1 of 14

บทที่ 11

วงจรบริดจ์

2 of 14

สาระการเรียนรู้

  • 1. วีตสโตนบริดจ์
  • 2. วงจรบริดจ์สมดุล
  • 3. วงจรบริดจ์ไม่สมดุล
  • 4. บทสรุป

3 of 14

1.วีตสโตนบริดจ์

วงจรบริดจ์ (Bridge Circuit)

เป็นวงจรที่ประกอบด้วยตัวต้านทาน 4 ตัว

ประกอบวงจรร่วมกัน 4 ด้าน ใช้ทำหน้าที่

ปรับเปรียบเทียบค่า เพื่อวัดค่าปริมาณไฟฟ้า

ที่ไม่ทราบค่าในวงจร เทียบกับค่าอ้างอิงมาตรฐานร่วมกับเครื่องวัดแสดงค่าการวัดออกมา วงจรบริดจ์ไฟตรงที่นิยมใช้งาน ได้แก่

วีตสโตนบริดจ์ (Wheatstone Bridge) ถูกพัฒนามาใช้งานโดย

ท่านเซอร์ ชาลส์ วีทสโตน (Sir Charles Wheatstone)

4 of 14

วีตสโตนบริดจ์ เป็นวงจรบริดจ์ไฟตรง

ที่สร้างขึ้นมาเพื่อวัดค่าความต้านทานที่ไม่ทราบ

ค่าประกอบร่วมในวงจรบริดจ์โดยการเปรียบเทียบ

กับความต้านทานมาตรฐานที่ปรับเปลี่ยนค่าได้

ใช้กัลป์วานอมิเตอร์เป็นตัวแสดงค่าความสมดุล

ของวงจรบริดจ์และใช้ตัวต้านทานมาตรฐานทราบค่าที่มีสัดส่วนพอเหมาะต่อประกอบร่วมในด้านที่เหลืออีก 2 ด้าน เพื่อทำให้วงจรบริดจ์เกิดความสมดุลได้

5 of 14

จากรูปแสดงวงจรวีตสโตนบริดจ์เบื้องต้น วงจรประกอบด้วยตัวต้านทาน R1, R2, R3, RX, กัลวานอมิเตอร์ G และแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้า ET ตัว R1, R2 เป็นความต้านทานมาตรฐานทราบค่ามีค่าคงที่ จัดสัดส่วนค่าความต้านทานทั้งสองตัวให้สัมพันธ์กัน เช่น 100 Ω, 1 kΩ, 10 kΩ และ 100 kΩ เป็นต้น

ตัว R3 เป็นความต้านทานมาตรฐานทราบค่าปรับเปลี่ยนค่าได้ ใช้ปรับความสมดุลของวงจรบริดจ์ และตัว RX เป็นความต้านทานไม่ทราบค่าที่ต้องการหาค่า กัลวานอมิเตอร์ G เป็นตัวแสดงความสมดุลของวงจรบริดจ์

การใช้วงจรวีตสโตนบริดจ์หาค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่า จะหาค่าได้ต้องเป็นสภาวะบริดจ์สมดุลเท่านั้น ในสภาวะบริดจ์สมดุลสังเกตได้จากกัลวานอมิเตอร์ G จะแสดงค่า 0 ออกมา คือไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน (IG = 0) หรือกล่าวได้ว่า ศักย์ไฟฟ้าที่จุด B เท่ากับศักย์ไฟฟ้าที่จุด D ทำให้กระแสไฟฟ้า I1 – I2 มีค่าเท่ากับกระแสไฟฟ้า IX – I3

6 of 14

กรณีที่วงจรวีตสโตนบริดจ์ไม่สมดุล กัลวานอมิเตอร์ G มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เกิดการแสดงค่าออกมาไม่เป็นค่า 0 (IG ≠ 0) ทำให้ค่ากระแสไฟฟ้า I1 – I2 ไม่เท่ากับกระแสไฟฟ้า IX – I3 นั่นคือศักย์ไฟฟ้าที่จุด B ไม่เท่ากับศักย์ไฟฟ้าที่จุด D ถ้าศักย์ไฟฟ้าที่จุด B สูงกว่าศักย์ไฟฟ้าที่จุด D เกิดกระแสไฟฟ้า IG ไหลจากจุด B ไปจุด D กัลวานอมิเตอร์ G แสดงค่าไปทิศทางหนึ่ง และถ้าศักย์ไฟฟ้าที่จุด D สูงกว่าศักย์ไฟฟ้าที่จุด B เกิดกระแสไฟฟ้า IG ไหลจากจุด D ไปจุด B กัลวานอมิเตอร์ G แสดงค่าไปอีกทิศทางหนึ่ง

การวิเคราะห์การทำงานของวงจรบริดจ์ สามารถทำได้ใน 2 ลักษณะ คือ

วงจรบริดจ์สมดุล (Balance Bridge Circuit)

วงจรบริดจ์ไม่สมดุล (Unbalance Bridge Circuit)

7 of 14

2.วงจรบริดจ์สมดุล

วงจรบริดจ์สมดุล

เป็นวงจรวีตสโตนบริดจ์ที่ทำงานในสภาวะสมดุล คือ ไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านกัลวานอมิเตอร์ G (IG = 0) ลักษณะวงจรบริดจ์สมดุล แสดงดังรูป

8 of 14

จากรูปแสดงวงจรบริดจ์สมดุล ในขณะที่วงจรบริดจ์สมดุลไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านกัลวานอมิเตอร์ G (IG = 0) เป็นผลให้ศักย์ไฟฟ้าที่จุด B เท่ากับศักย์ไฟฟ้าที่จุด D จึงเสมือนว่ากัลวานอมิเตอร์ G ถูกตัดออกจากวงจร ทำให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R1 เท่ากับกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R2 มีค่ากระแส I1 และกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R4 เท่ากับกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน R3 มีค่า กระแส I2

