Прежде чем рассказывать о самом мосте, считаю нужным объяснить базовые принципы его работы, так скажем “на пальцах”. Потому-что как показывает практика, все знают что такое мосты, но нихрена не понимают как-же они на самом то деле работают.
О мостах емкости на самом то деле надо знать всего несколько тезисов, чтобы понять как они работают. Рассмотрим простейшую схему моста:
Генератор генерирует некоторые колебания с некоторой частотой, скажем 1кГц.
На вторичной обмотке трансформатора со средней точкой эти колебания повторяются, но из за фазировки частей полу-обмотки, на разных ее частях мы получаем зеркально отраженный сигнал. (запоминаем, зеркальный – сдвинутый на 180 градусов по фазе).
Это напряжение при поданное на обкладки конденсаторов C0 и Cx благодаря уже известной читателю формуле:
Создает ток через эти емкости, при этом ток чётко пропорционален их емкости. И надо еще помнить, что каждая идеальная емкость, поворачивает фазу тока, по отношению к напряжению на 90 градусов, что есть основополагающая вещь, которая позволяет нам судить, о идеальности такого конденсатора.
Последний тезис, который надо знать тебе “читатель”, это то, что когда идеально зеркальные сигналы приходящие с первичного трансформатора напряжения, проходя через абсолютно идеальные емкости C0 и Cx каждая из который вращает фазу строго на 90 градусов у поданного ей сигнала, то через емкости создается идеальный ток, но в зеркально-противоположных направлениях и складываясь, эти токи в точке “Ноль” себя полностью компенсируют, создавая в этой точке потенциал ровно 0 вольт, всегда.
ВСЕ! 
Если ты читатель это запомнил, ты знаешь принцип работы моста переменного тока от корки до корки!
А дальше лишь нюансы не идеальности нашего мира…
- Не идеальность первая – емкости конденсаторов могут быть разными, тогда токи не будут себя компенсировать, и в точке “Ноль” появится некоторый сигнал рассогласования, пропорциональный коэффициенту нестыковки емкостей.
- Не идеальность вторая – конденсаторы имеют паразитные факторы, которые можно представить в виде паралельно-включенного резистора Rx, который не дает полностью повернуть фазу тока к фазе напряжения на 90 градусов. В результате в точке “Ноль” так-же появляется сигнал рассогласования, зная на сколько он отличается по углу, от идеальных 90 градусов можно судить о величине этого паразитного сопротивления Rx.
- Не идеальность третья – всевозможные паразитные емкости, сопротивления проводников, индуктивности проводников, так-же будут вызывать рассогласование.
Тут нам открывается тайна, почему на схемке C0 и R0 нарисованы в виде подстрочников. Если алгоритмы работы моста смогут подгонкой C0 и R0 полностью устранить любой сигнал рассогласования в точке “Ноль”, то это будет означать что обе ветви схемы абсолютно равны и по емкости и по паразитам. (Запоминаем: это называется “баланс”)
Проблема только в том, что ты “читатель” сегодня захочешь измерить кондентсатор 10мкФ сравнением на мосте, а завтра ты встанешь не с той ноги, в голову может придти гениальная мысль измерить конденсатор 1пФ, тем-же мостом. А создать подстроечник C0 с таким широким диапазоном подстройки попросту не возможно. По этому трансформаторы мостов выполняются многоотводными…. ну типа как “Латр”, где бегунок бегает по обмотке, и тем самым изменяется выходная амплитуда прямого и зеркального сигналов.
А изменяя амплитуду, мы выравниваем токи через емкости, добиваясь нуля, даже если емкости C0 и Cx различаются значительно.
Магия трансформаторов в том, что соотношение амплитуд обмоток строго задается исключительно соотношением витков обмоток. И к примеру если ты читатель увеличил нагрузку на одну из обмоток, то амплитуда сигнала хоть и просядет, но сразу на всех обмотках, строго подчиняясь коэффициенту трансформации, то есть соотношению витков.
Я думаю, что теперь ты читатель уже готов увидеть реальную концептуальную схему моста Р5097, и разобрать ее со мной.
Не подготовленного читателя, она ввергнет в кататонический шок, но ты же был готов, по этому сейчас быстренько все разберем!
- Генератор “Г” генерирует наш испытательный сигнал 1кГц 5В.
- Трансформатор “ТН” это и есть аналог нашего “Ratio Transformer” с упрощенной схемы, у которого есть пять декадных обмоток (по 10 отводов каждая) и обмотки переключения диапазонов.
- Коммутируя подключения к декадным обмоткам трансформатора, мы можем набрать до 105=100 000 разных вариантов числа витков одной части обмотки нашей упрощенной схемы.
- А коммутируя подключения к диапазонной обмотке(на картинке сверху), мы можем набрать 5 вариантов второй части нашей обмотки.
Тем самым мы можем перебирать соотношения прямой и зеркальной обмоток в очень-очень широких приделах. Это позволяет нам отказаться от подстроечного конденсатора, и иметь в приборе всего несколько (два) основных опорных конденсатора строго фиксированной емкости. И переключением витков, подстроить мост на любую емкость от 0.001пФ до 99.999мкФ
(Запоминаем, конденсаторы в мосте строго фиксированного значения, а вся подстройка производится только за счет огромного количества вариантов соотношений витков.)
- Поскольку из за сопротивления меди обмоток трансформатора “ТН”, и ряда других факторов, нагрузочная способность его декадных обмоток все-же совсем не идеальна, то инженеры прибегли к дополнительным изыскам, таким как повторитель напряжения “ПН1” и суммирующий трансформатор “ТрС”.
- Трансформатор “ТНВ” с несколькими резисторами R0 это, в точности и есть, наш подстрочный резистор на упрощенной схеме. Только в реальном мосте резисторы фиксированного номинала, а их влиянием на цепь управляет трансформатор “ТНВ” тоже с 5-ю декадами по 10 отводов от каждой. Подстраивая тем самым баланс моста по паразитному фактору Rx измеряемого конденсатора Сx.
- Суммирование токов и детекция нулевого состояния моста, когда все полностью в балансе, этим занимается отдельный трансформатор “КТ” и модуль “УИ”, определяющий достижение состояния равновесия токов.
Если опустить разные нюансы по разного рода компенсациям и модуляции схемы, это вкратце все основные принципы работы моста.
Когда логика перебирая соотношение витков всех обмоток, находит баланс, и модуль “УИ” перестает чувствовать разницу токов между внутренними опорными емкостями и резисторами моста, и измеряемым конденсатором, то значит, что мы на декадах подобрали нужное соотношение и по емкости С0/Cx и по паразитному фактору R0/Rx. А четко зная те номиналы С0 R0 которые стоят в приборе, мы можем легко по положению декадных переключателей вычислить измеряемый Cx и Rx.
Именно по этому, главных мастшабных обмоток 5 в каждом трансформаторе, и они имеют по 10 отводов каждая. Чтобы положение включенной декады на трансформаторе, 0,1,2……..9, без сложной математики преобразовать в цифру на дисплее прибора. И именно по этому прибор показывает на дисплее пять цифр по емкости, и 5 цифр по потерям, что четко соответствует включенным отводам от обмоток в каждой декаде.
А теперь главная магия!!!! Запоминаем:
Применив высокостабильный набор сопротивлений R0 и конденсаторов С0, Применив трансформаторы с компенсацией проблемных факторов и компенсируя разного рода прочие мелкие проблемки, можно создать такой мост, который будет и архи-прост и при этом архи стабилен.
Конец первой части.