精确测量电桥：理解与应用

电子设计基础：电阻电桥基础（一）深入讲解了电桥电路的核心原理和实际应用中的关键要素。电桥电路，尤其是惠斯通电桥，曾被用于精密测量电阻，但现在在传感器检测领域得到了广泛应用。文章的重点在于理解和解决电桥测量过程中的噪声、失调电压及其漂移、共模电压以及激励电压等问题。 首先，惠斯通电桥的基本配置由四个电阻组成，输出电压Vo是输入激励电压Ve和电阻比率的函数，其数学表达式在不同条件下可以简化。当输出电压Vo+和Vo-相等时，电桥对电阻变化非常敏感。有源电阻是指随着待测参数改变而变化的电阻，例如在压力检测中，四个应变计可能同时作为有源电阻，其阻值随压力变化而变化。 文章特别关注了四种可能的有源电阻组合情况： 1. 四个有源元件：所有电阻都参与测量，如在压力检测中，两个应变计受压增加，两个减少，输出电压与电阻变化成线性关系，但同时也与变化的比例dR/R有关，这在选择传感器时需考虑。 2. 一个有源元件：在这种情况下，一个电阻作为有源电阻，其他作为固定电阻，适用于电阻变化较小的场景。 3. 两个有源元件：电桥中有两个电阻受到测量影响，这可能导致非线性输出，但可以通过调整设计来优化测量精度。 4. 四个有源元件中的两个或更多：这种情况下，输出信号可能更复杂，需要更精细的分析和补偿策略。 电桥测量过程中，噪声是个关键问题，它可能来自外部环境干扰或内部电路的随机波动。失调电压是电桥静态平衡时的误差，而失调电压漂移则是由于温度或其他因素导致的失调电压变化。共模电压则是输入信号中的直流分量，可能会干扰电桥的平衡。激励电压的选择对电桥性能有很大影响，过高或过低都可能导致测量误差。 掌握电阻电桥的基础知识，包括正确设置和处理上述因素，对于在电子设计中实现精确测量至关重要。后续文章“电阻电桥基础（二）”将进一步探讨在使用硅应变仪等高输出信号电桥时的特定技术和注意事项。