Was ist eine Impedanzbrücke?
Eine moderne Impedanzbrücke ist ein Gerät zur Messung von Impedanz, Kapazität oder Induktivität. Der Großvater der generalisierten Impedanzbrücke ist die Wheatstone-Brücke, eine elektrische Schaltung, die 1833 von Samuel Christie entwickelt und zehn Jahre später von Sir Charles Wheatstone populär gemacht wurde. Wheatstone-Brücken verwenden mit ihren charakteristischen Diamantschaltplänen zwei Widerstände mit fester Impedanz und einen variablen Widerstand, um die unbekannte Impedanz eines vierten Widerstands zu messen.
Die Wheatstone-Brücke ist ein Gleichstromgerät. Ein modernes Gerät kann von Gleichstrom auf Wechselstrom und wieder zurück umgeschaltet werden. Sowohl die Wheatstone-Brücke als auch ihr moderner Nachfolger, die generalisierte Impedanzbrücke, arbeiten nach demselben Prinzip, nämlich dem Ausgleich eines Stromkreises. Die Grundidee ist, dass, wenn eine Schaltung zwei Widerstände mit bekanntem Wert enthält, ein variabler Widerstand und ein Widerstand mit unbekanntem Wert verwendet werden können, um den Wert des unbekannten Widerstands zu bestimmen, und ein als Potentiometer bekanntes Messgerät verwendet wird, um festzustellen, wann der Der variable Widerstand hat den Ausgleichspunkt für die Schaltung erreicht. In der Gleichungsform ist R 1 / R 2 = R (u) / R var, wobei R 1 und R 2 Widerstände mit bekanntem Wert sind, R (u) der Widerstand mit unbekannter Impedanz ist und R var der variable Widerstand mit einer Anzeige ist zeigen ihre Impedanz zu jedem Zeitpunkt.
Moderne Impedanzbrücken haben mehrere Stromkreise. Ein Stromkreis ist wahrscheinlich der ursprüngliche Teststromkreis mit einer Anzeige in Ohm, auch als Ohmmeter bekannt. Andere Schaltungen können unterschiedliche Kombinationen von Widerständen, Kondensatoren, Induktionsspulen und möglicherweise einem Signalgenerator und einer Energiequelle enthalten. Mit diesen Schaltkreisen kann die moderne Impedanzbrücke viele elektrische Geräte und Schaltkreise testen, von Widerständen und Kondensatoren bis hin zur Abstimmung einer Antenne. Wechselstromkreise sind etwas kniffliger als Gleichstromkreise, da der Stromkreis erst ausgeglichen wird, wenn die Phase des Wechselstroms auf beiden Seiten der Brücke gleich ist.
Ein potentielles Problem für die empfindlichen Wechselstrombrückenschaltungen besteht darin, dass Kondensatoren dazu neigen, Strom zu "lecken". Streustrom durch Kondensatorleckage führt zu falschen Messwerten am Detektor oder Messgerät. Eine Lösung für das Problem besteht darin, eine sogenannte Wagner-Erdungsschaltung hinzuzufügen. Die Wagner-Erdungsschaltung ist ein geerdeter Spannungsteiler, der für das Spannungsverhältnis und die Phasenverschiebung auf jeder Seite der Brücke ausgelegt ist. Häufig ist ein Schalter mit zwei Positionen vorhanden, mit dem der Benutzer überprüfen kann, ob der Stromkreis richtig eingestellt wurde. Wenn das Potentiometer in beiden Schalterpositionen Null registriert, ist ein fehlerfreier Messwert garantiert.