電橋電路

橋路形式

如圖1.4.1所示為最常用的電阻電橋，有四個電阻組成橋臂，一個對角接電源，另一個作為輸出。

電橋各臂的電阻分別為R1、R2、R3、R4，U為電橋的直流電源電壓。當四臂電阻R1=R2=R3=R4=R時，稱為等臂電橋；當R1=R2=R,R3=R4=R'≠R時，稱為輸出對稱電橋；

當R1=R4=R，R2= R3=R'≠R時，稱為電源對稱電橋。

單臂工作：電橋中只有一個臂接入被測量，其它三個臂採用固定電阻；雙臂工作：如果電橋兩個臂接入被測量，另兩個為固定電阻就稱為雙臂工作電橋，又稱為半橋形式；全橋方式：如果四個橋臂都接入被測量則稱為全橋形式。

電橋的輸出方式有電流型和電壓型兩種，主要根據負載情況而定。

1）電流輸出型

當電橋的輸出信號較大，輸出端又接入電阻值較小的負載如檢流計或光線示波器進行測量時，電橋將以電流形式輸出，如圖1.4.2a所示，負載電阻為Rg由圖中可以得

;

所以電橋輸出端的開路電壓UAB為

(1-4-1)

套用有源-----連線埠網路定理，電流輸出電橋可以簡化成圖1.4.2a所示的電路。圖中E'相當於電橋輸出端開路電壓Uab，R'為網路的入端電阻

(1-4-2)

由圖1.4.2b可以知道。流過負載Rg的電流為 (1-4-3)

當Ig =0時，電橋平衡。故電橋平衡條件為

R1R3=R2R4或

當電橋負載電阻Rg等於電橋輸出電阻時，即阻抗匹配時，有

這時電橋輸出功率最大，電橋輸出電流為

(1-4-4)

輸出電壓為

(1-4-5)

當橋臂R1為與被測量有關的可變電阻，且有電阻增量ΔR時，略去分母中的ΔR項則對於輸出對稱電橋, R1=R2=R,R3=R4=R

對於電源對稱電橋，R1=R4=R,R2=R3=R'≠R

對於等臂電橋，R1=R2=R3=R4=R

由以上結果可以看出，三種形式的電橋，當ΔR<<R時，其輸出電流都與應變片的電阻變化率即應變成正比，它們之間呈線性關係。

2) 電壓輸出型

當電橋輸出端接有放大器時，由於放大器的輸入阻抗很高，所以可以認為電橋的負載電阻為無窮大，這時電橋以電壓的形式輸出。輸出電壓即為電橋輸出端的開路電壓，其表達式為 (1-4-6)

設電橋為單臂工作狀態，即R1為應變片，其餘橋臂均為固定電阻。當R1感受被測量產生電阻增量ΔR1時，由初始平衡條件R1R3=R2R4得，代入式（1-4-6），則電橋由於ΔR1產生不平衡引起的輸出電壓為

(1-4-7)

對於輸出對稱電橋，此時R1=R2=R,R3=R4=R?/SUP>，當R1臂的電阻產生變化ΔR1=ΔR，根據（1-4-7）可得到輸出電壓為