Jembatan pengukur AC dan penggunaannya

Di sirkuit AC, sirkuit jembatan digunakan untuk tujuan pengukuran. Skema ini memungkinkan untuk menentukan nilai kapasitor dan induktansi, garis singgung dari sudut kerugian dielektrik kapasitor, serta induktansi timbal balik dari kumparan.

Mengukur jembatan AC adalah skema yang sama sekali berbeda, akan dibahas di bawah ini. Yang paling populer adalah jembatan seimbang dengan empat lengan, di mana proses pengukuran induktansi, kapasitansi, dan garis singgung kerugian dielektrik dapat disertai dengan kompensasi parameter parasit.

Dua kelompok rangkaian jembatan pengukuran AC sangat ekspresif: jembatan transformator (dengan lengan yang digabungkan secara induktif) dan jembatan kapasitif. Jembatan kapasitif adalah sirkuit dengan empat lengan di mana elemen kapasitif dan aktif dipasang di lengan. Jembatan transformator dicirikan dengan adanya belitan sekunder transformator dalam dua lengan yang berfungsi untuk memberi daya pada jembatan.

Adapun sirkuit kapasitif, mereka dapat mencakup kapasitansi konstan dan resistor variabel (aktif), dan resistor konstan (aktif) dan kapasitansi variabel. Jembatan kapasitansi konstan lebih mudah dibangun karena tidak memerlukan kapasitor variabel yang diberi peringkat khusus, sebagai gantinya ada pasokan resistor (resistansi aktif) yang cukup.

Berkat resistor variabel, rangkaian jembatan dapat diseimbangkan sehubungan dengan komponen tegangan reaktif dan aktif. Satu resistor variabel dikalibrasi sesuai dengan nilai kapasitansi, yang lain sesuai dengan nilai tangen kerugian dielektrik. Hasilnya, rangkaian seri ekivalen dari kapasitor yang dipelajari diperoleh. Kesetaraan berikut akan mencerminkan keadaan keseimbangan jembatan ini, dan menyamakan bagian imajiner dan nyata hanya akan memberikan nilai dari kuantitas yang dicari:

Namun kenyataannya, parameter parasit selalu muncul dan sudah memberikan kesalahan pada frekuensi audio. Induktansi parasit, kapasitansi, konduktansi adalah sumber kesalahan ini, keakuratan pengukuran sudut kehilangan dielektrik terancam. Langkah-langkah untuk mengurangi pengaruh faktor-faktor ini adalah belitan non-induktif dan kapasitif dari resistor pertama. Tetapi sebenarnya itu hanya perlu untuk mengimbangi pengaruh ini dengan benar.

Jadi, untuk mengimbangi induktansi parasit, kapasitor trimer dihubungkan secara paralel dengan resistor kedua. Selain itu, kapasitansi parasit dan resistansi parasit timbul dari adanya bagian isolasi dan trafo, sehingga perlu dilakukan double shield pada trafo itu sendiri.Untuk mengurangi efek kapasitansi dan konduktivitas komponen, mereka dibuat dari dielektrik berkualitas tinggi, seperti fluoroplastik. Generator frekuensi audio cocok sebagai sumber daya.

Resistensi konstan yang digunakan dalam jembatan memberikan keuntungan: tidak perlu mengkalibrasi resistor variabel. Di lengan, hanya ada resistansi konstan, kapasitor konstan, dan kapasitor variabel. Pengukuran kemampuan mereka dimungkinkan secara langsung. Kapasitansi yang dipelajari hanya dihubungkan ke terminal, setelah itu jembatan diseimbangkan dengan menyesuaikan kapasitor variabel Perhitungan dilakukan sesuai dengan rumus yang darinya dapat dilihat bahwa skala garis singgung diperoleh langsung dari rumus dengan kapasitansi variabel, karena resistansi dan frekuensi tidak berubah:

Mengukur jembatan dengan lengan yang terhubung secara induktif (jembatan transformator) lebih unggul daripada jembatan kapasitif dalam beberapa aspek: sensitivitas yang lebih tinggi dalam hal garis singgung dan kapasitansi, pengaruh rendah konduktansi parasit yang terhubung, bagaimanapun, secara paralel dengan lengan.

Trafo multi-bagian dapat sangat memperluas jangkauan operasi (skala pengukuran) jembatan. Ada beberapa desain jembatan trafo yang khas, tetapi yang paling populer adalah jembatan trafo ganda:

Rantai sepenuhnya diatur dengan menghitung jumlah belokan; tidak perlu kapasitor variabel atau resistor variabel. Dengan cara ini, dimungkinkan untuk membuat meter dengan berbagai transformator multi-bagian, dan elemen sampel minimum diperlukan.

Di sini sirkuit diisolasi secara galvanis, yaitu jelas bahwa interferensi akibat koneksi parasit minimal, oleh karena itu kabel penghubungnya bisa relatif panjang. Persamaan berikut berlaku ketika jembatan berada dalam kesetimbangan:

Seperti yang Anda ketahui, ketika mengukur kapasitansi kapasitor, kerugian aktif dalam bentuk tangen kerugian dielektrik mengemuka. Jadi, menurut parameter ini, kapasitor dibagi menjadi tiga kelompok (dan rangkaian ekuivalen, masing-masing, berbeda pada frekuensi ini):

Rasio berikut mencerminkan impedansi kapasitor dalam rangkaian AC dan garis singgungnya dalam rangkaian ekuivalen seri dan paralel:

Pengukuran kapasitansi kapasitor lossless dilakukan sesuai dengan skema berikut, di mana dua lengan aktif menentukan batas pengukuran dengan rasio nilainya, dan kapasitansi sampel adalah variabel. Di sini, dalam proses pengukuran, rasio resistor dipilih, nilai kapasitansi sampel diubah. Ekspresi kesetimbangan jembatan adalah:

Pengukuran kapasitansi low-loss dilakukan sesuai dengan skema urutan penggantian kapasitor, sambil menyeimbangkan jembatan dengan mengubah kapasitansi dan resistansi aktif, mencapai pembacaan minimum skala indikator nol. Kondisi kesetaraan memberikan ekspresi berikut:

Kapasitor dengan kerugian dielektrik yang signifikan memerlukan resistansi rangkaian ekuivalen untuk dihubungkan secara paralel dengan sampel, sesuai dengan skema di atas. Rumus garis singgung akan terlihat seperti ini:

Jadi, dengan menggunakan jembatan, dimungkinkan untuk mengukur kapasitansi kapasitor nyata dengan nilai nominal dari satuan pF hingga puluhan mikrofarad dan dengan tingkat akurasi yang tinggi (dari 1 hingga 3 kali lipat).

Dengan mengukur induktansi menggunakan pendekatan yang dijelaskan di atas, dimungkinkan untuk membandingkan dengan kapasitansi dan tidak harus dengan induktansi, karena membuat induktansi variabel yang akurat bukanlah tugas yang mudah. Jadi mereka menggunakan rangkaian ekivalen kapasitansi sampel, bukan induktor. Kondisi kesetimbangan memungkinkan Anda menemukan resistansi dan induktansi, hasilnya ditulis dalam bentuk berikut:

Anda juga dapat menemukan faktor Q:

Tentu saja, kapasitansi belokan ke belokan akan memberikan distorsi kecil, tetapi sering kali dapat diabaikan.