电桥放大器的原理及应用
电桥放大器的原理及应用
摘要：在非电量测量仪器中经常采用电阻传感器,通过对电阻传感器中电阻的相对变化的测量来检测一些非电量。电阻传感器都是通过电桥的连接方式,将被测非电量转换成电压或电流信号，并用放大器做进一步放大。这种由电阻传感器电桥和运放组成的运放电路被称为电桥放大器。电桥放大器是非电量测试系统中常见的一种放大电路[1]。本文将主要介绍电桥放大器的原理、应用及应用中出现的问题和解决办法。
关键词：电桥放大器；非电量测量；非线性误差
The Principle and Application of the Bridge Amplifier Abstract:Resistive sensors are often used in non-power measuring instruments and the measurement of the resistor's relative change in resistive sensor can be used to detect some of the non-electricity. Resistive sensors are based on the connection of the bridge and the measured non-electricity is converted into a voltage or current signal and then amplifier further amplification. The op amp circuit composed of resistive sensor bridge and op amp is called Bridge Amplifier. Bridge Amplifier is a common kind of amplifier circuit in a non-electricity test system.This article will focus on the Bridge Amplifier's principles,applications,application problems and solutions.
Keywords: Bridge amplifier；Non-power measurement；Nonlinearity error
引言
在现代电子技术的发展中，电子检测技术得到了广泛的应用，在非电量的检测中, 常常使用电阻传感器将一些非电物理量如压力、光、热、湿度、流量等转换为电阻量的变化, 然后再转换为电压进行测量。由于传感器的变化量常常是在一个参考状态的初始值基础上进行变化, 为了获取纯变化量, 一般利用电桥电路来抑制初始值。在电桥电路的输出较小时, 又需要用集成运算放大器与之配合, 这样就形成了应用广泛的电阻电桥传感放大器[2]。本文将对电桥放大器做一些研究，先阐述其基本原理，然后再讨论其应用及在应用中出现的问题和解决方法。
1电桥放大器
1.1 单端反相输入电桥放大器
图1所示为单端反相输入电桥放大器电路。图中，电桥对角线a 、b 两端的开路输出电压ab U 为
图1 单端反相输入电桥放大器
ab U 通过运算放大器A 进行放大。
由于电桥电源U 是浮置的，所以U 在1R 和2R 中无电流流过。因a 点为虚地，故0U 反馈到1R 两端的电压定是ab U -，即
于是可得
若令)1(3421δ+====R Z R Z Z Z ，，δ为传感器电阻的相对变化率，R R /?=δ，则有
由此可知，单臂反相输入电桥放大器的增益与桥臂电阻无关，增益比较稳定，只需要调节1R 或2R ，就可以方便的实现电路增益的调节。但该电路的电桥电源一定要浮置，这给电路设计带来麻烦，而且电路输出电压0U 与桥臂电阻的相对变化率δ是非线性关系，只有当1<<δ时，0U 与δ才近似按线性变化[3]。 1.2 差动输入电桥放大器
图2所示电路是把传感器电桥两输出端分别与差动运算放大器的两输入端相连，构成差动输入电桥放大器。
U
Z Z Z Z Z Z U )(
3
13424
ab +-+=U
Z Z Z Z Z Z R R R U )(3
13424
2110+-+=+23142011324-(1)()()
Z Z Z Z R U U R Z Z Z Z =+
++201(1)
412
R U U R δ
δ
=+
+
图2 差动输入电桥放大器
当R R >>2时有：
若运算放大器为理想工作状态，即N I u u =，可得：
设可变电阻的变化系数1<<δ,且R R >>2,则上式可以简化为：
式中E 为桥路的参考电压值。分析该式可知：
⑴ 当δ很小时，电桥放大器的输出电压与变量呈现线性关系，即此时非线性误差才可以忽略。
⑵在u 的简化过程中，基于假设条件，即R R >>2,获得了输出电压的简化式；由于输出电压的表达式中含有电桥电阻R ，因此，温度的变化将直接影响电桥元件R 的大小，直接影响运放增益的温度特性，因而在设计时要求R 和2R 的温度稳定性要好；如果R R >>2,则电桥负载的影响将不明显。
⑶该电路的主要优点是电路组成简单，只需要一个具有高共模抑制比的仪用运放，而且灵敏度较高。 1.3 宽偏移电桥放大器
上面两种电桥放大器，只有当δ很小时，输出电压和δ之间才具有较好的线性关系，当δ较大时（约大于0.1~0.2
）时，非线性就变得逐渐显著起来。为了使输出电
2(1)
,222I N R E E u u
u R R δδ
+=+=
++22(1)
4
1()2
R E
u R δδ=+
+2
2E
u R R
δ=
压与传感器电阻相对变化率δ成线性关系，可把传感器构成的可变桥臂)1(δ+R 接在运算放大器的反馈回路中，如图3所示[4]。
图3 宽偏移电桥放大器
若运算放大器为理想工作状态，此时b a u u =，则放大器A 两输入端输入电压a u 、
b u 和输出电压o u 分别为
当R R =3时，上式可写成
式中，R 为传感器的名义电阻。分析上式表明，输出信号电压与偏移量成正比。一般具有高测量系数的半导体应变计、热敏电阻等均可采用这种电路。需要注意的问题：
⑴ 为增强桥路抗共模干扰能力，元件应当匹配。两个输入电阻1R 的电阻值必须相等。
