Punți de măsurare AC și utilizarea lor

În circuitele de curent alternativ, circuitele în punte sunt utilizate în scopuri de măsurare. Aceste scheme fac posibilă determinarea valorilor condensatoarelor și inductanțelor, tangentelor unghiului de pierderi dielectrice ale condensatoarelor, precum și inductanțelor reciproce ale bobinelor.

Măsurarea punților de curent alternativ sunt scheme complet diferite, acestea vor fi discutate mai jos. Cele mai populare sunt punțile echilibrate cu patru brațe, unde procesele de măsurare a inductanțelor, capacităților și tangentelor de pierderi dielectrice pot fi însoțite de compensarea parametrilor paraziți.

Două grupuri de circuite de punte de măsurare AC sunt deosebit de expresive: punți transformatoare (cu brațe cuplate inductiv) și punți capacitive. Punțile capacitive sunt circuite cu patru brațe în care sunt instalate elemente capacitive și active în brațe. Podurile transformatoare se caracterizează prin prezența înfășurărilor secundare ale transformatorului în două brațe care servesc la alimentarea podului.

În ceea ce privește circuitele capacitive, acestea pot include atât rezistențe de capacitate constantă și variabile (active), cât și rezistențe constante (active) și capacități variabile. O punte de capacitate constantă este mai ușor de construit, deoarece nu are nevoie de condensatori variabili special evaluați, în schimb există o sursă suficientă de rezistențe (rezistențe active).

Datorită rezistențelor variabile, circuitul de punte poate fi echilibrat în raport cu componentele de tensiune reactivă și activă. Un rezistor variabil este calibrat în funcție de valorile capacității, celălalt în funcție de valorile tangentei pierderilor dielectrice. Ca urmare, se obține un circuit în serie echivalent al condensatorului studiat. Următoarea egalitate va reflecta această stare de echilibru a podului, iar echivalarea părților imaginare și reale va da doar valorile cantităților căutate:

Dar, în realitate, parametrii paraziți apar întotdeauna și dau erori deja la frecvențele audio. Inductanțe parazite, capacități, conductanțele sunt surse ale acestor erori, precizia măsurării unghiului de pierdere dielectrică este amenințată. Măsurile de reducere a influenței acestor factori sunt înfășurarea neinductivă și capacitivă a primului rezistor. Dar, de fapt, este pur și simplu necesar să se compenseze în mod corespunzător aceste influențe.

Deci, pentru a compensa inductanța parazită, condensatorul trimer este conectat în paralel cu al doilea rezistor. În plus, capacitățile parazite și rezistențele parazite apar din prezența pieselor izolatoare și a transformatorului, deci este necesară dubla ecranare a transformatorului însuși.Pentru a reduce efectul capacității și conductivității pieselor, acestea sunt fabricate din dielectrici de înaltă calitate, cum ar fi fluoroplastic. Un generator de frecvență audio este potrivit ca sursă de alimentare.

Rezistențele constante utilizate în poduri oferă un avantaj: nu este nevoie să calibrați un rezistor variabil. În brațe, există doar o rezistență constantă, un condensator constant și condensatori variabili. Măsurătorile capacităților lor sunt posibile direct. Capacitatea studiată se conectează pur și simplu la bornele, după care puntea se echilibrează prin reglarea condensatoarelor variabile.Calculele se efectuează după formulele din care se poate observa că scara pentru tangentă se obține direct din formula cu capacitate variabilă, deoarece rezistența și frecvența sunt neschimbate:

Punțile de măsurare cu brațe conectate inductiv (punți transformatoare) sunt superioare punților capacitive din mai multe aspecte: sensibilitate mai mare în ceea ce privește tangenta și capacitatea, influența scăzută a conductanțelor parazite conectate, oricum, în paralel cu brațele.

Transformatoarele cu secțiuni multiple pot extinde foarte mult domeniul de operare (scara de măsurare) a podului. Există mai multe modele tipice de poduri transformatoare, dar cel mai popular este podul cu transformator dublu:

Lanțul este pe deplin reglat prin enumerarea numărului de spire; nu are nevoie de condensatori variabili sau rezistențe variabile. În acest fel, este posibil să se creeze contoare cu o gamă largă de transformatoare cu mai multe secțiuni și este necesar un minim de elemente de probă.

Aici circuitele sunt izolate galvanic, adică este evident că interferența datorată conexiunilor parazite este minimă, prin urmare firele de conectare pot fi relativ lungi. Următoarele ecuații sunt valabile atunci când puntea este în echilibru:

După cum știți, atunci când vine vorba de măsurarea capacităților condensatoarelor, pierderile active sub forma tangentei de pierderi dielectrice vin în prim-plan. Deci, conform acestui parametru, condensatorii sunt împărțiți în trei grupuri (și, respectiv, circuitele echivalente la această frecvență diferă):

Următoarele rapoarte reflectă impedanța unui condensator într-un circuit de curent alternativ și tangenta acestuia în circuite echivalente în serie și paralele:

Măsurarea capacității unui condensator fără pierderi se efectuează conform următoarei scheme, în care două brațe active determină limitele de măsurare prin raportul dintre valorile lor, iar capacitatea eșantionului este variabilă. Aici, în procesul de măsurare, se selectează rapoartele rezistențelor, se modifică valoarea capacității eșantionului. Expresia de echilibru punte este:

Măsurarea capacității cu pierderi mici se efectuează conform schemei secvenței de înlocuire a condensatorului, în timp ce se echilibrează puntea prin schimbarea capacității și a rezistenței active, atingând citirea minimă a scalei indicatorului zero. Condiția de egalitate oferă următoarele expresii:

Condensatoarele cu pierderi dielectrice semnificative necesită în circuitul echivalent rezistența să fie conectată în paralel cu proba, conform schemei de mai sus. Formula tangentei va arăta astfel:

Deci, folosind punți, este posibilă măsurarea capacităților condensatoarelor reale cu valori nominale de la unități de pF la zeci de microfarad și cu un grad ridicat de precizie (de la 1 la 3 ordine de mărime).

Măsurând inductanța folosind abordarea descrisă mai sus, este posibil să se compare cu capacități și nu neapărat cu inductanțe, deoarece crearea unei inductanțe variabile precise nu este o sarcină ușoară. Deci, folosesc circuite echivalente de capacitate eșantion în loc de inductori. Condiția de echilibru vă permite să găsiți rezistența și inductanța, rezultatul este scris în următoarea formă:

Puteți găsi, de asemenea, factorul Q:

Desigur, capacitatea turn-to-turn va da mici distorsiuni, dar acestea se dovedesc adesea a fi neglijabile.