Wienin silta

Wienin silta: Sovellukset ja haasteet

Wienin silta on tärkeä komponentti vaihtovirtapiireissä, jota pääasiassa käytetään tuntemattomien taajuuksien mittaamiseen. Se on kykenevä mittaamaan taajuudet välillä 100 Hz - 100 kHz, tarkkuudella, joka yleensä on 0,1% - 0,5%. Taajuuden mittaamisen lisäksi tämä silta löytää monipuolisia sovelluksia. Sitä käytetään kapasitanssin mittaamiseen, se toimii harmonisessa vääristymäanalysoijassa keskeisenä osana ja on olennainen osa korkeataajuus (HF) -oskillaattoreissa.

Yksi Wienin sillan määrittävistä ominaisuuksista on sen herkkyyys taajuudelle. Tämä taajuusherkkyys, vaikka hyödyllinen sen tarkoitettujen mittauskäyttötarkoituksille, aiheuttaa myös merkittävän haasteen. Siltaa tasapainottaminen voi olla monimutkainen tehtävä. Tähän vaikeuteen vaikuttaa merkittävästi syöttöjänniten luonne. Käytännön tilanteissa syöttöjännite on harvoin puhtaasti sinimuotoista; sen sijaan se usein sisältää harmoniset. Nämä harmoniset voivat häiritä Wienin sillan tasapainotilaa, mikä johtaa epätarkoihin mittoihin tai estää sillan saavuttamasta tasapainoa kokonaan.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi siltaan on integroitu suodatin. Tämä suodatin on kytketty sarjaan nolladetektorin kanssa. Suodattamalla pois ei-toivottuja harmonisoita syöttösignaalista, suodatin auttaa varmistamaan, että jännite, joka saavuttaa sillan, lähenee enemmän puhtaasti sinimuotoista aaltoa. Tämä puolestaan helpottaa vakauden tasapainopisteen saavuttamista ja parantaa Wienin sillan avulla suoritettujen mittojen yleistä tarkkuutta ja luotettavuutta.

Sillan tasapainotilan analyysi

Kun silta saavuttaa tasapainotilan, solmun B ja C sähköinen potentiaali tulee yhtä suureksi, eli V1 = V2 ja V3 = V4. Jännite V3, joka ilmaistaan V3 = I1 R3, ja V4 (missä V4 = I2 R4) eivät vain ole samanlaisia suuruudeltaan, vaan myös samassa vaiheessa, mikä johtaa niiden aaltojen täydelliseen päällekkäisyyteen. Lisäksi virta I1, joka kulkee BD-kiipeessä, virta I2, joka kulkee R4:n kautta, sekä jännite-virtasuhteet I1 R3 ja I2 R4, kaikki näyttävät vaiheessa olevia ominaisuuksia.

Kiipeen AC yli tapahtuva kokonaisjännitetappio koostuu kahdesta komponentista: jännitetappiosta I2 R2 vastuksen R2 yli ja kapasitiivisesta jännitetappiosta I2/ ωC2 kapasiteetin C2 yli. Tasapainotilassa jännitteet V1 ja V2 vastaavat tarkasti molemmilta suuruudeltaan että vaiheeltaan.

Jännitteen V1 vaihe alustaa jännitetappiolle IR R1 kiipeen R1 yli, mikä viittaa siihen, että vastus R1 on samassa vaiheessa kuin V1. Vektorien V1 ja V3 tai V2 ja V4 summa antaa tuloksen syöttöjännitteelle, heijastellen sähköistä tasapainoa sillapiirissä.

Tasapainotilassa,

Reaaliosan vertailussa,

Imaginääriosan vertailussa,

Sijoittamalla arvo ω = 2πf,

Vastusten R1 ja R2 liukukytkimet ovat mekaanisesti yhdistetty toisiinsa, joten R1 = R2 voidaan saavuttaa.