信號鏈基礎(chǔ)知識之橋接

測量現(xiàn)實(shí)世界現(xiàn)象的許多傳感器都以改變電阻的形式表現(xiàn)其輸出：熱敏電阻為溫度敏感型電阻，應(yīng)變計(jì)隨作用力而改變電阻大小，諸如此類。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員面對的挑戰(zhàn)是如何精確地測量電阻。

圖 1 簡易分壓器

圖 1 顯示的是您如何使用一個(gè)分壓器測量電阻。VE 表示激發(fā)電壓。RG 值為：

就大多數(shù)傳感器而言，如果 R1 和 RG 的值大約相等，則該電路往往會產(chǎn)生非常小的電壓變化，且具有較大的失調(diào)電壓。當(dāng)失調(diào)量未知時(shí)，要進(jìn)行測量非常困難且關(guān)系也為非線性。增加一個(gè)分壓器并差分測量輸出可以消除大失調(diào)量，請見圖 2。

圖 2 增加第二個(gè)分壓器并進(jìn)行差分測量

該電路的輸出電壓為：

其假設(shè)，靜止 RG 約等于 R1，同時(shí)所有 R1 均非常近似。橋接傳感器幾乎總是以這種方法來構(gòu)建。請注意，關(guān)系仍為非線性。

圖 3 繪制橋接的傳統(tǒng)方法

圖 3 所示的電路與圖 2 所示的電路具有相同的電氣特性。這就是繪制橋接傳感器的常見方法。請注意，圖 2-3 所示橋接并非真的與您在學(xué)校所學(xué)的惠斯通橋接相同。

圖 4 所示的惠斯通橋接是一款我們所熟悉的電路，主要用于高精度地測量電阻。1833 年， Hunter Christie 發(fā)明了這種電路，隨后 Charles Wheatstone 對其進(jìn)行了研究，并做了廣泛的分析，Wheatstone 橋接便因此得名。Wheatstone 還首次運(yùn)用獨(dú)特的鉆石形風(fēng)格繪制這種電路，并一直沿用至今。

圖 4 Wheatstone 橋接

Wheatstone 橋接的原理是：如果交叉分支的三個(gè)電阻和電流均已知，則可計(jì)算得到第四個(gè)電阻。使用一個(gè)高靈敏度電流計(jì)，可以非常精確地探測到零電流，因此能夠非常精確地實(shí)施測量。所以，當(dāng)電流為零時(shí)，橋接獲得平衡，而第四個(gè)電阻與其他三個(gè)電阻相等——但只有在這三個(gè)電阻都相等的條件下，如圖 2-3 所示。

當(dāng)前，大多數(shù)人都測量電壓差分而非電流，與圖 2-3 所示情況類似。