Мост на Уиен

Мост на Уин: Приложения и предизвикателства

Мостът на Уин е ключов компонент в чертежите с променящо се напрежение (AC), основно използван за определяне стойността на неизвестни честоти. Той може да измерва честоти в диапазона от 100 Hz до 100 kHz, с ниво на точност обикновено между 0.1% и 0.5%. Освен функцията си за измерване на честоти, този мост има различни приложения. Използва се за измерване на капацитет, служи като ключов елемент в анализатори на хармонично искажение и е интегриран в генератори на високи честоти (HF).

Една от отличителните характеристики на моста на Уин е чувствителността му към честотата. Тази чувствителност към честотата, макар и полезна за целите на измерването, представя и значително предизвикателство. Постигането на точката на баланс на моста може да бъде сложна задача. Един от главните фактори, допринасящи за това затруднение, е природата на входното напрежение. В практически сценарии, входното напрежение рядко е чисто синусоидален сигнал; вместо това често съдържа хармоники. Тези хармоники могат да разстрои условието за баланс на моста на Уин, водейки до неточни измервания или дори предотвратявайки моста от достигане на равновесие.

За справяне с този проблем, филтър се инкорпорира в схемата на моста. Този филтър е свързан в поредица с детектора на нулево напрежение. Филтрирайки нежеланите хармоники от входния сигнал, филтърът помага за осигуряване, че напрежението, достигащо до моста, по-близко приближава чисто синусоидален сигнал. Това, от своя страна, облекчава постигането на стабилна точка на баланс и подобрява общата точност и надеждност на измерванията, извършвани с моста на Уин.

Анализ на условията за баланс на моста

Когато мостът достигне състояние на баланс, електрическият потенциал във възли B и C става равен, тоест V1 = V2 и V3 = V4. Напругата V3, изразена като V3 = I1 R3, и V4 (където V4 = I2 R4) не само имат еднаква големина, но и еднакъв фазов ъгъл, което води до перфектно наслаяване на техните сигнали. Освен това, токът I1, протичащ през ръка BD, токът I2, минаващ през R4, както и отношенията на напрежение-ток I1 R3 и I2 R4, всички показват в-фазови характеристики.

Общият падане на напрежението през ръка AC е сбор от две компоненти: падане на напрежението I2 R2 през съпротивлението R2 и капацитивното падане на напрежението I2/ ωC2 през капацитета C2. В състояние на баланс на моста, напреженията V1 и V2 съвпадат точно както по големина, така и по фазов ъгъл.

Фазата на напрежението V1 съвпада с падането на напрежението IR R1 през ръка R1, което показва, че съпротивлението R1 е в една и съща фаза като V1. Фазорното добавяне на V1 и V3 или V2 и V4 дава резултантното входно напрежение, отразявайки електрическото равновесие в схемата на моста.

В състояние на баланс,

При равняване на реалната част,

При сравняване на имагинерната част,

Чрез заместване на стойността на ω = 2πf,

Ползата на съпротивленията R1 и R2 механично са свързани един с друг, така че R1 = R2.