Wien-híd

Wien-híd: Alkalmazások és kihívások

A Wien-híd egy létfontosságú alkotórész az AC áramkörökben, főleg ismeretlen frekvenciák értékének meghatározására. Ezen híd képes 100 Hz és 100 kHz közötti frekvenciák mérésére, 0,1% és 0,5% közötti pontossággal. A frekvencia-mérésen felül ez a híd számos más területen is hasznos, mint például a kapacitancia mérése, a harmonikus torzítás elemzőkben alapvető elemként, valamint magasfrekvenciás (HF) oszcillátorokban.

Az egyik jellemző tulajdonsága a Wien-hídnak a frekvenciatudatos volt. Ez a frekvenciatudatos, bár hasznos a céljára, jelentős kihívást jelent. A híd egyensúlyi pontjának elérése összetett feladat lehet. Az egyik fő ok a beviteli ellátófeszültség természetében rejlik. Gyakorlati esetekben a beviteli ellátófeszültség ritkán tiszta szinuszos hullámforma, hanem gyakran tartalmaz harmonikusokat. Ezek a harmonikusok zavarhatják meg a Wien-híd egyensúlyi állapotát, ami pontos mérést akadályozhat, vagy teljesen megakadályozhatja az egyensúly elérését.

Ehhez a problémához szűrőt építenek be a hídcircuitbe. Ez a szűrő sorosan csatlakoztatódik a null-detektorgyűrűvel. A szűrő segítségével kiszűrik a bejövő jelből a nem kívánt harmonikusokat, így a hídnál érkező feszültség jobban közelít a tiszta szinuszos hullámformához. Ezáltal könnyebb a stabil egyensúlyi pont elérése, és javul a mérések általános pontossága és megbízhatósága a Wien-híddal végzett mérések során.

A híd egyensúlyi állapotának elemzése

Amikor a híd egyensúlyi állapotba kerül, a B és C csomópontok elektromos potenciálja egyenlő lesz, azaz V1 = V2 és V3 = V4. A V3 feszültség, amelyet V3 = I1 R3 formában fejeznek ki, és a V4 (ahol V4 = I2 R4) nem csak ugyanolyan nagyságú, de ugyanazon a fázisban van, így hullámformájuk tökéletesen illeszkedik egymásra. Továbbá az I1 áram, amely a BD ágon fut, az I2 áram, amely áthalad a R4-en, valamint a feszültség-áram viszonyok I1 R3 és I2 R4 is in-fázis jellemzőket mutatnak.

Az AC ág teljes feszültségcsökkenése két összetevő összege: a R2 ellenállás általi feszültségcsökkenés I2 R2, és a C2 kapacitancia általi feszültségcsökkenés I2/ ωC2. Az egyensúlyi állapotban a V1 és V2 feszültségek pontosan egyeznek a nagyságban és a fázisban.

A V1 feszültség fázisa megegyezik a R1 ágon lévő feszültségcsökkenéssel IR R1, ami azt jelenti, hogy a R1 ellenállás ugyanabban a fázisban van, mint a V1. A V1 és V3, vagy a V2 és V4 phasorösszeadása eredményezi a forrásfeszültséget, ami a hídcircuit elektrikus egyensúlyát tükrözi.

Az egyensúlyi állapotban,

A valós rész egyenlítésekor,

A képzetes rész összevetésekor,

A ω = 2πf behelyettesítésével,

A R1 és R2 ellenállás csúszka mechanikusan összekötve van, így R1 = R2 áll fenn.