분야
hwp목적 : 임피던스 브리지를 이용하여 인덕턴스, 커패시턴스를 측정하여 원리를 이해하고,
그 방법을 익힌다.
이론 : 앞서 실험4 에서는 Wheastone 브리지를 사용하여 미지의 저항값을 측정하는 방법을 실험했었다. 실제로 브리지는 저항뿐만 아니라 인덕턴스, 커패시턴스, 인덕턴스 Q-지수, 커패시터의 D-지수 등을 측정하는 데에도 이용할 수 있다. 이 때 사용되는 브리지는 Wheastone 브리지의 구성저항들을 임피던스들로 확장시키는 것으로서, 임피던스 브리지라 부른다. 일반적으로, 브리지에 의한 측정은, 이미 알고 있는 정확한 임피던스 값들만을 토대로 하여 비지의 임피던스 값을 구하는 것이기 때문에, 그 측정의 정확도가 높다. 이 때 브리지의 평형상태를 감지하는 검류계 등의 감지장치는 임피던스 측정기에 영향을 주지 않는다. 본 실험에서는 임피던스 브리지를 이용하여 인덕턴스, Q-지수, 커패시턴스, D-지수 등을 측정하는 방법을 살펴보도록 하겠다.
(1)임피던스 브리지의 평형조건
그림 1은 일반적인 임피던스 브리지 회로를 보인 것이다. 그림에서 DET는 감지장치를 나타낸다. 의 그림 4와 비교할 때 저항들이 임피던스로 대체되고, 직류전원이 주파수 ω인 교류전원으로 대체된 것을 볼 수 있다.
브리지의 감지장치에 흐르는 전류가 0인 상태를 브리지의 평형상태라 한다. 평형상태에서는 전압에 대하여
와 전류에 대하여
의 관계가 성립한다. 그러므로 이들로부터 브리지의 평형조건이
임을 도출해 낼 수 있다. 이 페이서 관계식이 성립한다는 것은 양변의 크기와 위상이 각각 서로 같고, 실수부와 허수부가 각각 서로 같음을 의미하는 것에 유의해야 한다.
(2)커패시턴스의 측정
이상적인 커패시터는 커패시턴스 C만 가지지만, 실제의 커패시터는 불완전하여 그림 2와 같이 에너지 소모성 저항 R이 C와 결합된 형태로 나타난다. 이 때 커패시터의 소모성을 표시하는 척도가 D-지수이며, 직렬저항 , 병렬저항 에 대해서 각각
