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文章来源：https://www.electronics-tutorials.ws/blog/wheatstone-bridge.html
惠斯通电桥是四个电阻组合的名称，这些电阻连接起来给出零中心值
惠斯通电桥菱形电路的概念是由查尔斯·惠斯通提出的，可用于精确测量未知的电阻值，或通过使用可变电阻和简单的数学公式来校准测量仪器、电压表、电流表等。 。 尽管如今数字万用表提供了测量电阻的最简单方法。惠斯通电桥可用于将未知电阻与已知电阻进行比较，以确定其值，从而允许测量
毫欧 ( mΩ ) 范围内的极低电阻值。 惠斯通电桥（或电阻桥）电路可用于多种应用，如今，借助现代运算放大器，我们可以使用惠斯通电桥电路将各种传感器和传感器连接到这些放大器电路。 惠斯通电桥电路只不过是连接在电压源端子和地之间的两个简单的串并联电阻布置，平衡时在两个并联支路之间产生零电压差。惠斯通电桥电路具有两个输入端子和两个输出端子，由四个电阻器组成，这些电阻器以熟悉的菱形排列方式配置，如图所示。这是惠斯通电桥的典型绘制方式。
惠斯通桥
平衡时，惠斯通电桥可以简单地分析为两个并联串联串。在我们关于串联电阻的教程中，我们看到串联链中的每个电阻都会产生一个IR压降，或者说是由于电流流过它而产生的电压降（根据欧姆定律定义）。考虑下面的串联电路。
由于两个电阻串联，因此相同的电流 ( i ) 流过它们。因此，流过这两个串联电阻的电流为：V/R T。 I = V ÷ R = 12V ÷ (10Ω + 20Ω) = 0.4A C点的电压（也是下电阻R 2两端的电压降）计算如下： V R2 = I × R 2 = 0.4A × 20Ω = 8 伏 然后我们可以看到，源电压V S在两个串联电阻之间进行分配，与它们的电阻成正比，即VR1 = 4V和VR2 = 8V。这就是分压原理，产生通常所说的分压器电路或分压器网络。 现在，如果我们添加另一个使用相同电阻值的串联电阻电路与第一个串联电阻电路并联，我们将得到以下电路。
由于第二个串联电路具有与第一个串联电路相同的电阻值，因此D点的电压（也是电阻器R 4两端的压降）在 8 伏时相对于零（电池负极）将相同，因为电压是共同的，两个电阻网络是相同的。 但其他同样重要的是，C点和D点之间的电压差将为零伏，因为两点的电压值相同，均为 8 伏：C = D = 8 伏，则电压差为：0 伏 当发生这种情况时，并联桥网络的两侧被称为平衡，因为C点的电压与D点的电压值相同，且差值为零。 现在让我们考虑一下，如果我们反转第二个并联支路中两个电阻器R 3和R 4相对于R 1和R 2的位置，会发生什么。
当电阻器R 3和R 4颠倒时，相同的电流流过串联组合，D点的电压（也是电阻器R 4两端的电压降）将为： V R4 = 0.4A × 10Ω = 4 伏 现在，VR4上的电压降为 4 伏，C点和D点之间的电压差将为 4 伏，如下所示：C = 8 伏，D = 4 伏。那么这次的差值是：8 – 4 = 4 伏 交换两个电阻的结果是并联网络的两侧或“臂”不同，因为它们产生不同的电压降。当这种情况发生时，并联网络被认为是不平衡的，因为C点的电压与D点的电压不同。 然后我们可以看到， ACB和ADB这两个并联臂的电阻比导致0伏（平衡）和最大电源电压（不平衡）之间的电压差，这就是惠斯通电桥电路的基本原理。 因此我们可以看到，惠斯通电桥电路可用于将未知电阻R X与其他已知值的电阻进行比较，例如，R 1和R 2具有固定值，而R 3可以是可变的。如果我们在C点和D点之间连接一个电压表、电流表或传统的检流计，然后改变电阻器R 3直到仪表读数为零，将导致两个臂平衡并且R X的值（替换R 4）如图所示。 惠斯通电桥电路
