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1、-浅析电桥电路及其假设干应用摘要：说明了电桥电路的工作原理和特点，浅谈了电桥电路中的平衡问题和几种平衡电桥的方法。最后，列举了一些电桥电路在工程实际中的应用。关键字：电桥电路工作原理平衡Abstract：Illustrates the working principle and characteristics of bridge circuit, mainly talks about the balance of the bridge circuit, some of the ways to balance bridge.Finally, lists some bridge circuit i
2、n the practical engineering application.Keywords：bridge circuit，working principle，blance引言在工程实际中，被测量往往都是非常微弱的，必须用专门的电路来测量这种微弱的变化，最常用的电路就是电桥电路，它是测试系统中不可或缺的一局部，是信号处理的关键。由于具有灵敏度高、准确度高、非线性误差小、可测差动变化方向、还可抑制共模干扰信号和消除温度误差等特点，在工程实际中有着广泛的应用。1、电桥电路工作原理和特点在电阻应变测量中，由于应变片的电阻变化非常小一般是百分之几到万分之几，用一般的测量仪表不能直接准确测量，因此必
3、须运用*种形式的测量电路。通常采用电桥电路将微小的电阻变化量转换成易于放大和记录的电压或电流的变化量，经电子放大器放大后，用仪表显示或者记录。电桥电路具有灵敏度高可测量数量级的微小电阻变化、构造简单、线性度好、测量围宽、易于实现温度补偿等优点，在测试技术中得到广泛的应用。电桥电路按照其工作方式可以分为平衡电桥和非平衡电桥。1平衡电桥的工作方式为：测量前将电桥调节为平衡状态，测量时因桥臂阻值发生变化让电桥失去平衡，此时调节电桥的*桥臂的电阻值使电桥重新回到平衡状态使电桥输出为零，再以该桥臂电阻的调整量读出被测信号的大小。其优点是测量精度高，但此方法在读数前要再次调节使电桥平衡，故只用于静态测量。
4、非平衡电桥的工作方式为：测量前将电桥调节为平衡状态，测量时因桥臂阻值发生变化使电桥失去平衡，此时可在其测量端接指示仪器直接读出输出的电压或电流，当输出的为电压信号时称为电压桥，输出为电流时称为功率桥。在传感器应用中主要采用不平衡电桥。在实际测量中，无论采用哪种方式都必须在测量之前将电桥调节为平衡状态。事实上，由于各枚应变片的测量误差、各条导线的电阻和各焊接点的接触电阻的差异，以及分布电容影响等，使得各桥臂的阻值不可能完全相等。这样，在测量前电桥就失去平衡，输出一个虚假应变信号，从而造成测量误差。故在电桥电路中，必须设置预调平衡装置，使各桥臂的电阻值满足电桥电路的平衡条件R1R3=R2R4 (R
5、1、R3、R2、R4分别为电桥电路 4 个桥臂的阻值。电桥加减和差特性是电桥电路非常重要的特性之一，也是电桥电路组桥接线的重要依据。根据电桥的工作原理，当电桥为全等臂电桥R1=R3=R2=R4=R0且各桥臂的电阻分别发生变化R1、R3、R2、R时，电桥输出电压为：由上式可以看出，电桥的输出电压与电阻变化及应变的符号相关，式1可称为电桥加减特性的表达式，其表现了电桥的一个重要特性电桥加减特性。该特性也可表述为：相邻桥臂，同号相减，异号相加；相对桥臂，同号相加，异号相减。22、电桥电路中的平衡问题2.1电桥电路的平衡当电桥处于平衡状态时,被测电阻的值只与R1、R3、R2、的值有关,即: 而与所使用
6、的电源的电动势(或)的值和电流表的阻无关。但是,在实施具体测量时,由于电流表的灵敏度所限,当观察到电流表指针指零时,电桥并不一定平衡,从而会给测量结果带来较大的误差。假设我们把电流表指针指零时叫做电桥的视平衡,则,判定电桥是处于平衡还是处于视平衡,就成为减小测量误差的很重要的一个方面。所以,在实际测量阻值时,采用如图2所示的电路来做出该进,图2与图1相比多了变阻器R和r3，以此来提高测量的准确度。2.2利用积分反应电路实现桥路自动平衡如图3所示,由A3、R、C组成的积分电路,其输入、输出关系为:式中为积分时间常数。如果将积分电路的输入端接放大器输出端，积分电路的输出端接放大器参考端,则由于负反