⑵ 在改变灵敏度（或者调解增益）时，需要调解两个电阻值以保持输入电压为零，所以该电路的校准很困难。
⑶ 该电路的量程较大，但灵敏度较低，而且还要注意，当δ过大时，由于运算放大器输入失调电流的影响将会在输出端产生误差[5]。 1.4 线性电桥放大器
如图4所示的电路是一种线性优良的电桥放大器电路。该电路允许δ在很宽的范围内变化，保持输入电压的非线性误差小于0.1%。图4的桥式电路有三个电阻R
和
11
2
2121
(-)[]o o a u u R u R uR u u R R R R +=+=++331
b uR u R R =
+33222113113
-[(1)()-]o R R R R R u u u R R R R R R =+
=++1-o Ru u R R
δ=+
可变电阻)1(δ+R 构成桥路，并有三个运放构成，A 为电桥差动放大电路，电桥参考电压'-E 由运放A1提供，E +由A1和A2的组合提供。其中A2为单位增益反相器。
图4 线性优良的电桥放大器
分析该图，可得该桥路的输出电压为：
式中'E 为加在桥路两端的电压，分别由A1和A2决定，且'E 为
将输出电压o u 代入上式，可以得到'E ，即
式中：E 为电路的参考电压值，分析上式可得，'E 和E 是非线性关系，将'E 代入输出电压表达式，则有：
上式即为图4所示桥路的
输出电压的表达式。分析该式可
知，输出电压o u 与偏移量δ是非线性关系，为了使其线性化，可取桥路元件满足以下条件式，即
2'(1)
212
f o R E u R δ
δ
=+
+2
1
'o R E E u R =+
21'21-(1)
2f E
E R R R R δδ
=
++2
12(1)
221-(1)2f
o f R E
R u R R R R δ
δδδ
+
+=
++
将该条件式代入输出电压o u 表达式和参考电压'E 的表达式，化简可得桥路参考电压
'E 为
因此，该桥路的输出电压o u 的表达式为
分析上式可知：
⑴ 尽管桥路两端参考电压与偏移量δ有关，且是非线性函数，但当给定条件式时，输出电压o u 与偏移量δ是线性关系。
⑵ 输出电压o u 与偏移量δ成正比，因此E 起到线性补偿作用。 ⑶ 参考电压E 可以是直流，也可以是交流，但其幅度应该相当稳定。 在调整电路中，应根据电桥灵敏度选取电阻R 和f R 的值，再由关系式
)/21(/21R R R R f +=确定电阻1R 和2R 。图4所示电路是一个实用电路，一般可以选
取电阻值1R =30k Ω，2R =10k Ω，3R =5k1Ω，f R =2k2Ω。根据f R 的值可以确定R 值和
δ的变化范围。若R 值很大，可重新选取其它电阻值。E 为基准电压，一般选用温度
系数特性良好的稳压管如2DW7C 或LM399来完成，或者用有源电路来设计高精度基准电压源作为基准电压[6]。
2 电桥放大器的性能改善
2.1 消除电桥非线性误差
由于桥臂传感器电阻的变化与电桥不平衡输出电压之间呈现非线性特性，尤其在电阻值变化较大时，不平衡输出电压的非线性愈加严重，因而极大地影响了不平衡电桥的测量准确度，限制了它的应用范围[7]。电桥直接输出的不平衡电压信号很小，必须通过放大器放大几百倍，甚至上千倍，放大器失调电压及其漂移也是影响系统测量准确度的重要因素。为了提高系统测量的准确度，必须研究不平衡输出电压的非线性误差和放大器失调电压对系统准确度的影响，为提高测量系统准确度提供理论指导
[8]
。现在我们以电桥非线性和放大器失调电压为主要误差对象，讨论了几种减小测量
误差的有源电桥。
2.1.1 电压反馈可变电压源激励电桥
1
212f R R R R
=+'(1)
2
E E δ
=+2(1)2f o R E u R
δ=
+
如图5所示，其中放大器A1为仪用放大器，失调电压为1os V ，放大倍数为A 。放大器A2为高准确度的电压反馈放大器，失调电压为2os V 。 反馈放大倍数为K 。
图5 电压反馈消除电桥非线性误差电路
忽略放大器的输入电流，由图5得：
10V I R V +=+
-20
V I R V =+
02-(1)O os V KE V K =++
10(-)/2I V V R
+= 2-0(-)/(2)I V V R R =+?
0-1(--)os E V V V A
+=
由以上各式可求得：
210-(1)-2(2)42-os os RAV K V RA R R V A
E R R RAK ?+?+?=
+??
上式可知，满足电桥输出线性化响应的条件为02=?-?RAK R ，即A K /2=,将该式代入上式化简为：
201(2)--(1)
442os os V A R RAV R E V A R R R +???=+
从上式中可以看出，理论上，电桥的输出可得到线性化响应。但是，由于反馈放大器的增益不能正好设定为A /2-，所以，这种电路非线性校正的效果取决于增益设定的准确度，使用受到一定的限制。放大器A1的失调电压及其漂移放大A 倍直接输
R R R +ΔR R R F K RF A 1A 2
V V +V -V o s2
V o s1V 0
E0I1I2
出，对测量产生较大的误差。从上式也可以看出，放大器A2的失调电压及其漂移影响较小。
2.1.2 电流反馈单臂电桥
单臂电桥工作时，信号响应输出误差为负，前面分析过电压反馈可变电压源供电可以得到线性化的输出响应，同样可以采用电流反馈电流源的方式线性化电桥的输出响应[9]。根据电桥非线性误差的特性，线性化校正的指导思想是给电桥供电的电流源随着电桥输出增大而增大。根据这一指导思想设计电路如图6所示。
图6 电流反馈线性化校正电路
其中A1为仪用放大器，其失调电压为1os V 。放大倍数为A ，A2为高准确度的直流电压反馈放大器，其失调电压为2os V ，反馈电阻为F R 。通过解析分析,求解电桥线性化输出的条件。忽略放大器的输入电流，由电路图6得：
202(-)/(-)/os s os I V V R E V KR
=+
21--os V V I R
+=
-22--()
os V V I R R =+?
12I I I
+=
12/(2)/2I I R R R
=+?
