惠斯通电桥的工作原理、电路图及电阻测试方法

惠斯通电桥也被称之为电阻桥，即由“查尔斯·惠斯通”发明。该桥式电路用于计算未知电阻值，并作为调节测量仪器、电流表、电压表等方式之一。

如今，惠斯通电桥被用于许多应用中，例如：它可以与现代运算放大器一起使用，将各种传感器和换能器连接到放大器电路。惠斯通桥式电路由两个简单的串联和并联电阻构成，位于电源端子和接地端子之间。当电桥平衡时，接地端子在两个并联支路之间产生零电压差。

另外，惠斯通电桥由两个i/p和两个o/p端子组成，包括四个排列成菱形的电阻器。

惠斯通电桥工作原理

惠斯通电桥广泛用于测量电阻。该电路由两个已知电阻、一个未知电阻和一个可变电阻组成，它们以电桥的形式连接。当调节可变电阻时，电流计中的电流变为零，两个未知电阻之比等于未知电阻值与调节后可变电阻值之比。通过使用惠斯通电桥，可以轻松测量未知电阻值。

惠斯通电桥电路布置

惠斯通电桥的电路图如下所示。该电路设计有四个臂，即AB、BC、CD和AD，由电阻P、Q、R和S组成。在这四个电阻中，P和Q是已知的固定电阻。检流计通过S1开关连接在B和D端子之间。电压源通过开关 S2连接到A&C端子。

另外，可变电阻器“S”连接在端子C和D之间。当可变电阻器的值调整时，端子D的电位会发生变化。例如，电流I1和I2流过点ADC和ABC。当臂CD的电阻值发生变化时，I2电流也会发生变化。

如果倾向于调整可变电阻，则当电阻器S上的电压降（即I2.S）变得特别能够影响电阻器Q上的电压降（即 I1.Q）时，出现一种情况是可能会返回一次。因此B点的电位等于D点的电位，而这两个点的电位差 b/n为零，所以通过检流计的电流为零。然后，当S2开关闭合时，检流计中的偏转为零。

惠斯通电桥推导公式

从上面的惠斯通电桥电路图可以看出，电流I1和I2分别是：

I1=V/P+Q、I2=V/R+S

现在B点相对于C点的电位是Q晶体管两端的电压降，则等式为：

I1Q= VQ/P+Q…………………………..(1)

D点相对于C的电位是电阻S两端的电压降，则等式为：

I2S=VS/R+S…………………………..(2)

从上面的等式1和2我们得到：

VQ/P+Q = VS/R+S

Q/P+Q = S/R+S

P+Q/Q=R+S/S

P/Q+1=R/S+1

P/Q=R/S

R=SxP/Q

在上式中，P/Q和S的值是已知的，因此可以很容易地确定R值。

惠斯通电桥的电阻P、Q等是一定比例的，它们是1：1；10:1（或）100:1，称为比率臂，变阻器臂S始终在1-1,000欧姆或1-10,000欧姆之间变化。

惠斯通电桥示例演示

下面的电路是一个不平衡的惠斯通电桥，计算C和D点的o/p电压，需要电阻R4的阻值来平衡电桥电路。

在上述电路中，第一个串联臂为ACB：

Vc= (R2/(R1+R2)) X Vs，其中：

R2=120ohms, R1=80 ohms, Vs=100

将这些值代入上式可以得到：

Vc= (120/(80+ 120)) X 100 = 60伏特

上述电路中的第二个串联臂是ADB：

VD = R4/(R3+R4) X Vs，代入值得到：

VD= 160/ (480+160) X 10 =25伏特

这样，C和D点之间的电压为：

Vout= VC-VD=60伏特 - 25伏特 = 35伏特。

平衡惠斯通电桥所需的R4电阻值如下：

R4= R2 R3/R1 = 120X480 / 80 = 720 ohms。

因此，最后可以得出结论，惠斯通电桥有两个i/p和两个o/p端子，即A&B、C&D。当上述电路平衡时，o/p端子上的电压为零伏。当惠斯通电桥不平衡时，o/p电压可能为+ve或-ve，具体取决于不平衡方向。

惠斯通电桥的应用

惠斯通电桥的应用是使用惠斯通电桥电路的光检测器，电路图如下：

平衡桥电路在许多电子应用中用于测量光强度、应变或压力的变化。可用于惠斯通电桥电路的不同类型的电阻传感器包括：电位器、LDR、应变计和热敏电阻等。

惠斯通电桥应用用于感测电气量和机械量。但是，简单的惠斯通电桥应用是使用光阻器件进行光测量。在惠斯通电桥电路中，将一个光敏电阻器放置在其中一个电阻器的位置。

LDR是一种无源电阻传感器，用于将可见光水平转换为电阻变化和电压变化。LDR可用于测量和监控光强度水平。LDR在100勒克斯的光强度下具有大约900Ω的暗光或暗光下的几兆欧电阻，而在强光下低至约 30欧姆。通过在惠斯通电桥电路中连接光敏电阻，可以测量和监测光照水平的变化。

总结

简单来说，惠斯通电桥是一种可以精确测量电阻的仪器，通用的惠斯通电桥电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，G为检流计，用以检查它所在的支路有无电流。它与应用程序一起工作，是一种精度很高的电阻测量方式。