Ponts de mesura de CA i el seu ús

En els circuits de CA, els circuits de pont s'utilitzen amb finalitats de mesura. Aquests esquemes permeten determinar els valors de condensadors i inductàncies, tangents de l'angle de pèrdues dielèctriques dels condensadors, així com les inductàncies mútues de les bobines.

Mesurar els ponts de CA són esquemes completament diferents, que es comentaran a continuació. Els més populars són els ponts equilibrats amb quatre braços, on els processos de mesura d'inductàncies, capacitats i tangents de pèrdues dielèctriques poden anar acompanyats de compensació de paràmetres paràsits.

Dos grups de circuits de ponts de mesura de CA són especialment expressius: ponts transformadors (amb braços acoblats inductivament) i ponts capacitius. Els ponts capacitius són circuits amb quatre braços en els quals s'instal·len elements capacitius i actius als braços. Els ponts transformadors es caracteritzen per la presència de bobinatges secundaris del transformador en dos braços que serveixen per alimentar el pont.

Pel que fa als circuits capacitius, poden incloure resistències de capacitat constant i variables (actives), i resistències constants (actives) i capacitats variables. Un pont de capacitat constant és més fàcil de construir, ja que no necessita condensadors variables especialment classificats, sinó que hi ha un subministrament suficient de resistències (resistències actives).

Gràcies a les resistències variables, el circuit del pont es pot equilibrar respecte als components de tensió reactiva i activa. Una resistència variable es calibra segons els valors de la capacitat, l'altra segons els valors de la tangent de pèrdua dielèctrica. Com a resultat, s'obté un circuit en sèrie equivalent del condensador estudiat. La següent igualtat reflectirà aquest estat d'equilibri del pont, i l'equiparació de les parts imaginàries i reals donarà només els valors de les magnituds buscades:

Però en realitat, els paràmetres paràsits sempre apareixen i donen errors ja a les freqüències d'àudio. Les inductàncies paràsites, les capacitats i les conductàncies són fonts d'aquests errors, la precisió de la mesura de l'angle de pèrdua dielèctrica està amenaçada. Les mesures per reduir la influència d'aquests factors són l'enrotllament no inductiu i capacitiu de la primera resistència. Però, de fet, simplement cal compensar adequadament aquestes influències.

Per tant, per compensar la inductància paràsita, el condensador trimer està connectat en paral·lel amb la segona resistència. A més, les capacitats paràsites i les resistències paràsites sorgeixen de la presència de peces aïllants i del transformador, per la qual cosa és necessari protegir el propi transformador.Per reduir l'efecte de la capacitat i la conductivitat de les peces, estan fetes de dielèctrics d'alta qualitat, com el fluoroplàstic. Un generador d'àudiofreqüència és adequat com a font d'alimentació.

Les resistències constants utilitzades en els ponts ofereixen un avantatge: no cal calibrar una resistència variable. En els braços, només hi ha una resistència constant, un condensador constant i condensadors variables. Les mesures de les seves capacitats són possibles directament. La capacitat objecte d'estudi es connecta simplement als terminals, després de la qual s'equilibra el pont ajustant els condensadors variables.Els càlculs es realitzen segons les fórmules a partir de les quals es pot veure que l'escala de la tangent s'obté directament de la fórmula. amb capacitat variable, ja que la resistència i la freqüència no canvien:

Els ponts de mesura amb braços connectats inductivament (ponts transformadors) són superiors als ponts capacitius en diversos aspectes: major sensibilitat en termes de tangent i capacitat, baixa influència de les conductàncies paràsites connectades, de totes maneres, en paral·lel als braços.

Els transformadors multisecció poden ampliar molt el rang de funcionament (escala de mesura) del pont. Hi ha diversos dissenys típics de pont de transformador, però el més popular és el pont de doble transformador:

La cadena està totalment regulada enumerant el nombre de voltes; no necessita condensadors variables ni resistències variables. D'aquesta manera, és possible crear comptadors amb una àmplia gamma de transformadors multisecció, i es requereix un mínim d'elements de mostra.

Aquí els circuits estan aïllats galvànicament, és a dir, és obvi que les interferències degudes a connexions paràsites són mínimes, per tant, els cables de connexió poden ser relativament llargs. Les equacions següents són vàlides quan el pont està en equilibri:

Com sabeu, a l'hora de mesurar les capacitats dels condensadors, les pèrdues actives en forma de tangent de pèrdues dielèctriques passen a primer lloc. Així, segons aquest paràmetre, els condensadors es divideixen en tres grups (i els circuits equivalents, respectivament, a aquesta freqüència difereixen):

Les relacions següents reflecteixen la impedància d'un condensador en un circuit de CA i la seva tangent en circuits equivalents en sèrie i paral·lel:

La mesura de la capacitat d'un condensador sense pèrdues es realitza segons l'esquema següent, on dos braços actius determinen els límits de mesura per la relació dels seus valors i la capacitat de la mostra és variable. Aquí, en el procés de mesura, es seleccionen les proporcions de les resistències, es canvia el valor de la capacitat de la mostra. L'expressió d'equilibri del pont és:

La mesura de la capacitat de baixa pèrdua es realitza d'acord amb l'esquema de seqüència de substitució del condensador, mentre equilibra el pont canviant la capacitat i la resistència activa, assolint la lectura mínima de l'escala de l'indicador zero. La condició d'igualtat dóna les expressions següents:

Els condensadors amb pèrdues dielèctriques importants requereixen en el circuit equivalent la resistència a connectar en paral·lel a la mostra, segons l'esquema anterior. La fórmula de la tangent serà així:

Així, mitjançant ponts, és possible mesurar les capacitats dels condensadors reals amb valors nominals des d'unitats de pF fins a desenes de microfarads i amb un alt grau de precisió (d'1 a 3 ordres de magnitud).

Mitjançant la mesura de la inductància mitjançant l'enfocament descrit anteriorment, és possible comparar amb capacitats i no necessàriament amb inductàncies, ja que crear una inductància variable precisa no és una tasca fàcil. Per tant, utilitzen circuits equivalents de capacitat de mostra en lloc d'inductors. La condició d'equilibri us permet trobar la resistència i la inductància, el resultat s'escriu de la següent forma:

També podeu trobar el factor Q:

Per descomptat, la capacitat de volta a volta donarà petites distorsions, però sovint resulten insignificants.