0-1(--)os E V V V A
+= 由以上各式可求得：
A 2
A 1
V o s 1
R R +ΔR R
R
R F
R s
V o s 2
V
V -V +I
I1I2
Eo
由上式可知，满足电桥的输出线性化响应的条件为0***=?-?A R R R R F ,即：
AR R F =，
将上式化简得：
由上述推导可知，该电桥线性化输出是有条件的，即反馈电阻为AR ，准确地设定该电阻是非常烦琐的工作，调整不准确，影响非线性校正的效果。放大器A1的失调电压及其漂移对测量带来较大的误差。 2.1.3 放大器控制电流输出型电桥
前面两种校正电路都是电桥输出不平衡电压，现改变电桥不平衡输出方式，采用放大器反馈，使电桥输出不平衡电流[10]，设计电路如图7所示。
图7 放大器反馈控制线性化电路
将接入传感器的电桥臂放入放大器的反馈回路中，电桥电源低压端由放大器A1的输出端进行伺服控制，当传感器的阻值发生变化时，伺服放大器的输出电压随之变化，从而引起电桥的不平衡电流输出，通过放大器A2和反馈电阻F R 产生输出电压。图中放大器A1为电桥提供一个虚地点和伺服控制电桥电压的作用，放大器A2起电流一电压变换的作用。放大器A1、A2为高准确的直流电压反馈放大器，其失调电压
A 2
A 1V o s 1
R +ΔR
R
R
R
R F V
V o s 2
Eo
I1
I2
I3
IF
V 1
2210****(-)[**(4)]
-(4**-**)4**-**F os os F os s F F F F R R R A V V A R R V R R R V E R R R R R R R A R R R R R R A
??++?=
+??+??2201(1-)--(1)444os os os s V RV RVA R
E V A
R V R R
???=
+
分别为1os V 、2os V 。由电路可得：
11(-)/os I V V R = 22(-)/os I V V R
=
32F
I I I =+
321(-)/os I V V R
= 02
F F os E I R V =+
由以上各式可求得：
式中R R A F /2=。
由上述分析可知，这种放大器反馈方式可线性化电桥输出，无任何调节环节，电路简单，易于实现，系统增益调整简单；从上式可以看出，放大器A2的失调电压与放大器A1的失调电压是相减关系，当采用两个同一种型号的双极性放大器时，两个放大器的失调电压温漂变化方向一致，在相同温度下，其变化大小比较接近，有非常好的补偿作用，保守估算也能使失调电压及其漂移的影响减小5倍。因此，失调电压及其漂移对测量准确度的影响很小，是较理想的测量线路[11]。 2.2 电桥放大器电源干扰问题及解决途径
在图8所示的普通电桥放大器中,放大器所需放大的信号是由x R 的变化在A 、B 两点产生的差值信号,对电源波动和随电源线带进的干扰频率信号在A 、B 两点产生的干扰差值信号是需抑制的。当电桥处于平衡状态时,电源干扰信号在A 、B 两点产生的干扰差值信号为零。但由于x R 的变化,电桥处于非平衡工作状态,故电源干扰信号必然在A 、B 两点产生干扰差值信号,即0≠-=∠ESB ESA e e E ，该干扰差值信号必然通过运算放大器进行放大。共模增益与误差因子成正比，而误差因子随x R 的变化而变化，可见当x R 变化较大时,普通电桥放大器对电源干扰信号的抑制能力是较差的
[12]
。为了提高电桥放大器对电源干扰信号的抑制能力,应尽可能地减小干扰差值信号，
即减小误差因子。图9所示的改进型电桥放大器对减小A 、B 两点的干扰差值信号有较强的作用。图9中用恒流源代替图8中的2R 和3R 。下面对图8和图9所示的两种不同的电桥放大器进行分析比较。
0212()(-)2os os os A V R E A V V V R
?=
++
图8普通电桥放大器 图9 改进型电桥放大器
2.2.1 两种电桥放大器对干扰频率信号的抑制能力
设随电源线带进的干扰频率信号为E e ，对于普通电桥放大器，E e 在A 、B 两点形成的干扰差值信号为ESAB e 。对于改进型电桥放大器，E e 在A 、B 两点形成的干扰差值信号为ESAB e '。再设R R R R ===321,R R x /=δ，且恒流源对干扰频率信号E e 呈现的内阻NR R H =，则E e 在图8和图9中A 、B 两点形成的干扰差值信号分别为
由上式可知两种电桥放大器的误差因子分别为
由以上两式可见, 两种电桥放大器的误差因子均与x R 的变化有关。由于1>>N ,
故改进型电桥放大器的误差因子远小于普通电桥的误差因子。又因为运算放大器输出端的干扰输出信号与误差因子成正比关系[13]，设运算放大器对A 、B 两点的干扰差
R 1
R x
R 3
R 2
A
V o u t
E
A
B
δ
δ+-=-=11ES ESB ESA ES ESAB e e e e e 32
123-(-)
ESAB ESA ESB E x
R R e e e e R R R R ==++-1-1*211E ES
e e δδδδ==++''-'(
-)
ESAB ESA ESB E x
NR NR
e e e e R NR NR R ==++(-1)2(-1)
(1)()(1)()
E
ES
N N e e N N N N δδδδ==++++)
)(1()
1(2'''δδ++-=-=N N N e e e e e ES ESB ESA ES ESAB 2
3
4
A
R 1
R x E
V 'o u t
A
B
值信号的增益为E K ,则两种电桥放大器相应输出的干扰频率信号分别为
E ESAB Eout E ESAB Eout K e U K e U ?=?=''，，当1≠δ时，两种电桥放大器输出干扰频率信号
的比值为
由上式可得，当1≈δ时，若取200=N ,改进型电桥放大器对E e 的抑制能力是普通电桥放大器的50.5倍。由此可见，改进型电桥放大器对电源频率干扰信号的抑制能力相对于普通电桥放大器得到了很大的提升。 2.2.2 两种电桥放大器对电源波动的抑制能力
设图8和图9中电桥供电直流电源E 的波动为E ?,恒流源的恒定电流I 随电源E 的波动所产生的波动为E ?，再设运算放大器对A 、B 两点的差值信号的放大能力为
K ，则对于图8所示的普通电桥放大器输出端所输出的信号为
则普通电桥放大器输出信号随电源波动所产生的相对误差为
对于图9所示的改进型电桥放大器输出端所输出的信号为
则改进型电桥放大器输出信号随电源波动所产生的相对误差为
普通电桥放大器输出信号随电源波动所产生的相对误差取决于电源E 的相对变化, 而改进型电桥放大器输出信号随电源波动所产生的相对误差取决于恒流源恒定电流I 的相对变化, 由于图9中恒流源的恒定电流I 的相对变化甚小于电桥电源E 的相对变化, 故满足下列关系
)
1(2)
)(1(''δδ+++==N N N e e U U ESAB ESAB Eout Eout EK
R R R
R K E E V x x B A out )(2()+-=
-=EK
R R R
R K E E V x x B A out ?+-=
?-?=?)
