交流测量电桥及其用途

在交流电路中，桥式电路用于测量目的。这些方案可以确定电容器和电感的值、电容器介电损耗角的正切以及线圈的互感。

测量交流电桥是完全不同的方案，它们将在下面讨论。最流行的是带四臂的平衡电桥，其中测量电感、电容和介电损耗角正切的过程可以伴随寄生参数的补偿。

两组交流测量电桥电路特别有表现力：变压器电桥（带有电感耦合臂）和电容电桥。电容桥是具有四个臂的电路，其中电容和有源元件安装在臂中。变压器电桥的特征在于在为电桥供电的两个臂中存在变压器次级绕组。

至于电容电路，它们可以包括恒定电容和可变（有源）电阻器，以及恒定（有源）电阻器和可变电容。恒定电容电桥更容易构建，因为它不需要专门额定的可变电容器，而是有足够的电阻器（有源电阻器）供应。

由于可变电阻器，桥式电路可以相对于无功和有源电压分量进行平衡。一个可变电阻器根据电容值校准，另一个根据介电损耗角正切值校准。结果，获得了所研究电容器的等效串联电路。以下等式将反映桥梁的这种平衡状态，虚部和实部相等将仅给出所寻求数量的值：

但实际上，寄生参数总是会出现并在音频频率上产生误差。寄生电感、电容、电导是这些误差的来源，介质损耗角测量的准确性受到威胁。减少这些因素影响的措施是第一个电阻的无感和容性绕组。但实际上只是需要适当地补偿这些影响。

因此，为了补偿寄生电感，三聚电容器与第二个电阻器并联连接。此外，由于绝缘部件和变压器的存在，会产生寄生电容和寄生电阻，因此需要对变压器本身进行双重屏蔽。为了减少零件的电容和导电性的影响，它们由高质量的电介质制成，例如氟塑料。音频发生器适合作为电源。

电桥中使用的恒定电阻具有一个优势：无需校准可变电阻。臂中只有一个恒阻、一个恒容和可变容。可以直接测量它们的能力。所研究的电容只是接在端子上，然后通过调整可变电容来平衡电桥。根据公式进行计算，可以看出切线的比例直接从公式中得到具有可变电容，因为电阻和频率不变：

具有电感连接臂（变压器电桥）的测量电桥在许多方面优于电容电桥：在切线和电容方面具有更高的灵敏度，无论如何与臂并联连接的寄生电导的影响较小。

多节变压器可以大大扩大桥梁的工作范围（测量范围）。有几种典型的变压器桥设计，但最受欢迎的是双变压器桥：

链条完全通过枚举圈数来调节；它不需要可变电容器或可变电阻器。通过这种方式，可以创建具有大范围多节变压器的仪表，并且需要最少的样品元件。

这里的电路是电流隔离的，也就是说，很明显，由于寄生连接造成的干扰很小，因此连接线可以相对较长。当桥梁处于平衡状态时，以下方程式有效：

如您所知，在测量电容器的电容时，介电损耗正切形式的主动损耗会脱颖而出。因此，根据此参数，电容器分为三组（并且等效电路分别在此频率下有所不同）：

以下比率反映了交流电路中电容器的阻抗及其在串联和并联等效电路中的切线：

无损电容器的电容测量是根据以下方案进行的，其中两个有源臂通过其值的比值确定测量限制，并且样品电容是可变的。这里，在测量过程中，选择电阻的比例，改变采样电容的值。桥式平衡表达式为：

低损耗电容测量按照电容更换顺序方案进行，同时通过改变电容和有源电阻来平衡电桥，达到零指示刻度的最小读数。相等条件给出以下表达式：

根据上述方案，具有显着介电损耗的电容器需要在等效电路中将电阻与样品并联。切线的公式如下所示：

因此，使用电桥，可以测量标称值从 pF 到几十微法的真实电容器的电容，并且精度很高（从 1 到 3 个数量级）。

通过使用上述方法测量电感，可以与电容进行比较，而不必与电感进行比较，因为创建精确的可变电感并非易事。所以他们使用样品电容等效电路代替电感器。平衡条件允许您找到电阻和电感，结果写成以下形式：

您还可以找到 Q 因子：

当然，匝间电容会产生小的失真，但这些通常可以忽略不计。