Vad är en impedansbrygga?

En modern impedansbrygga är en enhet som används för att mäta impedans, kapacitans eller induktans. Farfadern till den generaliserade impedansbron är Wheatstone-bron, en elektrisk krets som skapades av Samuel Christie 1833 och populariserades cirka tio år senare av Sir Charles Wheatstone. Wheatstone-bryggor, med sina karakteristiska diamantkretsdiagram, använder två fasta impedansmotstånd och ett variabelt motstånd för att mäta den okända impedansen för ett fjärde motstånd.

Wheatstone-bryggan är en likströmsenhet (DC). En modern enhet kan växlas från DC till växelström (AC) och tillbaka igen. Både Wheatstone-bron och dess moderna ättling, den generaliserade impedansbryggan, fungerar på samma princip, som är balanseringen av en elektrisk krets. Grundtanken är att om en krets innehåller två motstånd med känt värde, kan ett variabelt motstånd och ett motstånd med okänt värde användas för att bestämma värdet på det okända motståndet, och en mätanordning känd som en potentiometer används för att fastställa när variabelt motstånd har nått balanspunkten för kretsen. I ekvationsform är R1/R2 = R(u)/ Rvar där R1 och R2 är motstånd med känt värde, R(u) är motståndet med okänd impedans och Rvar är det variabla motståndet med en display för att visa dess impedans när som helst i tid.

Moderna impedansbryggor har flera kretsar. En krets är sannolikt den ursprungliga testkretsen, med en avläsning i Ohm, även känd som en Ohm-mätare. Andra kretsar kan innefatta olika kombinationer av motstånd, kondensatorer, induktansspolar och kanske en signalgenerator och en strömkälla. Med dessa kretsar kan den moderna impedansbryggan testa många elektriska enheter och kretsar, från resistorer och kondensatorer upp till inställningen av en antenn. AC-kretsar är lite knepigare än DC-kretsar eftersom kretsen inte kommer att balansera förrän fasen av AC är densamma på båda sidor av bron.

Ett potentiellt problem för de känsliga AC-bryggkretsarna är att kondensatorer tenderar att ”läcka” ström. Strömström från kondensatorläckage kommer att generera felaktiga avläsningar vid detektorn eller mätaren. En lösning på problemet är att lägga till en så kallad Wagner-jordkrets. Wagners jordkrets är en jordad spänningsdelare utformad för att ha spänningsförhållandet och fasförskjutningen som varje sida av bron. Ofta finns det en tvålägesomkopplare för att låta användaren bekräfta att kretsen har ställts in korrekt, och när potentiometern registrerar noll i båda omkopplarlägena garanteras en felfri avläsning.