(2)(E
E
V V out out ?=?IK
R R K E E V x B A out )((')-=-=IK
R R K E E V x B A out ?-=?-?=?)()('I
I
Vout out V ?=?'out
out V V V V ?<
设电桥电源E 的相对变化为10%，恒流源恒定电流随电桥电源波动所产生的相对变化为0.2%，则改进型电桥放大器对电源波动的抑制能力是普通电桥放大器的50倍。由此可见，改进型电桥放大器对电源波动的抑制能力比普通电桥放大器要强得多。
3 电桥放大器应用举例
3.1 由INA102构成的电桥放大电路
在现代的数据采集系统中，大量使用了电阻电桥作为把非电量变换为电信号的变换电路[14]。图10所示电路为由INA102集成芯片组成的电阻电桥放大电路。利用该电路，可对由热敏电阻、光敏电阻、热电偶、应变片等敏感元件感应的力矩、力、位移、光、温度等非电量进行测量。
图10 由INA102集成芯片组成的电桥放大电路
该电路的电压放大倍数为1000，所以其输出电压为)(100012u u u o -=。为了抑制交流干扰，在电阻式电桥传感器与放大器之间应采用屏蔽线。由于INA102的内部附设有9个精度极高的金属膜电阻，且其温度稳定性也很
高，所以具有很高的增益精度。在使用时不需外接电阻，因而应用极为方便，即只要连接INA102的不同引脚便可得到不同的增益：1、10、100、1000。INA102芯片的内部含有三个集成运放和多个阻容元件，它具有放大微弱差动信号的能力，因而常用来作为数据检测系统的前置放大。使用中，当电压放大倍数较小(如K≤10)时，INA102能很好地满足失调电压及漂移等指标要求。当电压放大倍数较大(如K=100)时，因偏置电流的不平衡而引起的失调电压误差较大，常采用输出失调调整电路来调整INA102的失调电压。
3.2 自动稳零电桥放大器
如图11所示的电路是一种根据动态校零原理设计的具有自动稳零性能的电桥放大电路。该电路能对外部环境干扰及内部电路产生的零点漂移具有较好的抑制作用，且电路结构简单，能对弱信号实现无干扰放大，大大提高了测量信号的信噪比，可满足较高的检测要求[15]。
图11 自动稳零电桥放大电路
图中3个电阻0R 、敏感元件t R 和电压源E 组成电桥，把非电物理量变换为电压信号，输入到放大器A1中。运放A1构成可调增益差动式放大器，运放A2和电阻4R 、
5R 作为输出取样电路，运放A3用作积分器。
当校零时，模拟电子开关S1断开，S2闭合，此时若运放A1的反相端有一由环境变化或漂移所引起的信号输入，则运放A1就有一个相对应的输出电压信号。经过电阻4R 、5R 对0U 取样，送至积分器A3的反相输入端。A3输出逐渐上升的电压3U 送到A1的同相端。该电压与A1反相输入信号1U 互相作用，使A1的输出减小。经过一段时间后，可使输出电压00 U ，则稳零过程结束。因而，在无被测信号输入情况下，排除了外界环境的干扰和电路内部的零点漂移。
当测量时，开关S1闭合，S2断开，积分器A3无输入电压信号，积分电容C 保持先前调零结束时的电压值，即电容C 具有存储干扰和零漂等效电压的功能。这时若把传感器放入被测系统中，在原来的环境作用下，运放A3放大输出是抵消了环境干
扰和零漂移后的电压。这样由运放A1、A2和A3组成的闭环系统，可实现自动稳零
3
4
E
R 0
R t
R 0
R 0
R 1R 2
R 2
R w
A 1
A 2
S2
S1
R 1
R 3
A 3
R 4
R 5
U 0
C
作用，能有效地检测被干扰的弱信号。
以测量温度为例，当被测对象处在具有干扰的环境中，在测量温度之前，先在现场环境下对传感器进行调零，然后将传感器置于被测对象中，开始正式测温。实验时，先设0R R t =为一固定值，当改变电桥电源E 时，电压1U 发生变化，而E 的变化代表了环境干扰和零漂的影响。根据上述自动稳零原理的分析，此时电容C 保持了调零阶段中的电压信号。然后开始改变t R ,由于t R 的变化代表被测温度的变化，这样在E 的变化情况下，仍可测量出温度的值。实验结果表明，1U 在±80mV 内变化时，调零后7分钟内，该电路的输出电压保持为0.18mV 。可见这种电路有着较好的稳零效果。
这种电桥放大电路具有结构简单、实用和稳零性能好等特点，为了提高电路的特性，可采用低漂移型集成运算放大器。积分电容要求电容量大，漏电小。通常模拟电子开关导通电阻on R 为几百欧姆，而电阻3R 的取值为几百千欧量级，即on R R >>3，故模拟电子开关S1、S2的导通电阻on R 均可忽略。这种电路属于间歇高精度测量方式电路，尤其在缓变干扰的环境场合中，有很强的抑制干扰作用。当电路与单片计算机系统连接后，利用单片机中的定时器来控制模拟开关的闭合，使测量过程更为简便，功能更强。
3.3 电桥放大器在电子秤中的应用 3.3.1 传感器的选择
在电子秤中，传感器是一个十分重要的元件，因此对传感器的选择也显的特别的重要，不仅要注意其量程和参数，还有考虑到与其相配置的各种电路的设计的难以程度和设计性价比等等。
传感器量程的选择可依据秤的最大称量值、选用传感器的个数、秤体的自重、可能产生的最人偏载及动载等因素综合评价来确定。一般来说，传感器的量程越接近分配到每个传感器的载荷，其称量的准确度就越高。但在实际使用时，由于加在传感器上的载荷除被称物体外，还存在秤体自重、皮重、偏载及振动冲击等载荷，因此选用传感器量程时，要考虑诸多方面的因素，保证传感器的安全和寿命。传感器量程的计算公式是在充分考虑到影响秤体的各个因素后，经过大量的实验而确定的。本例中要求称重范围0-600g ，重量误差不大于0.1kg 。
为保证电子秤称量结果的准确度，克服传感器在低量程段线性度差的缺点。传感器的量程应根据皮带秤的最大流量来选择。在实际工作中，要求称重传感器的有效量程在20%～80%之间．线性好，精度高。重量误差应控制存±0.01Kg ，又考虑到秤台