7、应作用,放大器输出端的电压会因参考端电压的变化而逐渐趋于零,从而到达调零的目的,归零的时间与积分时间常数r有关。r越大,则归零时间越长,但电容器漏电和电路寄生参数的影响将增加;r假设小,则积分漂移将增大。故r值的选取是有限的,一般取成为宜。调零的目的是为了测试,因此,调零完毕后,还要将积分电路的输入端与放大器输出端断开,这时候放大器输出端假设要保持无零偏状态,则积分电路的输出端应保持断开前的电压值,这就要求电容器无漏电。所以在实际应用中,应尽可能选取漏电阻大,泄漏小的电容器,如聚苯乙烯等电容器,这对电路平衡的保持时间至关重要。4该电路构造简单,制作方便,价格廉价,调零效果好,但对器件性能要求高
8、,保持时间较短。2.3利用A/D,D/A转换器实现桥路自动平衡如图3所示,该电路利用二进制计数器的计数输出端作为D/A转换器的数字信号输入,D/A转换器的模拟输出信号经放大(或反向放大)后送到仪表放大器的参考端。当按下自动平衡按钮后,通过单稳电路给一定时脉冲使计数器清零,同时启动振荡器工作。计数器清零后,D/A转换器输出一固定负的(或正)电压值,经反向放大后送到仪表放大器的参考端,此时不管零偏为正或为负,加在仪表放大器参考端的大电压值可保证其输出均为一正电压值甚至过载(可用表头显示),随着计数器的不断计数,D/A转换器的输出逐渐由负值向正值变化,仪表放大器的参考端电压则由正向负变化,相应其输出
9、也不断减小,当其输出值由正电压变为负电压的瞬间,过零检测电路给出信号使振荡器停振,计数器停顿工作,D/A转换器的输出值也不再变化,这时仪表放大器的输出根本无零偏(1mV左右)。由于计数器的记数值是被保持的,故加到仪表放大器的参考端电压值在调零完毕后仍保持不变,只要没有新的失衡或断电,电路的平衡状态可以得到长时间的保持。43、电桥电路的实际应用3.1收录机中直流电机的电子稳速图4电路是收录机电桥稳速电路图。转子在旋转中产生反电动势,而反电动势的大小与转速成正比,电子稳速电路就是利用这个反电动势来控制转速的。由图中知,转子线圈的直流电阻、和共同组成桥式电路的四个臂。电路正常工作时,A、B两点有一个
10、电位差(A点负于B点),维持晶体管、处于工作状态。改变的大小,可以改变电机的额定转速。假设增加,则的基极电位。令的反射极与基极的电位差个的集电极电流个的集电极电流也相应个相当于减小了调整管的阻,提高电机的供电电压,使电机的额定转速提高。电路中也可采用降低电阻降低转速的方法。电路中采用平衡电桥可以提高电机转速的稳定性。3.2用于电冰箱热敏电阻式温控器电冰箱用于温度控制的平衡电桥原理图如图5所示。这种温控器所用的感温元件是一支热敏电阻。它的工作原理是将热敏电阻直接放在箱空间的适当位置,利用热敏电阻受到箱较小的温度变化(一般为)影响时,其电阻值发生相应变化,因此可利用平衡电桥的组成来改变通过半导体三
11、极管的基极电流,再经放大,便可带动控制制冷压缩机的开动或停顿运转的继电器,到达对电冰箱箱温度的直接控制。箱温度控制图如图二所示。控制局部完全可以画成图示的电桥电路,其中是热敏电阻。3.3电视机中和电路以上两电路均是用电阻组成的电桥,而电视机中和电路采用电容组成电桥。原理图如图6所示。由于VHF高频放大器一般采用共发射极电路,当电路工作频率高时,晶体管集电极和基极间的极间电容。会把高放管的输出信号反应到输入端,如图6a所示。这样会造成高频放大器自激使电路工作不稳定。为减小这种反应,除了选用。小的高放管外,有时还在电路中加中和电容。将图6a改成图三b。图中、与组成一个电容电桥电路两端电压作为电桥的
12、信号源电压。适当调整G的大小，可使使电桥平衡。电桥平衡后,不管高放级输出电压(即L,两端电压)有多大,在高放管输入端也不会有反应电压。同时,加至混频管基极的本振信号,也不能通过电桥传至天线产生寄生调幅。5结论电桥电路具有灵敏度高、构造简单、线性度好、测量围宽、易于实现温度补偿等优点，在测试系统和电力系统中得到广泛的应用，从日常生活中的电器到工业装备中的电力电子系统都有电桥电路的用武之地，尤其在机电一体化的潮流中，电桥电路将发挥不可替代的作用。参考文献1黎景全.轧制工艺参数测试技术第 3 版M.：冶金工艺，2010.2许文林,程茁,蔡舰. 一种用于电桥电路的辅助平衡装置J. 科技学院学报(自然科学版),2012,06:132-135.3琪. 浅谈电桥电路中变阻器R和r作用J. 职业技术学院学报,2004,04:47-48.4跃波,锋. 几种典型电桥自动平衡电路工作原理和性能分析J. 电子测量技术,1999,01:47-50.5胡承忠. 常用家用电器中的电桥电路J. 师专学报,1998,05:57-58. z.
