Wien Köprüsü

Wien Köprüsü: Uygulamalar ve Zorluklar

Wien köprüsü, AC devrelerinde kritik bir bileşen olup, bilinmeyen frekansların değerini belirlemek için çoğunlukla kullanılır. Bu köprü, genellikle 0,1% ile 0,5% arası doğruluk düzeyiyle 100 Hz'dan 100 kHz'ye kadar olan frekansları ölçebilir. Frekans ölçüm işlevinin ötesinde, bu köprü çeşitli uygulamalarda bulunur. Kapasitans ölçümünde, harmonik bozulma analizörlerinde önemli bir eleman olarak ve yüksek frekansta (HF) osilatörlerde integral bir parçası olarak kullanılır.

Wien köprüsünün tanımlayıcı özelliklerinden biri, frekansa duyarlılığıdır. Bu frekans duyarlılığı, ölçüm amaçları için faydalı olsa da, aynı zamanda önemli bir zorluk sunar. Köprünün dengesini sağlama görevi karmaşık bir iştir. Bu zorluğun ana nedeni, giriş besleme geriliminin doğasıdır. Pratik senaryolarda, giriş besleme gerilimi genellikle saf sinüzoidal bir dalga değildir; bunun yerine, genellikle harmonikleri içerir. Bu harmonikler, Wien köprüsünün denge koşulunu bozabilir, yanlış ölçümlere yol açabilir veya köprünün dengede kalmasını tamamen önleyebilir.

Bu sorunu çözmek için köprü devresine bir filtre entegre edilir. Bu filtre, boş detektörle seri bağlıdır. Girdi sinyalinden istenmeyen harmonikleri filtrelemenin yardımıyla, filtre, köprüye ulaşan gerilimin daha çok saf sinüzoidal bir dalga formuna yaklaşmasını sağlar. Bu, buna göre, kararlı bir denge noktasının elde edilmesini kolaylaştırır ve Wien köprüsünü kullanılarak yapılan ölçümlerin genel doğruluğunu ve güvenilirliğini artırır.

Köprün Denge Durumunun Analizi

Köprü dengede olduğunda, B ve C düğümlerindeki elektriksel potansiyel eşit hale gelir, yani V1 = V2 ve V3 = V4. V3, V3 = I1 R3 olarak ifade edilirken, V4 (V4 = I2 R4) aynı büyüklüğe sahip olduğu gibi aynı fazda da olur, bu da onların dalga formlarının mükemmel bir şekilde üst üste binmesine neden olur. Ayrıca, BD kolundan geçen I1 akımı, R4 üzerinden geçen I2 akımı, I1 R3 ve I2 R4 voltaj-akım ilişkileri de fazda birlikte hareket eder.

AC kolundaki toplam gerilim düşümü, R2 direncindeki I2 R2 gerilim düşümü ve C2 kapasitesindeki I2/ ωC2 kapasitif gerilim düşümü olmak üzere iki bileşenden oluşur. Köprünün dengeli durumunda, V1 ve V2 voltajları hem büyüklük hem de faz açısından tam olarak eşleşir.

V1 voltajının fazı, R1 kolundaki IR R1 gerilim düşümünün fazıyla hizalanır, bu da direnç R1'in V1 ile aynı fazda olduğunu gösterir. V1 ve V3 veya V2 ve V4'nün fazör eklenmesi, köprü devresindeki elektriksel dengeleri yansıtan toplam besleme gerilimini verir.

Denge durumunda,

Gerçek kısmı eşitlersek,

Sanal kısmı karşılaştırdığımızda,

ω = 2πf değerini yerleştirerek,

Direnç R1 ve R2 mekanik olarak birbirine bağlanmıştır. Böylece, R1 = R2 elde edilir.