自重、振动和冲击分量，还要避免超重损坏传感器，根据设计需要，确定传感器的额定载荷为1Kg ，允许过载为150%F.S ，精度为0.05%，最大量程时误差±0.1kg ，可以满足本系统的精度要求。
综合考虑，本例采用SP20C-G501电阻应变式传感器，其最大量程为1Kg 。称重传感器由组合式S 型梁结构及金属箔式应变计构成，具有过载保护装置。由于惠斯登电桥具诸如抑制温度变化的影响，抑制干扰，补偿方便等优点，所以该传感器测量精度高、温度特性好、工作稳定等优点，广泛用于各种结构的动、静态测量及各种电子秆的一次仪表。该称重传感器主要由弹性体、电阻应变片电缆线等组成，其工作原理如图12所示。
图12称重传感器原理图
本设计的测量电路采用最常见的桥式测量电路，用到的是电阻应变传感器半桥式测量电路。它的两只应变片和两只电阻贴在弹性梁上，测量电阻随重力变化导致弹性梁应变而产生的变化。其测量原理：用应变片测量时，将其粘贴在弹性体上。当弹性体受力变形时，应变片的敏感栅也随同变形，其电阻值发生相应变化，通过转换电路转换为电压或电流的变化。由于内部线路采用惠更斯电桥，当弹性体承受载荷产生变形时，输出信号电压可由下式给出：
上式说明电桥的输出电压和四个桥臂的应变片感受的应变量的代数和成正比。 3.3.2 放大电路的选择
称重传感器输出电压振幅范围0～20mV 。而A/D 转换的输入电压要求为0～2V ，因此放大环节要有100倍左右的增益。由于本例中电阻变化率只有0.2%，这样小的
241234
()(24)1234
R R R R R R Eout Ein
R R R R R R ?????=
?+++?+
电阻变化既难以直接精确测量，又不便直接处理。因此，必须采用转换电路，把应变计的△R/R 变化转换成电压或电流变化，但是这个电压或电流信号很小，需要增加增益放大电路来把这个电压或电流信号转换成可以被A/D 转换器接收的信号。在前级处理电路部分，我们考虑可以采用以下几种方案：
方案一：利用普通低温漂运算放大器构成前级处理电路；
普通低温漂运算放大器构成多级放大器会引入大量噪声。由于A/D 转换器需要很高的精度，所以几毫伏的干扰信号就会直接影响最后的测量精度。所以，此种方案不宜采用。
方案二：主要由高精度低漂移运算放大器构成差动放大器，而构成的前级处理电路；差动放人器具有高输入阻抗，增益高的特点，可以利用普通运放(如OP07)做成一个差动放大器。
图13 利用高精度低漂移运放设计的差动放大器
一般说来，集成化仪用放大器具有很高的共模抑制比和输入阻抗，因而在传统的电路设计中都是把集成化仪器放人器作为前置放人器。然而，绝人多数的集成化仪器放大器，特别是集成化仪器放大器，它们的共模抑制比与增益相关：增益越高，共模抑制比越大。而集成化仪器放大器作为心电前置放大器时，由于极化电压的存在，前置放大器的增益只能在几十倍以内，这就使得集成化仪器放大器作为前置放大器时的共模抑制比不可能很高。有同学试图在前置放大器的输入端加上隔直电容（高通网络）来避免极化电压使高增益的前置放大器进入饱和状态，但由于信号源的内阻高，且两
A 1
A 2
A 3
R 11.1K
R 320K
R 410K R 4
10K
R 3
20K
R 320K
R 410K
R 24K
U 0
U 1
U 2
输入端不平衡，隔直电容（高通网络）使等共模干扰转变为差模干扰，结果适得其反，严重地损害了放人器的性能。为了实现信号的放人，其设计电路如图13所示。该电路的主要特点：
⑴前级采用运放Al和A2组成并联型差动放大器。理论上不难证明，存运算放大器为理想的情况下，并联型差动放人器的输入阻抗为无穷人，共模抑制比也为无穷人。更值得一提的是，在理论上并联型差动放人器的共模抑制比与电路的外围电阻的精度和阻值无关。
⑵阻容耦合电路放存由并联型差动放大器构成的前级放大器和由仪器放大器构成的后级放大器之间，这样可为后级仪器放大器提高增益，进而提高电路的共模抑制比提供了条件。同时，南于前置放大器的输出阻抗很低，同时又采用共模驱动技术，避免了阻容耦合电路中的阻、容元件参数不对称（匹配）导致的共模干扰转换成差模干扰的情况发生。
⑶后级电路采用廉价的仪器放大器，将双端信号转换为单端信号输出。由于阻容耦合电路的隔直作用，后级的仪器放大器可以做到很高的增益，进而得到很高的共模抑制比。
结论
本文从电桥放大器的分类入手，详细阐述了四种常见电桥放大器的基本原理，从单端反相输入电桥放大器到差动输入电桥放大器，再到宽偏移电桥放大器，最后介绍了一种线性优良的电桥放大器。紧接着给出了电桥放大器的应用举例，具体讨论了电桥放大器在实际中的应用。最后介绍了电桥放大器的性能改善，主要从电桥输出非线性的改善和对电源干扰的抑制两方面进行讨论研究。
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放大电路原理
放大电路原理 放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频；接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。 读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开，然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。放大电路有它本身的特点：一是有静态和动态两种工作状态，所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析；二是电路往往加有负反馈，这种反馈有时在本级内，有时是从后级反馈到前级，所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。 下面我们介绍几种常见的放大电路。 低频电压放大器 低频电压放大器是指工作频率在 20 赫～ 20 千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。 （ 1 ）共发射极放大电路 图 1 （ a ）是共发射极放大电路。 C1 是输入电容， C2 是输出电容，三极管 VT 就是起放大作用的器件， RB 是基极偏置电阻 ,RC 是集电极负载电阻。 1 、 3 端是输入， 2 、3 端是输出。 3 端是公共点，通常是接地的，也称“地”端。静态时的直流通路见图 1 （ b ），动态时交流通路见图 1 （ c ）。电路的特点是电压放大倍数从十几到一百多，输出电压的相位和输入电压是相反的，性能不够稳定，可用于一般场合。
