1-DHQJ-1非平衡电桥.doc

多功能电桥的原理和应用 电桥可分为平衡电桥和非平衡电桥，非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥。以往在教学中往往只做平衡电桥实验。近年来，非平衡电桥在教学中受到了较多的重视，因为通过它可以测量一些变化的非电量，这就把电桥的应用范围扩展到很多领域，所以在工程测量中非平衡电桥也得到了广泛的应用。 一、实验目的 1、掌握用惠斯通电桥测电阻的原理与方法 2、掌握非平衡电桥的工作原理以及与平衡电桥的异同 3、掌握利用非平衡电桥的输出电压来测量变化电阻的原理和方法 4、掌握功率电桥的功率输出。 二、实验原理 1、惠斯通电桥 惠斯通电桥（也称单臂电桥）的电路如图3－5－1所示，四个电阻R1、R2、Rb、RX组成一个四边形的回路，每一边称作电桥的一个臂。在一对对角AC之间接入电源，而在另一对角BD之间接入检流计，构成所谓“桥路”。所谓“桥”本身的意思就是指这条对角线BD而言。它的作用就是把“桥”的两端点联系起来，从而将这两点的电位直接进行比较。B、D两点的电位相等时称作电桥平衡。反之，称作电桥不平衡。检流计是为了检查电桥是否平衡而设的，平衡时检流计无电流通过。用于指示电桥平衡的仪器，除了检流计外，还有其它仪表，它们称为“示零器”。当电桥平衡时，B和D两点的电位相等，容易证明，这时有下式成立若R1、R2、R0均已知，即可由上式求出。2. 电桥的灵敏度公式是在电桥平衡的条件下推导出来的。而电桥是否平衡，实验上是看检流计有无偏转来判断的。当我们认为电桥已达到平衡时Ig＝0，而Ig不可能绝对等于零，而仅是Ig小到无法用检流计检测而已。例如，有一惠斯通电桥上的检流计偏转一格所对应的电流大约为10－6安培，当通过它的电流为10－7安培，指针偏转1／10格，我们是可以察觉出来的，当通过它的电流小于10－7安培时，指针的偏转小于1／10格，我们就很难察觉出来了。为了定量地表示检流计不够灵敏带来的误差，可引入电桥灵敏度S的概念，它的定义是S=ΔRX是当电桥平衡后把RX改变一点的数量，而Δn是因为RX改变了ΔRX电桥略失平衡引起的检流计偏转格数。 非平衡电桥在构成形式上与平衡电桥相似，但测量方法上有很大差别。平衡电桥是调节R3使I0=0，从而得到 ，非平衡电桥则是使R1、R2、R3保持不变，RX变化时则U0变化。再根据U0与RX的函数关系，通过检测U0的变化从而测得RX。由于可以检测连续变化的U0，所以可以检测连续变化的RX，进而检测连续变化的非电量。 非平衡电桥的桥路形式 1、等臂电桥 电桥的四个桥臂阻值相等，即R1=R2=R3=RX0；其中RX0是RX的初始值，这时电桥处于平衡状态，U0=0。 2、卧式电桥也称输出对称电桥 这时电桥的桥臂电阻对称于输出端，即R1= R3，R2= RX0，但R1≠R2 立式电桥也称电源对称电桥 这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称相等即 R1=R2 RX0=R3 但R1≠R3 比例电桥 这时桥臂电阻成一定的比例关系，即R1=KR2，R3=KRX0或R1=K R3，R2=K RX0，K为比例系数。实际上这是一般形式的非平衡电桥。 （二）非平衡电桥的输出 非平衡电桥的输出接负载大小分类又可分为两种。一种是负载阻抗相对于桥臂电阻很大，如输入阻抗很高的数字电压表或输入阻抗很大的运算放大电路；另一种是负载阻抗较小，和桥臂电阻相比拟。后一种由于非平衡电桥需输出一定的功率，故又称为功率电桥。 根据戴维南定理，图1所示的桥路可等效为图2（a）所示的二端口网络。 图 2（a） 图 2（b） 其中U0C为等效电源，Ri为等效内阻。 由图1可知，在RL=∞时，等效电源电压值为： 根据戴维南定理，将E电源短路，得到图2（b）电路，据此可求出电桥等效内阻： 根据图2（a）电路，得到电桥接有负载RL时输出电压： （1） 电压输出的情况下RL→∞，所以有 （2） 根据（1）式，可进一步分析电桥输出电压和被测电阻值关系。 令Rx=RX0+ΔR，Rx为被测电阻，ΔR为电阻变化量。 根据（1）式， 因为RX0为其初始值，此时电桥平衡，有，