휘트스톤 브리지란 무엇이며 어떻게 작동하나요?

휘트스톤 브리지는 전기 회로 내 저항 측정 기구로, 두 개의 전압 분배기 사이 전위 차를 이용해 저항 값을 정확히 계산합니다.

휘트스톤 브리지란 무엇이며 어떻게 작동하나요?

휘트스톤 브리지(Wheatstone Bridge)는 19세기 영국의 과학자 찰스 휘트스톤(Charles Wheatstone)에 의해 널리 알려진 전기 회로입니다. 이 회로는 매우 정확하게 저항 값을 측정하는 데 사용됩니다. 휘트스톤 브리지는 네 개의 저항과 하나의 전압 측정기로 구성됩니다.

휘트스톤 브리지의 구성 요소

네 개의 저항 (R₁, R₂, R₃, R₄)

전압 측정기(정류 브리지)

전원 공급 장치

휘트스톤 브리지는 다음과 같은 방식으로 구성됩니다:

R₁과 R₂는 직렬로 연결됩니다.

R₃과 R₄도 직렬로 연결됩니다.

R₁과 R₃의 접점, R₂와 R₄의 접점 사이에 전압 측정기가 연결됩니다.

휘트스톤 브리지의 작동 원리

휘트스톤 브리지의 기본 원리는 브리지가 균형을 이룰 때 두 지점 간의 전위차가 0이 된다는 것입니다. 이때 전압 측정기는 어떠한 전압도 나타내지 않습니다. 브리지가 균형을 이루는 조건은 다음과 같습니다:

\[
\frac{R_1}{R_2} = \frac{R_3}{R_4}
\]

즉, R₁ * R₄ = R₂ * R₃입니다. 이 조건을 이용하여 네 개의 저항 중 하나의 저항 값을 알 수 없는 경우 다른 세 개의 저항 값을 알고 있다면 네 번째 저항 값을 구할 수 있습니다.

예를 들어, R₁, R₂, R₃의 값이 이미 알려져 있을 때, 위의 균형 조건을 이용하여 R₄의 값을 다음과 같이 계산할 수 있습니다:

\[
R_4 = \frac{R_2 * R_3}{R_1}
\]

휘트스톤 브리지의 응용

휘트스톤 브리지는 현재에도 다양한 분야에서 사용되고 있습니다:

정밀 저항 측정

온도 측정기 및 센서(예: RTD와 열전대)의 교정

기계적 변형 측정(스트레인 게이지)

휘트스톤 브리지의 가장 큰 장점은 전압을 매우 민감하게 측정할 수 있어 매우 작은 변화도 감지할 수 있다는 것입니다. 이러한 특징 덕분에 다양한 산업 분야에서 활용되고 있습니다.

요약하자면, 휘트스톤 브리지는 정확하고 신뢰할 수 있는 저항 측정 방법을 제공하는 회로입니다. 네 개의 저항과 전압 측정기를 이용하여 미지의 저항 값을 계산하고, 정밀 측정이 필요한 다양한 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다.