Cầu Wien

Cầu Wien: Ứng dụng và Thách thức

Cầu Wien là một thành phần quan trọng trong các mạch điện xoay chiều, chủ yếu được sử dụng để xác định giá trị của tần số không xác định. Nó có khả năng đo lường tần số trong khoảng từ 100 Hz đến 100 kHz, với mức độ chính xác thường nằm trong khoảng từ 0.1% đến 0.5%. Ngoài chức năng đo tần số, cầu này còn được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Nó được sử dụng để đo điện dung, là yếu tố quan trọng trong các thiết bị phân tích méo hài và là một phần không thể thiếu của các dao động tần số cao (HF).

Một trong những đặc điểm nổi bật của cầu Wien là sự nhạy cảm với tần số. Sự nhạy cảm này, mặc dù hữu ích cho mục đích đo lường, cũng mang lại thách thức đáng kể. Việc đạt được điểm cân bằng của cầu có thể là một nhiệm vụ phức tạp. Một yếu tố chính góp phần vào khó khăn này là bản chất của điện áp nguồn đầu vào. Trong thực tế, điện áp nguồn đầu vào hiếm khi là dạng sóng sin thuần túy; thay vào đó, nó thường chứa các谐波。这些谐波会破坏Wien桥的平衡条件，导致测量不准确或使桥无法达到平衡。 为了解决这个问题，在桥电路中加入了一个滤波器。该滤波器与零点检测器串联连接。通过过滤掉输入信号中的不需要的谐波，滤波器有助于确保到达桥的电压更接近纯正弦波形。这反过来又促进了稳定平衡点的实现，并提高了使用Wien桥进行测量的整体准确性和可靠性。

Cầu cân bằng điều kiện Phân tích

Khi cầu đạt trạng thái cân bằng, điện thế tại nút B và C trở nên bằng nhau, nghĩa là V1 = V2 và V3 = V4. Điện áp V3, được biểu diễn như V3 = I1 R3, và V4 (trong đó V4 = I2 R4) không chỉ có cùng độ lớn mà còn cùng pha, dẫn đến các dạng sóng của chúng trùng khớp hoàn hảo. Hơn nữa, dòng điện I1 chảy qua cánh BD, dòng điện I2 đi qua R4, cũng như các mối quan hệ điện áp - dòng điện I1 R3 và I2 R4, đều có đặc tính đồng pha.

Điện áp tổng cộng trên cánh AC là tổng hợp của hai thành phần: điện áp giảm I2 R2 trên điện trở R2 và điện áp tụ giảm I2/ ωC2 trên điện dung C2. Trong trạng thái cân bằng của cầu, điện áp V1 và V2 khớp chính xác cả về độ lớn lẫn pha.

Pha của điện áp V1 đồng pha với điện áp giảm IR R1 trên cánh R1, cho thấy rằng điện trở R1 ở cùng pha với V1. Việc cộng vectơ của V1 và V3 hoặc V2 và V4 cho kết quả điện áp cung cấp, phản ánh sự cân bằng điện trong mạch cầu.

Ở trạng thái cân bằng,

Trên việc so sánh phần thực,

Trên việc so sánh phần ảo,

Bằng cách thay thế giá trị của ω = 2πf,

Thanh trượt của điện trở R1 và R2 được kết nối cơ học với nhau. Do đó, R1 = R2 được đảm bảo.