精确测量利器：电阻电桥详解及其关键问题

电子设计基础：电阻电桥的基础（一） 电桥电路是电子设计中的核心概念，特别是在需要精确测量和信号处理的场合，如电阻值测量和传感器应用。本文首先介绍了惠斯通电桥，这是一种早期用于精确电阻测量的经典电路，其优点在于能够避免精确电压基准和高阻仪表的需求。电桥电路的核心在于其差分输出特性，通过调整桥路中电阻的比例关系，实现对输入参数的敏感响应。 在实际应用中，电桥电路被广泛用于传感器检测，如应变计，其工作原理是基于电阻随外部参数变化而变化的特性。文章详细探讨了电桥中的关键问题，如噪声、失调电压（包括失调电压和失调电压漂移）、共模电压以及激励电压。噪声会影响测量精度，而失调电压和漂移则是长期稳定性的挑战。共模电压是由于电源或环境因素引起的与信号相同极性的电压，可能干扰测量结果。激励电压的选择和控制对于确保电桥性能至关重要。 本文分为两部分，第一部分重点讲解了低输出信号电桥的设计，如导线或金属箔应变计，这些电路对于输出信号的线性和灵敏度有着特殊的要求。在这样的电桥配置中，如果所有电阻都采用相同的标称值，并且一个或多个电阻作为有源电阻（即其阻值会随外部参数变化），输出电压会与电阻变化成比例，如四个有源电阻的情况，输出电压与dR/R成线性关系。 第二部分则会深入介绍高输出信号电桥，例如使用硅应变仪的电桥，这种电路通常用于需要更高测量精度和动态范围的应用。在只有一个或两个有源电阻的配置中，虽然输出信号可能会减小，但可以通过优化设计来提高测量的准确性和稳定性。 学习和掌握电阻电桥的基础知识对于电子设计工程师来说至关重要，它涉及到电路设计、误差分析和信号处理等多个方面。理解这些核心概念有助于在实际项目中有效地应用电桥电路，实现精确和可靠的测量。