Wien se Brug

Wien's Bridge: Toepassings en Uitdagings

Wien's bridge is 'n belangrike komponent in AC-sirkels, hoofsaaklik gebruik om die waarde van onbekende frekwensies te bepaal. Dit kan frekwensies binne die reeks van 100 Hz tot 100 kHz meet, met 'n akkuraatheid wat tipies tussen 0.1% en 0.5% lê. Oor die frekwensie-meetfunksie hou dit ook verskeie toepassings. Dit word gebruik vir kapasiteitsmeting, dien as 'n sleutelkomponent in harmoniese distorsie-analiseurs, en is integraal deel van hoëfrekwensie (HF) osilleerders.

Een van die kenmerkende eienskappe van Wien's bridge is sy sensitiefheid vir frekwensie. Hierdie frekwensie-sensitiefheid, alhoewel nuttig vir sy bedoelde meetdoeleindes, bied ook 'n beduidende uitdaging. Die bereiking van die balanspunt van die brug kan 'n komplekse taak wees. 'n Groot bydraende faktor tot hierdie moeilikheid is die aard van die invoerspanning. In praktiese situasies is die invoerspanning selde 'n suiwer sinusvormige golf; eerder bevat dit dikwels harmoniese. Hierdie harmoniese kan die balansstoestand van die Wien's bridge versteur, wat lei tot onakkurate meetresultate of verhinder dat die brug balans bereik.

Om hierdie probleem aan te spreek, word 'n filter in die brugkring geïnkorporeer. Hierdie filter word in reeks met die nuldetektor verbonden. Deur ongewense harmoniese uit die insetteken te fiter, help die filter om te verseker dat die spanning wat die brug bereik, meer na 'n suiwer sinusvormige golf benader. Dit, op sy beurt, bevorder die bereiking van 'n stabiele balanspunt en verbeter die algehele akkuraatheid en betroubaarheid van die meetresultate wat met die Wien's bridge verkry word.

Analise van die Balansstoestand van die Brug

Wanneer die brug 'n gebalanceerde toestand bereik, word die elektriese potensiaal by knope B en C gelyk, dit wil sê, V1 = V2 en V3 = V4. Die spanning V3, wat uitgedruk word as V3 = I1 R3, en V4 (waar V4 = I2 R4) het nie net dieselfde grootte nie, maar ook dieselfde fase, wat lei tot hul golwe wat perfek oor mekaar val. Verder vertoon die stroom I1 wat deur die arm BD vloei, die stroom I2 wat deur R4 vloei, sowel as die spanning-stroom-verhoudings I1 R3 en I2 R4, allemaal in-fase kenmerke.

Die totale spanningval oor die arm AC is die agregat van twee komponente: die spanningval I2 R2 oor die weerstand R2 en die kapasitiewe spanningval I2/ ωC2 oor die kapasiteit C2. In die gebalanceerde toestand van die brug, pas die spannings V1 en V2 presies in beide grootte en fase.

Die fase van spanning V1 val saam met die spanningval IR R1 oor die arm R1, wat dui dat die weerstand R1 in dieselfde fase as V1 is. Die fasor-toevoeging van óf V1 en V3 óf V2 en V4 lewer die resultante inspanning, wat die elektriese ewewig binne die brugkring weerspieël.

By die balansstoestand,

Deur die werklike deel te vergelyk,

Deur die denkbeeldige deel te vergelyk,

Deur die waarde van ω = 2πf te vervang,

Die skyf van die weerstand R1 en R2 is meganies aan mekaar gekoppel. So dat, R1 = R2 verkry word.