مدار پل نامتعادل (Unbalanced Bridge Circuit)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit) را در آموزش زیر شرح دادیم :
مدار پل نامتعادل (Unbalanced Bridge Circuit) :
مدار پل نامتعادل (Unbalanced Bridge Circuit) حالتی از عملکرد یک پل (مانند پل وتستون) است که در آن پل در شرایط تعادل (ولتاژ خروجی صفر) قرار ندارد، بلکه به طور عمدی در شرایط نامتعادل به کار گرفته می شود تا تغییرات یک کمیت فیزیکی را اندازه گیری کند. در این حالت، ولتاژ خروجی پل (
\[ V_{out} \]) متناسب با تغییرات المان سنسور (که معمولا یکی از بازوهای پل است) خواهد بود. این روش اساس کار بسیاری از سنسورهای مقاومتی است.
اصل کار: فرض کنید در یک پل وتستون، مقاومت
\[ R_x \]یک سنسور مقاومتی (مثلا کرنش سنج) باشد. پل ابتدا در شرایطی که سنسور تحت تأثیر هیچ کمیت فیزیکی (کرنش صفر) نیست، به حالت تعادل تنظیم می شود (با تنظیم یکی از مقاومت های دیگر). در این حالت
\[ V_{out} = 0 \]. حال اگر سنسور تحت تأثیر کرنش قرار گیرد، مقاومت آن به اندازه
\[ \Delta R \]تغییر می کند. این تغییر مقاومت، تعادل پل را برهم زده و یک ولتاژ خروجی غیرصفر (
\[ V_{out} \]) در دو نقطه میانی پل ظاهر می شود. این ولتاژ خروجی (برای تغییرات کوچک مقاومت) تقریبا خطی با
\[ \Delta R \](و در نتیجه با کمیت فیزیکی) متناسب است.
پیکربندی های مختلف:
⭐ یک چهارم پل (Quarter Bridge): تنها یک بازوی پل از سنسور استفاده می کند. بقیه بازوها مقاومت های ثابت هستند.
⭐ نیم پل (Half Bridge): دو بازوی پل سنسور هستند. یکی با تغییر مثبت (
\[ R + \Delta R \]) و دیگری با تغییر منفی (
\[ R - \Delta R \]). این کار باعث دو برابر شدن حساسیت و کاهش اثر دما می شود.
⭐ تمام پل (Full Bridge): هر چهار بازوی پل سنسور هستند (دو تا با تغییر مثبت و دو تا با تغییر منفی). این پیکربندی حداکثر حساسیت و بهترین جبران دما را ارائه می دهد.
روابط: برای یک پل وتستون با مقاومت های برابر در حالت تعادل (
\[ R_1 = R_2 = R_3 = R_4 = R \]) و با تغییر کوچک
\[ \Delta R \]در یک بازو (یک چهارم پل)، ولتاژ خروجی تقریبا برابر است با:
\[ V_{out} \approx V_{in} \cdot \frac{\Delta R}{4R} \]کاربردها:
⭐ کرنش سنج ها (Strain Gauges).
⭐ سنسورهای فشار (Pressure Sensors).
⭐ سنسورهای نیرو و گشتاور (Load Cells).
⭐ شتاب سنج های پیزورزیستیو.