（ 2 ）分压式偏置共发射极放大电路 图 2 比图 1 多用 3 个元件。基极电压是由 RB1 和 RB2 分压取得的，所以称为分压偏置。发射极中增加电阻 RE 和电容 CE ， CE 称交流旁路电容，对交流是短路的； RE 则有直流负反馈作用。所谓反馈是指把输出的变化通过某种方式送到输入端，作为输入的一部分。如果送回部分和原来的输入部分是相减的，就是负反馈。图中基极真正的输入电压是RB2 上电压和 RE 上电压的差值，所以是负反馈。由于采取了上面两个措施，使电路工作稳定性能提高，是应用最广的放大电路。 （ 3 ）射极输出器 图 3 （ a ）是一个射极输出器。它的输出电压是从射极输出的。图 3 （ b ）是它的交流通路图，可以看到它是共集电极放大电路。
放大电路的组成及工作原理
2、4 放大电路的组成及工作原理 参考教材:《模拟电子技术基础》孙小子张企民主编西安:西安电子科技大学出版社 一、教学目标及要求 1、通过本次课的教学,使学生了解晶体管组成的基本放大电路的三种类型,掌 握放大电路的组成元器件及各元器件的作用,理解放大电路的工作原理。 2、通过本节课的学习,培养学生定性分析学习意识,使学生掌握理论结合生活 实际的分析能力。 二、教学重点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 三、教学难点 1、共发射极放大电路的组成元器件及各元器件作用; 2、共发射极放大电路的工作原理。 四、教学方法及学时 1、讲授法 2、1个学时 五、教学过程 （一）导入新课 同学们,上节课我们已经学习了晶体管内部载流子运动的特性以及由此引起的晶体管的一些外部特性,比如说晶体管的输入输出特性等,在这里,我要强调一下,我们需要把更多的注意力放在关注晶体管的外部特性上,而没有必要细究内部载流子的特点。由晶体管的输出特性,我们知道,当晶体管的外部工作条件不同时,晶体管可以工作在三个不同的区间。分别为:放大区、截止区、饱与区,其中放大区就是我们日常生活中较为常用的一种工作区间。大家就是否还记得,晶体管工作在放大区时所需要的外部条件就是什么不(发射结正偏,集电结反偏)？这节课,我们将要进入一个晶体管工作在放大区时,在实际生活中应用的新内容学习。 2、4放大器的组成及工作原理 一、放大的概念 放大: 利用一定的外部工具,使原物体的形状或大小等一系列属性按一定的比例扩大的过程。日常生活中,利用扩音机放大声音,就是电子学中最常见的放大。其原理框图为: 声音声音 扩音器原理框图 由此例子,我们知道,放大器大致可以分为:输入信号、放大电路、直流电源、输出信号等四部分,它主要用于放大小信号,其输出电压或电流在幅度上得到了放大,输出信号的能量得到了加强。对放大电路的基本要求:一就是信号不失真,二就是要放大。 二、基本放大电路的组成
运算放大器构造及原理
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运算放大器的工作原理 放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，运算放大器原理 运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等
运算放大器的典型应用
Op Amp Circuit Collection AN-31
Practical Differentiator f c e 1 2q R2C1 f h e 1 2q R1C1 e 1 2q R2C2 f c m f h m f unity gain TL H 7057–9 Integrator V OUT e b 1 R1C1 t2 t1 V IN dt f c e 1 2q R1C1 R1e R2 For minimum offset error due to input bias current TL H 7057–10 Fast Integrator TL H 7057–11Current to Voltage Converter V OUT e l IN R1 For minimum error due to bias current R2e R1 TL H 7057–12 Circuit for Operating the LM101 without a Negative Supply TL H 7057–13Circuit for Generating the Second Positive Voltage TL H 7057–14
Neutralizing Input Capacitance to Optimize Response Time C N s R1 R2 C S TL H 7057–15 Integrator with Bias Current Compensation Adjust for zero integrator drift Current drift typically0 1 n A C over b55 C to125 C temperature range TL H 7057–16 Voltage Comparator for Driving DTL or TTL Integrated Circuits TL H 7057–17 Threshold Detector for Photodiodes TL H 7057–18 Double-Ended Limit Detector V OUT e4 6V for V LT s V IN s V UT V OUT e0V for V IN k V LT or V IN l V UT TL H 7057–19 Multiple Aperture Window Discriminator TL H 7057–20
