的一个阻抗求出来。再已知电源频率的时候就可以把元件的电容或者电感值算出来了。这但是应该注意到，要使设计的电路达到平衡，交流电桥必须按一定的方式配置桥臂的阻抗，如果任意选 1 基本电路理论课程论文 2006-2007 第一学期用四个不同性质的阻抗来组成交流电桥，则不一定能调节电桥平衡，因为，在交流电中阻抗元件的电学量还存在相位差。 3 交流电桥测量电感理想的电感是没有损耗电阻的，而实际应用中的电感可看作是理想电感 L 和一损耗电阻 r 组成。因此，在桥路中，可调标准电感还要接上可调标准电阻。（1）测量电感的基本交流电桥如图 2所示是利用可变标准电感器测量电感的原理图。为待测电感，为其损耗电阻，、为高频可调标准电阻；为标准电感器，为其损耗电阻；为可调标准电阻。 xL Lr 3R 4R 0L 0lr 0R AC V xL Lr 0L0Lr 0R 3R 4R 图3 桥臂阻抗为 1 LZ xr j Lω= + 0 (0.10) Z 02 0 L R r j Lω= + + 3 3 4 4, (0.11) Z R Z R= = Z Z= (0.12) 根据电桥平衡条件Z Z (0.13) 1 4 2 3 则有 ( ) 0 4 3 0 4 3 , 0 L R RLrR R Rr xLL =+= (0.14) 由此可见，反复仔细调节标准电感器和可调标准电阻 ,即可精确测得待测电感 Lx 以及其损耗电阻。必要时还可调节高频可调标准电阻。 0L 0R Lr 43 ,RR 下面介绍一种更加常用的测量电路。（2）麦克斯韦-维恩电桥测量电感最常用的交流电桥是麦克斯韦-维恩电桥（Maxwell-Wien bridge）。如图 3 所示。桥臂阻抗为 AC V xL Lr 3R 0R 2R 0C 图4 1 ,L x 2 2Z r j L Z Rω= + = (0.15) 0 3 3 4 0 0 , 1 RZ R Z j C Rω= = + (0.16) 平衡时有 2 基本电路理论课程论文 2006-2007 第一学期 ( ) 0 3 2 0 01 L x Rr j L R R j C R ω ω+ =+ (0.17) 由此得到测量待测电感 Lx 和其损耗电阻的计算公式： Lr 3 2 3 2 0 0 ,x L R RL R R C r R = = ， (0.18) 其中为独立变量，反复调节可以使电桥很快达到平衡。 00 ,CR 4 交流电桥的应用大家打电话的时候可能会注意到，对着话筒说话的时候，可以从听筒当中听到自己的声音。这种现象就叫做侧音现象。侧音太大有以下的缺点： 1、说话者感觉不舒服，以为送出去的声音也大，不由自主地降低说话的音量，使对方听到的声音变小。 2、减弱耳朵的灵敏度，尤其是听从远方传来的微弱话音。 3、室内的噪音进入话筒后，也可以在受话器中与话音混在一起，降低通话的清晰度。为此，我们就要尽可能的消除侧音，下面看一个简单的消侧音电路，如图 5 所示。假设线路阻抗是固定的，且只考虑简单的纯电阻情况，耦合线圈是给定的，都为 L。 1R R L L 话筒听筒图5 线路阻抗平衡阻抗 1I& 2I& 如果 1 1R R , I I≠ ≠& &则 2 由，得LIΦ = 1 2Φ ≠ Φ 因此合磁通量 1 2 0Φ = Φ −Φ ≠ 即：在听筒处可以听到话筒传来的声音。经过以上分析，可知要想使得听筒处没有话筒处传来的声音，只要调节 R，使得即可使，从而达到消除侧音的效果。 1 1R =R ,I =I& &2 0Φ = 参考文献 1. 《大学物理实验》上海交通大学物理实验中心 2. 《交流电桥测电感》大连理工大学机械工程学院仇志华 3. 北京邮电大学物理实验中心网站《交流电桥及其应用》 http://physlab.sci.bupt.cn/yxxt/sheji/jiaoliudq/jldq.htm 3

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