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      信号链基础知识之桥接
      2010年1月26日 11:25  21ic  作 者:Rick Downs,德州仪器 (TI)

      高精度模拟应用工程测量现实世界现象的许多传感器都以改变电阻的形式表现其输出:热敏电阻为温度敏感型电阻,应变计随作用力而改变电阻大小,诸如此类。系统设计人员面对的挑战是如何精确地测量电阻。

      图 1 简易分压器

      图 1 显示的是您如何使用一个分压器测量电阻。VE 表示激发电压。RG 值为:

      就大多数传感器而言,如果 R1 和 RG 的值大约相等,则该电路往往会产生非常小的电压变化,且具有较大的失调电压。当失调量未知时,要进行测量非常困难且关系也为非线性。增加一个分压器并差分测量输出可以消除大失调量,请见图 2。

      图 2 增加第二个分压器并进行差分测量

      该电路的输出电压为:

      其假设,静止 RG 约等于 R1,同时所有 R1 均非常近似。桥接传感器几乎总是以这种方法来构建。请注意,关系仍为非线性。

      图 3 绘制桥接的传统方法

      图 3 所示的电路与图 2 所示的电路具有相同的电气特性。这就是绘制桥接传感器的常见方法。请注意,图 2-3 所示桥接并非真的与您在学校所学的惠斯通桥接相同。

      图 4 所示的惠斯通桥接是一款我们所熟悉的电路,主要用于高精度地测量电阻。1833 年, Hunter Christie 发明了这种电路,随后 Charles Wheatstone 对其进行了研究,并做了广泛的分析,Wheatstone 桥接便因此得名。Wheatstone 还首次运用独特的钻石形风格绘制这种电路,并一直沿用至今。

      图 4 Wheatstone 桥接

      Wheatstone 桥接的原理是:如果交叉分支的三个电阻和电流均已知,则可计算得到第四个电阻。使用一个高灵敏度电流计,可以非常精确地探测到零电流,因此能够非常精确地实施测量。所以,当电流为零时,桥接获得平衡,而第四个电阻与其他三个电阻相等——但只有在这三个电阻都相等的条件下,如图 2-3 所示。

      当前,大多数人都测量电压差分而非电流,与图 2-3 所示情况类似。

      编 辑:王群芳
      关键字搜索:热敏电阻  
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