通过将上述R 4替换为惠斯通电桥传感臂中对应于R X的已知或未知值的电阻，并调整相反的电阻器R 3以“平衡”电桥网络，将导致零电压输出。然后我们可以看到平衡发生在以下情况：
给出未知电阻R X平衡时的值所需的惠斯通电桥方程如下： 其中电阻器R 1和R 2是已知或预设值。 示例1构造了以下不平衡惠斯通电桥。计算C点和D点之间的输出电压以及平衡电桥电路所需的电阻器R 4的值。
对于第一个系列臂，ACB
对于第二个系列臂，ADB
CD点电压由下式给出：
平衡电桥所需的电阻器R 4的值如下：
我们在上面看到惠斯通电桥有两个输入端（AB）和两个输出端（CD）。当电桥平衡时，输出端子两端的电压为 0 伏。然而，当电桥不平衡时，输出电压可能为正或负，具体取决于不平衡的方向。 惠斯通电桥光探测器平衡桥电路有许多有用的电子应用，例如用于测量光强度、压力或应变的变化。可在惠斯通电桥电路中使用的电阻传感器类型包括：光阻传感器（LDR）、位置传感器（电位计）、压阻传感器（应变计）和温度传感器（热敏电阻）等。 有许多惠斯通电桥应用可用于感测整个范围的机械量和电量，但惠斯通电桥的一个非常简单的应用是使用光阻器件来测量光。电桥网络内的电阻器之一被光敏电阻器 (LDR) 取代。 LDR 也称为硫化镉 (Cds) 光电池，是一种无源电阻传感器，可将可见光水平的变化转换为电阻的变化，从而转换为电压的变化。光敏电阻器可用于监视和测量光强度水平，或光源是否打开或关闭。 典型的硫化镉 (CdS) 电池（例如 ORP12 光敏电阻器）在黑暗或昏暗的光线下通常具有约 1 兆欧 (MΩ) 的电阻，在 100 勒克斯的光强度（典型的光线充足的房间）下约具有 900Ω 的电阻，在明亮的阳光下可降至 30Ω 左右。然后，随着光强度的增加，电阻减小。通过将光敏电阻连接到上面的惠斯通电桥电路，我们可以监视和测量光水平的任何变化，如图所示。 光检测
如图所示，LDR 光电管连接到惠斯通电桥电路，以产生光敏开关，当感测到的光水平高于或低于由VR1确定的预设值时，该光敏开关就会激活。在此示例中，V R1为 22k 或 47kΩ 电位计。 运算放大器作为电压比较器连接，参考电压V D施加到非反相引脚。在本例中，由于R 3和R 4都具有相同的10kΩ值，因此在D点设置的参考电压将等于Vcc的一半。即Vcc/2。 电位器V R1设置跳变点电压V C，施加到反相输入并设置为所需的标称亮度水平。当C点电压小于D点电压时，继电器接通。 调节V R1可设置C点的电压，以在所需的光水平或强度下平衡电桥电路。 LDR可以是任何在低光水平下具有高阻抗并且在高光水平下具有低阻抗的硫化镉器件。 请注意，只需在设计中调换LDR和R 3的位置，该电路即可用作“光激活”开关电路或“暗激活”开关电路。 除了将未知电阻与已知电阻进行比较之外，惠斯通电桥在电子电路中还有许多用途。当与运算放大器一起使用时，惠斯通电桥电路可用于测量和放大电阻R X的微小变化，例如，由于光强度的变化，如我们上面所见。 但桥式电路也适用于测量其他变化量的电阻变化，因此通过将上述光阻式LDR光传感器替换为热敏电阻、压力传感器、应变片等传感器，并交换其位置LDR和V R1 ，我们可以将它们用于各种其他惠斯通电桥应用。
此外，可以在由电阻器R 1至R 4形成的电桥的四个臂（或分支）内使用多个电阻传感器，以产生“全桥”、“半桥”或“四分之一桥”电路布置，从而提供惠斯通电桥的热补偿或自动平衡。
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雷达卡
发表于 2024-3-25 23:08:41
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