运算放大器工作原理是什么
运算放大器工作原理是什么? 运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图1-1。一个运算放大器模组一般包括一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回馈（positive feedback），相反地，在很多需要产生震荡讯号的系统中，正回馈组态的运算放大器是很常见的组成元件。 开环回路运算放大器如图1-2。当一个理想运算放大器采用开回路的方式工作时，其输出与输入电压的关系式如下： Vout = ( V+ -V-) * Aog 其中Aog代表运算放大器的开环回路差动增益（open-loop differential gai 由于运算放大器的开环回路增益非常高，因此就算输入端的差动讯号很小，仍然会让输出讯号「饱和」（saturation），导致非线性的失真出现。因此运算放大器很少以开环回路出现在电路系统中，少数的例外是用运算放大器做比较器（comparator），比较器的输出通常为逻辑准位元的「0」与「1」。 闭环负反馈
高中物理选修3-4知识点整理
选 修3—4 一、知识网络 周期：g L T π2= 机械振动 简谐运动 物理量：振幅、周期、频率 运动规律 简谐运动图象 阻尼振动 受力特点 回复力：F= - kx 弹簧振子：F= - kx 单摆：x L mg F -= 受迫振动 共振 波的叠加 干涉 衍射 多普勒效应 特性 实例 声波，超声波及其应用 机械波 形成和传播特点 类型 横波 纵波 描述方法 波的图象 波的公式：vT =λ x=vt 电磁波 电磁波的发现：麦克斯韦电磁场理论：变化的磁场产生电场，变化的电场产生磁场→预言电磁波的存在 赫兹证实电磁波的存在 电磁振荡：周期性变化的电场能与磁场能周期性变化，周期和频率 电磁波的发射和接收 电磁波与信息化社会：电视、雷达等 电磁波谱：无线电波、红外线、可见光、紫外线、x 射线、ν射线
二、考点解析 考点80 简谐运动 简谐运动的表达式和图象 要求：I 1）如果质点所受的力与它偏离平衡位置位移的大小成正比，并且总是指向平衡位置，质点的运动就是简谐运动。 简谐运动的回复力：即F = – kx 注意：其中x 都是相对平衡位置的位移。 区分：某一位置的位移（相对平衡位置）和某一过程的位移（相对起点） ⑴回复力始终指向平衡位置，始终与位移方向相反 ⑵―k ‖对一般的简谐运动，k 只是一个比例系数，而不能理解为劲度系数 ⑶F 回＝－kx 是证明物体是否做简谐运动的依据 2）简谐运动的表达式： ―x = A sin (ωt ＋φ)‖ 3）简谐运动的图象：描述振子离开平衡位置的位移随时间遵从正弦（余弦）函数的规律变化的，要求能将图象与恰当的模型对应分析。可根据简谐运动的图象的斜率判别速度的方向，注意在振幅处速度无方向。 A 、简谐运动（关于平衡位置）对称、相等 ①同一位置：速度大小相等、方向可同可不同，位移、回复力、加速度大小相等、方向相同. ②对称点：速度大小相等、方向可同可不同，位移、回复力、加速度大小相等、方向相反. 相对论简介 相对论的诞生：伽利略相对性原理 狭义相对论的两个基本假设：狭义相对性原理；光速不变原理 时间和空间的相对性：“同时”的相对性 长度的相对性： 20)(1c v l l -= 时间间隔的相对性：2 )(1c v t -?=?τ 相对论的时空观 狭义相对论的其他结论：相对论速度变换公式：21c v u v u u '+'= 相对论质量： 2 )(1c v m m -= 质能方程2mc E = 广义相对论简介：广义相对性原理；等效原理 广义相对论的几个结论：物质的引力使光线弯曲 引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别
电桥法原理
实验十八 电桥法测电阻 电桥是一种用电位比较法进行测量的仪器，被广泛用来精确测量许多电学量和非电量。在自动控制测量中也是常用的仪器之一。电桥按其用途可分为平衡电桥和非平衡电桥；按其使用的电源又可分为直流电桥和交流电桥;按其结构可分为单臂电桥和双臂电桥。本实验介绍的是直流电桥测量电阻。电阻按阻值的大小大致可分为三类：待测电阻值在１Ｍ?以上的为高阻；在1?至1M ?之间时称为中值电阻，可用单臂（惠斯登）电桥测；阻值在1?以下的为低值电阻，则必须使用双臂电桥（又称开尔文电桥）来进行测量。 一 实 验 目 的 （1）掌握直流电桥测电阻的原理和方法。 （2）学习并掌握双臂电桥测低值电阻的方法。 二 实 验 原 理 用伏安法测电阻时，由于电表精度的制约和电表内阻的影响，测量结果准确度较低。于是人们设计了电桥，它是通过平衡比较的测量方法，而表征电桥是否平衡，用的是检流计示零法。只要检流计的灵敏度足够高，其示零误差即可忽略。 用电桥测电阻的误差主要来自于比较，而比较是在待测电阻和标准电阻间进行的，标准电阻越准确，电桥法测电阻的精度就越高。 1．单臂（惠斯登）电桥的工作原理 单臂电桥线路如图1所示，被测电阻R X (即图中 R 3)与三个已知电阻R 1、R 2、R N 、连成电桥的四个臂。四边形的一个对角线接有检流计，称为“桥”，另一个对角线上接电源E ，称为电桥的电源对角线。电源接通，电桥线路中各支路均有电流通过。 A C 当 B 、D 两点之间的电位相等时，“桥”路中的电流，检流计指针指零，这时电桥处于平衡状态。此时 V 0=g I D B V =于是 2 R R N 1R R X = 根据电桥的平衡条件，若已知其中三个臂的电阻，就可以计算出另一个桥臂的电阻，因此，电桥测电阻的计算式为： N X R R R R 2 1= （1） 电阻2 1R R 为电桥的比率臂，称为倍率k ，为 比较臂。