Pont de Wien
Pont de Wien: Aplicacions i reptes
El pont de Wien és un component crucial en circuits AC, principalment utilitzat per determinar el valor de freqüències desconegudes. És capaç de mesurar freqüències dins del rang de 100 Hz a 100 kHz, amb un nivell de precisió que normalment es troba entre l'0,1% i l'0,5%. Més enllà de la seva funció de mesura de freqüència, aquest pont troba diverses aplicacions. S'utilitza en la mesura de capacitance, serveix com a element clau en analitzadors de distorsió harmònica i és integral a oscil·ladors de alta freqüència (HF).
Una de les característiques definidòries del pont de Wien és la seva sensibilitat a la freqüència. Aquesta sensibilitat a la freqüència, encara que útil per als seus propòsits de mesura, també presenta un repte significatiu. Assolir el punt d'equilibri del pont pot ser una tasca complexa. Un factor important que contribueix a aquesta dificultat és la naturalesa de la tensió d'entrada de l'alimentació. En escenaris pràctics, la tensió d'entrada de l'alimentació rarament és una forma d'ona sinusoidal pura; en comptes, sovint conté harmònics. Aquests harmònics poden interrompre la condició d'equilibri del pont de Wien, conduint a mesures inexactes o impedint que el pont arribi a l'equilibri total.
Per abordar aquest problema, s'incorpora un filtre al circuit del pont. Aquest filtre es connecta en sèrie amb el detector de zero. Filtrant els harmònics no desitjats de la senyal d'entrada, el filtre ajuda a assegurar que la tensió que arriba al pont s'aproximi més a una forma d'ona sinusoidal pura. Això, a la vegada, facilita l'assoliment d'un punt d'equilibri estable i millora la precisió i fiabilitat general de les mesures realitzades amb el pont de Wien.
Anàlisi de la condició d'equilibri del pont
Quan el pont arriba a un estat d'equilibri, el potencial elèctric als nodes B i C esdevé igual, és a dir, V1 = V2 i V3 = V4. La tensió V3, expressada com V3 = I1 R3, i V4 (on V4 = I2 R4) no només tenen la mateixa magnitud sinó també la mateixa fase, resultant en formes d'ona que s'overlapen perfectament. A més, la corrent I1 que flueix a través del braç BD, la corrent I2 que passa a través de R4, així com les relacions tensió-corrent I1 R3 i I2 R4, tots exhibeixen caràcters en fase.
La caiguda total de tensió a través del braç AC és l'agregat de dos components: la caiguda de tensió I2 R2 a través de la resistència R2 i la caiguda de tensió capacitiva I2/ ωC2 a través de la capacitance C2. En la condició d'equilibri del pont, les tensions V1 i V2 coincideixen precisament en magnitud i fase.
La fase de la tensió V1 s'alinia amb la caiguda de tensió IR R1 a través del braç R1, indicant que la resistència R1 està en la mateixa fase que V1. L'addició de fasors de V1 i V3 o V2 i V4 dona la tensió d'alimentació resultant, reflectint l'equilibri elèctric dins del circuit del pont.
En la condició d'equilibri,
En equilibrar la part real,
En comparar la part imaginària,
Substituint el valor de ω = 2πf,
El cursor de la resistència R1 i R2 es connecten mecànicament entre si. Així, s'obté R1 = R2.
