Б) Мосты переменного тока.

В уравновешенных мостах переменного тока измерение R, L и C выполняется одинарными мостами (рис. 5.6).

Рис. 5.6. Схема одинарного моста переменного тока.

Так как сопротивления плеч моста переменного тока в общем случае комплексные, то необходим учет фазовых соотношений. Условие равновесия

Z₁ Z₃ = Z₂ Z₄ (5.3)

Если записать комплексные сопротивления в показательной форме:

Z _i = z_i exp j j_i , то условия равновесия будут содержать равенство произведений модулей сопротивлений, входящих в (5.3), и равенство сумм их фазовых углов:

j₁ + j₃ = j₂ + j₄ (5.4)

В алгебраической форме условия равновесия записываются как:

R₁ R₃ – X₁ X₃ = R₂ R₄ – X₂ X₄ ; R₁ X₃ + R₃ X₁ = R₂ X₄ + R₄ X₂ (5.5)

Уравновешивание моста по двум величинам требует наличия в его схеме не менее двух регулируемых элементов.

Для удобства регулирования мосты строят таким образом, чтобы регулировочными элементами являлись резисторы. Правильный выбор регулируемых элементов моста и питание моста напряжением повышенной частоты (100, 1000, 3000 Гц) обеспечивают быстроту его уравновешивания («сходимость»). К индикаторам равновесия в мостах переменного тока предъявляются следующие требования: высокая чувствительность и возможность ее регулирования в широких пределах, а также минимальный порог чувствительности. Чем ниже порог чувствительности, тем с большей точностью уравновешивается мост. Поэтому в схемах мостов переменного тока используются электронные индикаторы, в состав которых входят: многокаскадный усилитель, полупроводниковый преобразователь переменного тока в постоянный и выходной магнитоэлектрический микроамперметр. На рис. 5.7 и 5.8 приведены схемы мостов переменного тока для измерения индуктивности катушек и емкости конденсаторов .

5.3. РЕЗОНАНСНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ И ЦЕПЕЙ.

Измерения параметров элементов и цепей на высоких частотах (ВЧ) выполняют методом замещения в сочетании с явлениями резонанса в цепи. Резонансная частота колебательного контура

f = 1 / (2p ) (5.6)

Рис. 5.7. Схемы мостов для измерения индуктивности катушек

c Q < 30 (а) и Q > 30 (б).

Рис. 5.8. Схема измерения емкости методом замещения .

Резонансный прибор состоит из генератора ВЧ, колебательного контура и индикатора резонанса – электронного вольтметра с большим входным сопротивлением, показания которого в момент резонанса максимальны.

Если измеряемую катушку индуктивности включить параллельно конденсатору с известной емкостью и измерять резонансную частоту, то значение индуктивности L можно получить из выражения (5.6). Так же можно определить искомую емкость С_х , подключая ее параллельно с катушкой .

Чтобы исключить влияние на результаты измерений паразитных параметров, резонансный способ применяют в сочетании с методом замещения (рис. 5.8).

Вначале контур, состоящий из индуктивности и известной емкости С_о , настраивают в резонанс на частоту f_o ; при этом фиксируют значение емкости С _о1 . Затем параллельно конденсатору С_о подключают конденсатор С _х и изменением емкости конденсатора С_о добиваются резонанса при той же частоте f _o ; соответствующее значение емкости будет С _о2 . Таким образом, изменением известной емкости компенсируется включенная в контур неизвестная емкость С_х = С_о1 – С_о2 .

В принципе таким же способом можно измерить и неизвестную индуктивность катушки, а также активное и полное сопротивление цепи.

Одним из основных параметров, характеризующих качество колебательного контура, является добротность

Q = (w_o L_кат) / R_кат = 1 / (w_o C_o R_кат) = U_вых / U_вх , (5.7)

где U_вых – напряжение на конденсаторе с известной емкостью С_о в момент резонанса в контуре ; U_вх – напряжение, вводимое в контур.

Прибор для измерения добротности контура называется куметром (рис. 5.9). Если поддерживать U_вх постоянным, то U_вых будет пропорционально Q, и шкалу прибора можно проградуировать в единицах добротности, которая является величиной безразмерной. Куметры можно использовать в диапазоне частот 50 кГц – 350 МГц.

Для измерения полного сопротивления Z с помощью куметра измерения выполняют дважды – без искомого и с искомым сопротивлением. Зафиксированные значения f_o , C_o1 и Q₁ , полученные при первом измерении, и f _o (то же самое), С_о2 и Q ₂ , полученные при втором измерении, дают возможность определить модуль Z _x и его составляющих R _x и X _x .

Наиболее часто куметр используют для измерения больших сопротивлений Z _x , например входного сопротивления вольтметра, имеющего активно-емкостный характер.

Рис. 5.9. Схема куметра.