El Puente de Wien es un circuito muy versátil y ampliamente utilizado en electrónica. Su diseño es simple pero efectivo, permitiendo la construcción de circuitos que ofrecen una amplia gama de aplicaciones. En este artículo, exploraremos la estructura y el funcionamiento de este puente, así como sus derivaciones y algunas de las aplicaciones más comunes en las que se utiliza. ¡Sigue leyendo para descubrir cómo esta construcción de circuitos puede mejorar tus proyectos electrónicos!
En este artículo, discutiremos el puente de Wien, su construcción, derivación de la frecuencia del circuito, funcionamiento, ventajas y aplicaciones. Pero antes de eso, echemos un vistazo a los conceptos básicos de un puente de corriente alterna (CA).
¿Qué es un puente de corriente alterna (CA) y sus tipos?
Un puente de corriente alterna es un circuito eléctrico alimentado por una fuente de voltaje de CA y se usa ampliamente para determinar valores desconocidos de componentes electrónicos presentes en el circuito, como resistencia, capacitancia e inductancia. Un puente de CA convencional se compone de cuatro brazos con valores variables de impedancias en cada brazo, un detector nulo y una fuente de voltaje de CA. El diagrama de circuito de un puente de CA típico se muestra en la Figura 1.
Según la cantidad a medir por el puente de CA, existen varios tipos de puentes de corriente alterna como el puente de Maxwell, el puente de Hay, el puente de Anderson, etc. En este artículo, nos centraremos en Puente de Wien solamente.
¿Qué es un puente de Wien?
Acuñado después del científico Max Karl Werner Vienael Puente de Wien es un tipo de puente de corriente alterna, compuesto por cuatro cables conductores conectados entre sí para formar un puente. El objetivo principal de un Puente de Wien es estimar la frecuencia que va de 100 Hz a 100 kHz, con una precisión que oscila entre 0,1% y 0,5%. El frecuencia generalmente se denota con el símbolo F y se mide en Hercios (Hz).
Además, el puente también podría utilizarse para medir la valor desconocido de la capacitancia en el puente Se dice que el Puente de Viena está equilibrado cuando el indicador nulo muestra una desviación cero. Puede manejar energía de alto voltaje pero es susceptible a valores de frecuencia elevados.
Construcción del Puente de Wien
El puente se construye conectando los cuatro brazos del puente entre sí, donde hay una disposición en serie de condensador y resistencia en un brazo, y una disposición en paralelo de condensador y resistencia en el otro. Mientras que una resistencia está presente en cada uno de los dos brazos restantes. La representación del circuito del puente de Wien se muestra en la Figura 2.
Un indicador nulo representado por D está conectado a través de los puntos de intersección de B y D, y una fuente de voltaje de CA está conectada a través de la unión de CA como se muestra en la Figura 2 a continuación. El deflector se utiliza para mantener el puente en condiciones de equilibrio al garantizar que los valores de voltaje en los puntos B y D sean iguales.
Derivación de la frecuencia del circuito del puente de Wien
Dejar,
Impedancia Z1 del brazo AB se determina de la siguiente manera:
El brazo AB está compuesto por la resistencia R1 conectado en paralelo con el condensador C1 como se muestra en la Figura 2 anterior.
Impedancia Z2 del brazo AD se determina de la siguiente manera:
El brazo AD está compuesto por la resistencia R2 conectado en serie con el condensador C2 como se muestra en la Figura 2 anterior.
Impedancia Z3 del brazo AB se determina de la siguiente manera:‘
Impedancia Z4 del brazo AB se determina de la siguiente manera:
Condición de puente equilibrado
Matemáticamente, la condición equilibrada del puente se obtiene igualando los productos de los pares de impedancias Z1Z4, y Z2, Z3 como sigue:
Sustituyendo los valores de las impedancias Z1Z2Z3, y Z4 de las ecuaciones (1), (2), (3) y (4):
El siguiente paso es igualar las partes real e imaginaria de la ecuación (5):
Igualando partes reales de la ecuación (5) en ambos lados:
La ecuación (6) muestra la relación entre las resistencias R4 y R3.
Igualando partes imaginarias de la ecuación (5) en ambos lados:
Si los componentes se seleccionan de tal manera que las resistencias y capacidades en los brazos AB y AD sean iguales acoplando las resistencias R1 y R2 mecánicamente de la siguiente manera
Ventajas del Puente de Viena
El puente de Wien tiene varias ventajas, algunas de las cuales se enumeran a continuación:
- Circuito simple: El puente de Wien se forma utilizando componentes electrónicos fácilmente disponibles, a saber, resistencias y condensadores.
- Económico: Dado que todos los componentes utilizados para diseñar el puente de Wien son económicos, el costo de crear el circuito es exiguo para los fabricantes.
- Medidas cuantitativas: El puente de Wien tiene la capacidad de medir la frecuencia y la capacitancia del circuito con gran precisión.
Desventajas del Puente de Viena
También hay algunas desventajas del Puente de Viena:
- Generación de frecuencia limitada: Como el puente de Wien es muy sensible a valores de frecuencia elevados y el circuito puede destruirse a valores de alta frecuencia, la frecuencia generada por el puente está limitada entre 100 Hz y 100 kHz.
- Alta distorsión de salida: Debido a la susceptibilidad del circuito del puente de Wien a valores de frecuencia elevados, la señal de salida resultante está muy distorsionada.
- Voltaje de entrada de CA no puramente sinusoidal: Debido a la presencia de distorsiones armónicas en la fuente de voltaje de CA de entrada, se interrumpe la condición de equilibrio del puente.
Aplicaciones del Puente de Viena
Las siguientes son algunas aplicaciones del circuito puente de Wien:
- El puente de Wien se usa para medir la frecuencia del voltaje de entrada y la capacitancia del circuito.
- Se utiliza para analizar la distorsión debida a perturbaciones armónicas.
- El puente de Wien también encuentra su aplicación como oscilador de alta frecuencia.
- También se utiliza para estimar los valores de frecuencia en osciladores de audio y radio.
Conclusión
Por lo tanto, todo esto se trata del circuito del puente de Wien. De la discusión anterior, podemos concluir que el puente de Wien se usa principalmente para la determinación de la frecuencia del voltaje aplicado en el lado de entrada del circuito, además de la medición de los valores de capacitancia presentes en los brazos del puente. A pesar de algunas de las desventajas de usar el puente de Wien, su amplia gama de aplicaciones y ventajas supera los inconvenientes que presenta el circuito electrónico.
Ejemplo numérico en el puente de Wien
Los cuatro brazos del puente de Viena ABCD son suministrado con el Tensión de entrada sinusoidal, con los siguientes valores:
Brazo AB: Una resistencia, R1 = 200Ω en paralelo con una capacitancia (C1) valorado en 1 µF.
Brazo BC: R3 = 400Ω
Armar CD: R4 = 1000Ω
Brazo DA: Resistencia R2 está en serie con la capacitancia (C2) valorado en 2µF
Determine el valor de la resistencia R2 y la frecuencia a la que el puente estará en la condición equilibrada.
Solución-
Usando la ecuación (6) que establece la relación entre las resistencias R3 y R4tenemos,
Al reorganizar la ecuación anterior, obtenemos,
Sustituyendo los valores de R1 = 200Ω; R3 = 400Ω; R4 = 1000Ω; C1 = 1 µF; C2 = 2 µF en la ecuación anterior, obtenemos,
A continuación, para determinar la frecuencia del voltaje aplicado, use la fórmula que se proporciona a continuación:
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