Qué es el Puente de Maxwells : Circuito, Diagrama de Fases y Aplicaciones

Los circuitos que se utilizan para calcular la resistencia, la inductancia, la capacitancia, la frecuencia y la inductancia mutua desconocidas se llaman puentes de CA. Estos circuitos funcionan con una señal de tensión alterna. Estos puentes funcionan según el principio de la relación de equilibrio de impedancias que se obtiene mediante el detector de nulos y produce resultados precisos. En algunos circuitos, se puede utilizar un amplificador de CA en lugar del detector de nulos. Las ecuaciones de equilibrio obtenidas del circuito pueden utilizarse para determinar la resistencia, la capacitancia y la inductancia desconocidas, y también son independientes de la frecuencia. Los puentes de corriente alterna se utilizan en sistemas de comunicación, circuitos eléctricos y electrónicos complejos y muchos más. Hay diferentes tipos de puentes de CA que se utilizan en los circuitos electrónicos. Son el puente Maxwells, el puente Maxwells Wein, el puente Anderson, el puente Hay, el puente Owen, el puente De Sauty, el puente Schering y el puente en serie Wein.


Definición de puente Maxwells

El puente de Maxwell, también conocido como puente de Wein de Maxwell o forma modificada del puente de Wheatstone o puente de capacitancia de inductancia de Maxwell, consta de cuatro brazos utilizados para medir inductancias desconocidas en términos de capacitancias y resistencias calibradas. Se puede utilizar para medir el valor de una inductancia desconocida y compararlo con el valor estándar. Funciona según el principio de comparación de los valores de inductancia conocidos y desconocidos.

Utiliza el método de desviación nula para calcular la inductancia con una resistencia y un condensador calibrados en paralelo. Se dice que el circuito del puente de Maxwell está en resonancia si el ángulo de fase positivo de una impedancia inductiva se compensa con el ángulo de fase negativo de la impedancia capacitiva (conectada en el brazo opuesto). Por lo tanto, no habrá corriente que fluya por el circuito y no habrá potencial a través del detector nulo.

Fórmula del puente de Maxwells

Si el puente de maxwell está en condiciones de equilibrio, la inductancia desconocida puede medirse utilizando un condensador estándar variable. La fórmula del puente de Maxwell es la siguiente (en términos de inductancia, resistencia y capacitancia)

R1 = R2r3/R4

L1= R2R3C4

El factor de calidad del circuito del puente de Maxwell viene dado por

Q = ωL1/R1 = ωC4R4

Circuito de puente Maxwells

El circuito de puente de Maxwell consta de 4 brazos conectados en forma de cuadrado o rombo. En este circuito, dos brazos contienen una sola resistencia, otro brazo contiene una resistencia y un inductor en combinación en serie, y el último brazo contiene una resistencia y un condensador en combinación en paralelo. A continuación se muestra el circuito básico del puente de Maxwell.

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Circuito de puente de Maxwell

Una fuente de tensión alterna y un detector de nulos se conectan en diagonal al circuito de puente para medir el valor de la inductancia desconocida y compararlo con los valores conocidos.

Ecuación del puente de Maxwells

Del circuito, AB, BC, CD y DA son los 4 brazos conectados en forma de rombo.

AB y CD son las resistencias R2 y R3,

BC es una combinación en serie de resistencia e inductor dada como Rx y Lx.

DA es una combinación en paralelo de resistencia y condensador dados como R1 y C1

Considera que Z1, Z2, Z3 y ZX son las impedancias de los 4 brazos del circuito puente. Los valores de estas impedancias son los siguientes

Z1 = (R1+jwL1) [ since Z1=R1+1/jwC1 ]

Z2 = R2

Z3=R3

ZX= (R4+jwLX)

O

Z1= R1 en paralelo con C1 es decir, Y1=1/Z1

Y1 = 1/R1 + j ωC1

Z2=R2

Z3=R3

Zx=Rx en serie con Lx =Rx+jωLx

Toma la ecuación de equilibrio de un circuito básico de puente de corriente alterna como sigue

Z1Zx=Z2Z3

Zx=Z2Z3/Z1

Sustituye los valores de las impedancias del circuito del puente de Maxwell en la ecuación de equilibrio anterior. Entonces,

Rx+jωLx = R2R3 ((1/R1)+jωC1)

Rx+jωLx = R2R3/R1+ jωC1R2R3

Ahora iguala los términos reales e imaginarios de las dos ecuaciones anteriores,

Rx = R2R3/R1 y Lx =C1R2R3

Q = ωLx/Rx = ωC1R2R3x R1/R2R3 = ωC1R

Donde Q = factor de calidad del circuito en puente

Rx= resistencia desconocida

Lx= inductancia desconocida

R2 y R3 = resistencias no inductivas conocidas

C1 = condensador conectado en paralelo a la resistencia variable R1

Diagrama de fasores

El puente de Maxwell se utiliza para medir la inductancia desconocida del circuito utilizando resistencias y condensadores calibrados. Este circuito puente compara el valor de la inductancia conocida con un valor estándar Diagrama fasorial del puente de Maxwell en la condición de equilibrio se muestra a continuación.

Diagrama de fasores
Diagrama de fasores

Se dice que el circuito del puente de Maxwell está equilibrado si los desplazamientos de fase de los inductores y condensadores son opuestos entre sí. Esto significa que la impedancia capacitiva y la impedancia inductiva están colocadas de forma opuesta en el circuito puente. La corriente I3 e I4 están en fase con I1 e I2. Al variar las impedancias del circuito puente, la corriente puede ir por detrás de la señal de tensión alterna aplicada.

