Wien-Brücke

Wien-Brücke

 

[nach M. Wien], Wechselstrommessbrücke zur Messung von Kapazitäten oder Induktivitäten (und Leitwerten), typischerweise bei Frequenzen um 1 500 Hz. Bei der Wien-Brücke sind die Brückenelemente in den beiderseits eines der Knoten des Diagonalzweigs liegenden Brückenzweigen reine Wirkwiderstände (R₁ und R₂), während die beiden anderen Zweige Kombinationen von ohmschen Widerständen mit Kondensatoren oder mit Spulen sind (in dem einen Zweig parallel, in dem anderen in Serie). Das Brückengleichgewicht (Nullabgleich) ist sowohl von den Bauteilen als auch von der Frequenz abhängig. Die Bedingungen dafür lauten wie folgt (wobei die Bauelemente mit geradem Index jeweils auf der einen Seite des Diagonalzweigs liegen, die mit ungeradem Index auf der andern): für die Kapazitätsmessbrücke

 

(C₃ und R₃ parallel, C₄ und R₄ in Serie; ω ist die Kreisfrequenz); für die Induktivitätsmessbrücke

 

und

 

(R_L ist der Wirkwiderstand der Spule mit der Induktivität L₃).

 

Durch Einführung der Zusatzbedingungen R₂ = 2 R₁, R₃ = R₄ = R und C₃ = C₄ = C wird aus der Kapazitätsmessbrücke eine Frequenzmessbrücke (Wien-Robinson-Brücke). Bei rein sinusförmigen Schwingungen ergibt sich bei der Resonanzfrequenz ω_res = (RC )^-1 im Diagonalzweig eine Nullanzeige. Wenn R₃ und R₄ gekoppelt veränderbar sind, kann mit der Brücke ein größerer Frequenzbereich ausgemessen werden. Bei oberschwingungshaltiger Messspannung kann die Wien-Robinson-Brücke zur Messung von Klirrfaktoren verwendet werden (für Werte größer als etwa 0,2 %). Dazu wird die Brücke auf die Grundfrequenz als Resonanzfrequenz abgeglichen (für die die Brücke sperrt) und der Effektivwert der am Diagonalzweig anliegenden Spannung gemessen; dessen Bezug auf den gesamten Effektivwert (am Eingang der Brücke) ergibt den Klirrfaktor.

 

Bei geringfügiger Verstimmung (R₂ = [2+ε ] R₁; ε 1) kann die Wien-Robinson-Brücke als frequenzbestimmendes Netzwerk eines Oszillators verwendet werden (Wien-Robinson-Oszillator).