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[導(dǎo)讀]斯特通電橋是一種非常適合精密測量電阻量的電路。雖然已經(jīng)發(fā)明了近150年,但其依然因其極高的測試精度而受到電子工程師的青睞。電橋的工作原理是什么? 看這種比較簡單的理

斯特通電橋是一種非常適合精密測量電阻量的電路。雖然已經(jīng)發(fā)明了近150年,但其依然因其極高的測試精度而受到電子工程師的青睞。

電橋的工作原理是什么?

 

 

看這種比較簡單的理解方式。在這張圖紙里,一共有兩個(gè)支路:R1和R2組成一個(gè),R3和R4組成另一個(gè)。根據(jù)圖紙上的電阻值來看,R1和R3之間的電壓值將會是相等的,而R2和R4之間的電壓值也會是相等的。這是因?yàn)镽1和R2之間的電阻值之比與R3和R4之間的電阻值之比相等,因此他們分得的電壓也是相等的。這就使得A點(diǎn)和C點(diǎn)的電勢是相同的。如果你用導(dǎo)線將A和C連接起來,這兩點(diǎn)之間是沒有電荷流動的。這時(shí)候你可以稱電橋是平衡的。

 

 

現(xiàn)在我們假設(shè)電阻R4的值未知(并設(shè)它為Rx),并在上個(gè)電路中的A和C點(diǎn)處串接一只電流表。若電流表示數(shù)為0的時(shí)候,我們即可立刻得出電阻Rx的值——因?yàn)槿缟衔乃?,AC兩點(diǎn)間無電流流動的時(shí)候,AC兩點(diǎn)電壓一定相同,所以可以得到R1和R2之間的電阻值之比與R3和R4之間的電阻值之比也相等。即可算出Rx的電阻值。Rx=(R2 x R3)/R1.

不過如果G的示數(shù)不為零,我們該怎么辦呢?這時(shí)候AC兩點(diǎn)的電壓肯定不相等,我們可將R2換成一只可變電阻,并重復(fù)試驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)中,接通電源并開始調(diào)整可變電阻。注意到在上一張圖中,B點(diǎn)和D點(diǎn)在電路中其實(shí)是相同的點(diǎn),因此我們可以把它們畫在一起。在調(diào)整電阻的過程中,你會發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)出現(xiàn)變化,而調(diào)整至電流表沒有示數(shù)后,說明達(dá)到了和第一種情形下的狀態(tài)相同的狀態(tài)。此時(shí)你可以按照第一種情形下的計(jì)算公式,將可變電阻的阻值代入并算出Rx的電阻值。

電橋究竟能干什么?

 

 

事實(shí)上,通過計(jì)算原理圖中的AC兩點(diǎn)的電壓差,你可通過三個(gè)已知電阻的阻值來直接算出一個(gè)未知電阻的阻值,這樣計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)主要有二:你可以通過這樣的方式測量一個(gè)很難到達(dá)位置的電阻阻值,比如埋在混凝土里的測溫電阻的阻值。而另一方面,這樣測量的精準(zhǔn)度也要比直接測量電阻時(shí)儀表的測量精度高。對于較小的電阻阻值測量時(shí),我們不再需要將其放大,而是在其他三個(gè)精度較高的電阻幫助下,直接通過電壓的差值來直接運(yùn)算出精確度很高的電阻阻值。

一個(gè)比較經(jīng)典的應(yīng)用就是測量微小的應(yīng)力變化。所有應(yīng)力變化反映在應(yīng)力片上的體現(xiàn)就是在應(yīng)力片彎曲時(shí),其電阻發(fā)生了非常微小的變化。這種應(yīng)力片主要被深埋在建筑或橋梁的內(nèi)部,用以檢測內(nèi)部力的變化。

 

 

測量電阻時(shí),我們也是使用一個(gè)電橋電路,將電阻值的變化轉(zhuǎn)化成電壓值的變化并送入放大器。通過測量電壓值,從而能夠得到電阻值。這種測量方法十分普遍,并且有效。

明白了電橋的原理,下次設(shè)計(jì)溫敏或者光敏電路的時(shí)候,明白該用什么樣的方法測量微小的電阻量了嗎?

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