גשרי מדידת AC והשימוש בהם

במעגלי AC, מעגלי גשר משמשים למטרות מדידה. תוכניות אלה מאפשרות לקבוע את ערכי הקבלים וההשראות, משיקים של זווית ההפסדים הדיאלקטריים של הקבלים, כמו גם את השראות ההדדיות של הסלילים.

מדידת גשרי AC הן תוכניות שונות לחלוטין, עליהן יידונו להלן. הפופולריים ביותר הם גשרים מאוזנים עם ארבע זרועות, כאשר תהליכי מדידת השראות, קיבולים ומשיקים לאובדן דיאלקטרי יכולים להיות מלווה בפיצוי של פרמטרים טפיליים.

שתי קבוצות של מעגלי גשר מדידת AC הם אקספרסיביים במיוחד: גשרי שנאים (עם זרועות מחוברות אינדוקטיביות) וגשרים קיבוליים. גשרים קיבוליים הם מעגלים עם ארבע זרועות בהם מותקנים אלמנטים קיבוליים ופעילים בזרועות. גשרי שנאי מאופיינים בנוכחות של פיתולים משניים של שנאי בשתי זרועות המשמשות להפעלת הגשר.

באשר למעגלים קיבוליים, הם יכולים לכלול גם קיבול קבוע ונגדים משתנים (פעילים), וגם נגדים קבועים (פעילים) וקיבולים משתנים. קל יותר לבנות גשר עם קיבולת קבועה מכיוון שהוא אינו זקוק לקבלים משתנים בדירוג מיוחד, במקום זאת יש אספקה ​​מספקת של נגדים (התנגדויות אקטיביות).

הודות לנגדים המשתנים, ניתן לאזן את מעגל הגשר ביחס לרכיבי המתח התגובתי והפעיל. נגד משתנה אחד מכויל לפי ערכי קיבול, השני לפי ערכי משיקים של אובדן דיאלקטרי. כתוצאה מכך, מתקבל מעגל סדרתי שווה ערך של הקבל הנחקר. השוויון הבא ישקף את מצב שיווי המשקל הזה של הגשר, והשוואת החלקים הדמיוניים והממשיים תיתן רק את ערכי הכמויות המבוקשות:

אבל במציאות, פרמטרים טפיליים תמיד מופיעים ונותנים שגיאות כבר בתדרי שמע. השראות טפיליות, קיבולים, מוליכות הם מקורות לשגיאות אלה, הדיוק של מדידת זווית אובדן דיאלקטרי מאוים. אמצעים להפחתת השפעתם של גורמים אלה הם הפיתול הלא-אינדוקטיבי והקיבולי של הנגד הראשון. אבל למעשה פשוט יש צורך לפצות כראוי על ההשפעות הללו.

אז כדי לפצות על השראות הטפילית, קבל הטרימר מחובר במקביל לנגד השני. בנוסף, קיבולים טפיליים והתנגדויות טפיליות נובעים מנוכחות חלקים מבודדים והשנאי, ולכן יש צורך במיגון כפול על השנאי עצמו.כדי להפחית את השפעת הקיבול והמוליכות של החלקים, הם עשויים מדיאלקטריים איכותיים, כגון פלואורפלסטיק. מחולל תדרי שמע מתאים כמקור כוח.

ההתנגדויות הקבועות המשמשות בגשרים מספקות יתרון: אין צורך לכייל נגד משתנה. בזרועות יש רק התנגדות קבועה, קבל קבוע וקבלים משתנים. מדידות של היכולות שלהם אפשריות ישירות. הקיבול הנבדק פשוט מחובר לטרמינלים ולאחר מכן מאזן הגשר ע"י התאמת הקבלים המשתנים. החישובים מתבצעים לפי הנוסחאות שמהן ניתן לראות כי קנה המידה למשיק מתקבל ישירות מהנוסחה עם קיבול משתנה, מכיוון שההתנגדות והתדר אינם משתנים:

גשרי מדידה עם זרועות המחוברות באופן אינדוקטיבי (גשרי שנאי) עדיפים על גשרים קיבוליים במספר היבטים: רגישות גבוהה יותר מבחינת משיק וקיבול, השפעה נמוכה של מוליכות טפיליות המחוברות, בכל מקרה, במקביל לזרועות.

שנאים מרובי חלקים יכולים להרחיב מאוד את טווח הפעולה (קנה המידה) של הגשר. ישנם מספר עיצובים טיפוסיים של גשר שנאים, אך הפופולרי ביותר הוא גשר השנאי הכפול:

השרשרת מווסתת במלואה על ידי ספירת מספר הסיבובים; זה לא צריך קבלים משתנים או נגדים משתנים. בדרך זו, ניתן ליצור מונים עם מגוון גדול של שנאים רב-חתכים, ונדרש מינימום של אלמנטים לדוגמה.

כאן המעגלים מבודדים באופן גלווני, כלומר, ברור שההפרעה עקב חיבורים טפיליים היא מינימלית, ולכן חוטי החיבור יכולים להיות ארוכים יחסית. המשוואות הבאות תקפות כאשר הגשר נמצא בשיווי משקל:

כידוע, כאשר מדובר במדידת קיבולים של קבלים, הפסדים אקטיביים בצורת משיק ההפסד הדיאלקטרי עולים לראש העמוד. אז לפי פרמטר זה, הקבלים מחולקים לשלוש קבוצות (והמעגלים השווים, בהתאמה, בתדר זה שונים):

היחסים הבאים משקפים את העכבה של קבל במעגל AC ואת המשיק שלו במעגלים מקבילים בסדרה ובמקביל:

מדידת הקיבול של קבל נטול אובדן מתבצעת לפי הסכימה הבאה, שבה שתי זרועות פעילות קובעות את גבולות המדידה לפי היחס בין ערכיהן, והקיבול המדגם משתנה. כאן, בתהליך המדידה, בוחרים את היחסים של הנגדים, משתנה הערך של קיבולת המדגם. ביטוי שיווי משקל הגשר הוא:

מדידת קיבול בהפסד נמוך מתבצעת על פי ערכת רצף החלפת הקבלים, תוך איזון הגשר על ידי שינוי הקיבול וההתנגדות הפעילה, תוך הגעה לקריאה המינימלית של סולם מחוון האפס. תנאי השוויון נותן את הביטויים הבאים:

קבלים עם הפסדים דיאלקטריים משמעותיים דורשים במעגל המקביל את ההתנגדות שתהיה מחוברת במקביל לדגימה, על פי הסכימה לעיל. הנוסחה של המשיק תיראה כך:

לכן, באמצעות גשרים, ניתן למדוד את הקיבולים של קבלים אמיתיים עם ערכים נומינליים מיחידות של pF לעשרות מיקרופארד וברמת דיוק גבוהה (מ-1 עד 3 סדרי גודל).

על ידי מדידת השראות בגישה שתוארה לעיל, ניתן להשוות עם קיבולים ולאו דווקא עם השראות, שכן יצירת השראות משתנה מדויקת אינה משימה קלה. אז הם משתמשים במעגלים מקבילים לקיבוליות לדוגמה במקום במשרנים. מצב שיווי המשקל מאפשר לך למצוא התנגדות והשראות, התוצאה כתובה בצורה הבאה:

אתה יכול גם למצוא את גורם Q:

כמובן, הקיבול של פנייה לפנייה ייתן עיוותים קטנים, אך לרוב אלו מתבררים כזנחים.