Los errores de medición pueden eliminarse debido a la inductancia mutua entre los dos indicadores. Ya que pueden producirse errores importantes debido al acoplamiento entre las bobinas del circuito. Para conseguir la condición de equilibrio del circuito, el condensador variable y la resistencia se conectan en paralelo. Las inductancias medidas en condición de equilibrio son independientes de las frecuencias.

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Tipos de puente Maxwells

Los diferentes tipos de puentes son

Puente de inductancia Maxwells

Este tipo de circuito puente se utiliza para medir el valor de inductancia desconocido del circuito comparándolo con un valor estándar de autoinductancia. Dos brazos del circuito puente conocen las resistencias no inductivas, otro brazo contiene la inductancia variable con una resistencia fija en serie, y otro brazo contiene la inductancia desconocida en serie con una resistencia. La fuente de tensión alterna y un detector de nulos están conectados a través de las uniones del circuito. El diagrama del circuito se muestra a continuación.

Puente de inductancia de Maxwell
Puente de inductancia de Maxwell

En la condición de equilibrio, la fórmula del circuito de inductancia de Maxwell viene dada por

Donde L1= Inductancia desconocida con una resistencia R1

R2 y R3 son las resistencias no inductivas

L2 es la inductancia variable con una resistencia fija r2

R2 es la resistencia variable en serie con L2

Puente de inductancia y capacitancia de Maxwells

Este tipo de circuito en puente se utiliza para medir un valor de inductancia desconocido comparándolo con un condensador estándar variable. La señal de tensión alterna y un detector de nulos se conectan en las uniones.

Puente de inductancia y capacitancia
Puente de inductancia y capacitancia

A partir del circuito, podemos observar que

Un brazo contiene el condensador estándar variable C1 en paralelo con una resistencia variable no inductiva R1

Los otros dos brazos contienen resistencias no inductivas conocidas R2 y R3

Otro brazo contiene una inductancia desconocida Lx con una resistencia Rx en serie cuyo valor debe medirse y compararse con un valor conocido.

La expresión de la capacitancia de la inductancia de Maxwell viene dada como, ( en condición de equilibrio

Q = factor de calidad del circuito del puente de Maxwell

Ventajas de los puentes de Maxwells

Las ventajas son

  • En la condición de equilibrio, el circuito de puente es independiente de la frecuencia
  • Sirve para medir una amplia gama de valores de inductancia en la frecuencia de audio y potencia
  • Para medir directamente el valor de la inductancia, se utiliza la escala de la resistencia calibrada.
  • Se utiliza para medir la gama alta de inductancias y se compara con un valor estándar.

Desventajas del puente de Maxwells

Las desventajas son

  • El condensador fijo en el circuito de puente de Maxwell puede crear una interacción entre el equilibrio de la resistencia y la reactancia.
  • No es adecuado para medir un rango elevado de factor de calidad (valores Q >=10)
  • El condensador estándar variable utilizado en el circuito es muy costoso.
  • No se utiliza para medir el factor de baja calidad (valor Q) debido a la condición de equilibrio del circuito. Por eso se utiliza para bobinas de calidad media.
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Aplicaciones del puente de Maxwells

Las aplicaciones son

  • Se utiliza en sistemas de comunicación
  • Utilizado en circuitos electrónicos
  • Utilizado en circuitos de potencia y audiofrecuencia
  • Se utiliza para medir valores de inductancia desconocidos del circuito y compararlos con un valor estándar.
  • Se utiliza para medir bobinas de calidad media.
  • Se utiliza en circuitos de filtros, instrumentación, circuitos lineales y no lineales
  • Se utiliza en los circuitos de conversión de energía.

Preguntas frecuentes

1). ¿Qué son los puentes de CA y CC?

Los puentes de CA y CC se utilizan para medir componentes desconocidos como la inductancia, la capacitancia y la resistencia. O para medir impedancias desconocidas del circuito.

Los distintos tipos de puentes de corriente alterna son el puente de Maxwell, el puente de Wien de Maxwell, el puente de Anderson, el puente de Hay, el puente de Owen, el puente de De Sauty, el puente de Schering y el puente en serie de Wein.

Los puentes de corriente continua se utilizan para medir una resistencia desconocida en el circuito del puente. Los distintos tipos de puentes de CC son el puente de Wheatstone, el puente de Kelvin y el puente de galgas extensométricas.

2). ¿Qué puente es sensible a la frecuencia?

El puente de Wien es sensible a la frecuencia.

3). ¿Cuál es la finalidad de un circuito puente?

La finalidad del circuito puente es rectificar la corriente eléctrica en la fuente de alimentación y medir la impedancia desconocida del circuito y compararla con un valor conocido.

4). ¿Cuál es la fórmula de la autoinductancia?

Cuando se conoce el flujo, la fórmula de la autoinductancia viene dada por

L = NΦm/I.

Donde ‘L’ es la autoinductancia en la escala de Henry

‘Φm’ es el flujo magnético en la bobina

n’ es el número de espiras

i’ es la corriente que circula por la bobina en amperios.

5). ¿Qué son los osciladores RC y LC?

El oscilador LC utiliza el circuito tanque inductor-capacitor y es un tipo de oscilador de retroalimentación positiva para producir oscilaciones sostenidas.

El oscilador lineal que utiliza resistencias y condensadores para formar la red RC con realimentación positiva se llama oscilador RC. También se conoce como oscilador sinusoidal.

Esto es todo una visión general del puente de Maxwell definición del circuito, tipos, fórmula, ecuación, tipos, aplicaciones, ventajas e inconvenientes. He aquí una pregunta para ti: «¿cuáles son los otros tipos de circuitos de puente?»

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