ผลจากวงจรบริดจ์สมดุล จะได้แรงดันไฟฟ้าตกคร่อม R1 เท่ากับแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม R4 และแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม R2 เท่ากับแรงดันไฟฟ้าตกคร่อม R3 เขียนออกมาเป็นสมการได้ดังนี้

VAB = VAD

หรือ I1R1 = I2R4

และ VBC = VDC

หรือ I1R2 = I2R3

9 of 14

นำสมการที่ (1) หารด้วย (2) จะได้

ตำแหน่งการต่อแหล่งจ่ายดันไฟฟ้า ET และกัลวานอมิเตอร์ G เข้าวงจร สามารถสลับตำแหน่งกันได้ เมื่อปรับบริดจ์สมดุล สมการวงจรบริดจ์ยังคงเดิมไม่เปลี่ยนแปลง

10 of 14

3.วงจรบริดจ์ไม่สมดุล

วงจรบริดจ์ไม่สมดุล

เป็นวงจรวีตสโตนบริดจ์ที่ทำงานในสภาวะไม่สมดุล คือ มีกระแส ไฟฟ้าไหลผ่านกัลวานอมิเตอร์ G (IG ≠ 0) ทำให้ศักย์ไฟฟ้าจ่ายให้กัลวานอมิเตอร์ G ทั้ง 2 ด้านไม่เท่ากัน เกิดกระแสไฟฟ้าไหลผ่านตัวต้านทานทั้ง 4 ด้านของวงจรบริดจ์ไม่เท่ากัน ลักษณะวงจรบริดจ์ไม่สมดุล แสดงดังรูป

11 of 14

จากรูป แสดงวงจรบริดจ์ไม่สมดุล มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านกัลวานอมิเตอร์ G เมื่อศักย์ไฟฟ้าที่จุด B สูงกว่าศักย์ไฟฟ้าที่จุด D มีกระแสไฟฟ้า I1 – I2 ไหลมากกว่ากระแสไฟฟ้า I4 – I3 หรือเมื่อศักย์ไฟฟ้าที่จุด D สูงกว่าศักย์ไฟฟ้า ที่จุด B มีกระแสไฟฟ้า I4 – I3 ไหลมากกว่ากระแสไฟฟ้า I1 – I2 กัลวานอมิเตอร์ G แสดงค่ากระแสไฟฟ้าออกมาได้ดังนี้

เมื่อศักย์ไฟฟ้าจุด B สูงกว่าจุด D IG1 = (I1 – I2) – (I4 – I3)

เมื่อศักย์ไฟฟ้าจุด D สูงกว่าจุด B IG2 = (I4 – I3) – (I1 – I2)

การที่วงจรบริดจ์ไม่สมดุล ค่าความต้านทานภายในตัวกัลวานอมิเตอร์ G (RG) มีผลต่อการทำงานของวงจรบริดจ์ การหาค่าปริมาณไฟฟ้าต่างๆ จำเป็นต้องใช้กฎของโอห์ม กฎของเคอร์ชอฟฟ์ และการแปลงวงจรเดลตา () หรือวงจรสตาร์ (Y) เข้ามาช่วยแก้ปัญหา

12 of 14

การแก้ ปัญหาวงจรบริดจ์ไม่สมดุล แสดงดังรูป

จากรูปแสดงการแปลงวงจรเดลตา เป็นวงจรสตาร์ในวงจรบริดจ์ไม่สมดุล

ในส่วน R1, R4 และ RG เป็น RX, RY และ RZ ทำให้การคำนวณหาค่าต่างๆ โดยใช้กฎของโอห์ม หรือใช้กฎการคำนวณวิธีต่างๆ ทำได้ง่ายขึ้น

13 of 14

4.บทสรุป

วีตสโตนบริดจ์ เป็นวงจรบริดจ์ไฟตรง

ที่สร้างขึ้นมาเพื่อวัดค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่าประกอบร่วมในวงจรบริดจ์ โดยการเปรียบเทียบกับความต้านทานมาตรฐานที่ปรับเปลี่ยนค่าได้ ใช้กัลวานอมิเตอร์เป็นตัวแสดงค่าความสมดุลของวงจรบริดจ์ และใช้ตัวต้านทานมาตรฐานทราบค่าที่มีสัดส่วนพอเหมาะต่อประกอบร่วมในด้านที่เหลืออีก 2 ด้าน เพื่อทำให้วงจรบริดจ์เกิดความสมดุลได้

14 of 14

การใช้วงจรวีตสโตนบริดจ์หาค่าความต้านทานที่ไม่ทราบค่า

จะหาค่าได้ต้องเป็นสภาวะบริดจ์สมดุลเท่านั้น

กรณีที่วงจรวีตสโตนบริดจ์ไม่สมดุล

กัลวานอมิเตอร์ G มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่าน เกิดการแสดงค่าออกมาไม่เป็นค่า 0

การหาค่าปริมาณไฟฟ้าต่างๆ

ต้องใช้กฎของโอห์ม กฎของเคอร์ชอฟฟ์ และการแปลงวงจรเดลตา หรือวงจรสตาร์

การวิเคราะห์การทำงานของวงจรบริดจ์ สามารถทำได้ใน 2 ลักษณะ คือ 1. วงจรบริดจ์สมดุล 2.วงจรบริดจ์ไม่สมดุล