以QJ-23型箱式电桥为例，它构造精细，测量范围大(1～),精确度高(在 10～范围内精确度为)，QJ-23型惠斯登电桥面板外形如图2：1-待测电阻接线柱； 2-检流计按钮开关G ； 3-电源按钮开关B ； 4-检流计； 5-检流计调零旋钮；6-左侧3个接线柱是检流计连接端，当连接片接通“外接”时，内附检流计被接入桥路，当连接片连通“内接”时，检流计被短路； 7-外接电源接线柱，箱内为3节2号干电池，约4.5V ，使用时应注意外接电源接线柱是否应短路； 8-比率臂，即上述电桥电路中N R 610ΩΩ5 10%2.0±X R 21R R N R 的比值，直接刻在转盘上； 9-比较臂，即上述电桥电路中电阻箱(本处 为四个转盘)。 2．双臂电桥测低值电阻的原理 用图1所示的单臂电桥测电阻时,其中比例臂电阻R 1、R 3可用较高的电阻, 因此, 与R 1、R 3 相连的导线 7 图2 QJ-23型电桥面板图
惠斯登电桥原理及应用资料
惠斯登电桥的原理与应用 大学物理基础性实验 乐山电大幸荣安 【摘要】惠斯登电桥是大学物理基础性实验之一。教学辅导中发现，在理工科中，不同专业的学员，对惠斯登电桥原理的学习要求各不相同，有的专业学员对惠斯登电桥原理只作一般性了解和使用；而电子工程技术类的学员则作一般性了解和使用外，还要求对每一个原理在其它项目中的应用。本文对惠斯登电桥原理作了一般性的论证分析外，还对对惠斯登电桥原理在温度控制技术作了入门式讨论分析。 【关键词】惠斯登电桥交换测量法热敏电阻 这里介紹一种測量电阻值大小的方法，這种方法称为惠斯登电桥測量法。它的特別之处，是在于精确、精細，几乎省去人在判读時所形成的誤差。並且由于它的精細，我們要用它去測量电阻阻值和測量电阻随温度变化的情形，也就是电阻的温度系数。究竟惠斯登电桥是如何能够达到精确、精細的功能？以下就来了解它的原理。 一、惠斯登电桥（平衡电桥）测电阻的原理. 惠斯登电桥原理图1中，接通电源，调节 电桥平衡，即调节电桥四个“臂”R1、R2、R3、Rx，当检流计G的指针指零，B、D 两点电位相等，则有 式称为比率k。箱式惠斯登电桥的比率K有0.001，0.01，0.1，1, 10，100， 1000七档。根据待测电阻Rx大小选择K，调节R3使检流计G为零， 由R x = KR3求出待测电阻Rx值。 电流计G 的B、D两点电位
(7--2) (7--3) 由上式看出，当R1R3= R2R x时，电流计G 的B、D两点电位差Uo=0，电桥处于平衡，这就是惠斯登电桥。 二、箱式惠斯登电桥的结构线路(以QJ23型箱式直流单臂电桥为例)图(a) 分析箱式惠斯登电桥的结构线路.提示: 当比率转换开关K连接到0.001的挡位时, R1代表一只电阻的值，而R2代表7只电阻串联值.在不同的挡位时,R1 R2所代表的电阻串联值.各不相同.Rx:被测电阻接线柱R3:由四个可变电阻箱串联组成.每个可变电阻箱的挡位X1Ω、X10Ω、X100Ω、X1000Ω构成.箱式惠斯登电桥的操作法1.检流计的指针作调零处理. 2.确定待测量电阻的大致数值,在Rx被测电阻接线柱间接上被测量电阻. 3.根据被测量电阻的大小值选定比率转换开关K连接的挡位. 4.测量时用跃接法按下"B"和"G"按钮(按下后立即 松开)，若指针偏向"+"方向.则增加R3的数值;若指针偏向"-"方向,则减小R3的数值,反复调节直至电桥平衡. 5.测量有感电阻(如电机、变压器等)时,应先接通"B"和后接通"G"按钮,断开时应先放开"G"再放开"B". 6.使用完毕,必须断开"B"和"G"按钮,并且将检流计的联接片接在"内接"位置,也保护检流计.
运算放大器的工作原理
运算放大器的工作原理-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
运算放大器的工作原理 放大器的作用： 1、能把输入讯号的电压或功率放大的装置，由电子管或晶体管、电源变压器和其他电器元件组成。用在通讯、广播、雷达、电视、自动控制等各种装置中。原理:高频功率放大器用于发射机的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收机可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同， 运算放大器原理 运算放大器（Operational Amplifier,简称OP、OPA、OPAMP）是一种直流耦合﹐差模（差动模式）输入、通常为单端输出（Differential-in, single-ended output）的高增益（gain）电压放大器，因为刚开始主要用于加法，乘法等运算电路中，因而得名。一个理想的运算放大器必须具备下列特性：无限大的输入阻抗、等于零的输出阻抗、无限大的开回路增益、无限大的共模排斥比的部分、无限大的频宽。最基本的运算放大器如图1-1。一个运算放大器模组一般包括 一个正输入端(OP_P)、一个负输入端(OP_N)和一个输出端(OP_O)。 图1-1 通常使用运算放大器时，会将其输出端与其反相输入端（inverting input node）连接，形成一负反馈（negative feedback）组态。原因是运算放大器的电压增益非常大，范围从数百至数万倍不等，使用负反馈方可保证电路的稳定运作。但是这并不代表运算放大器不能连接成正回
电桥放大器的原理及应用
电桥放大器的原理及应用 摘要：在非电量测量仪器中经常采用电阻传感器,通过对电阻传感器中电阻的相对变化的测量来检测一些非电量。电阻传感器都是通过电桥的连接方式,将被测非电量转换成电压或电流信号，并用放大器做进一步放大。这种由电阻传感器电桥和运放组成的运放电路被称为电桥放大器。电桥放大器是非电量测试系统中常见的一种放大电路[1]。本文将主要介绍电桥放大器的原理、应用及应用中出现的问题和解决办法。 关键词：电桥放大器；非电量测量；非线性误差 The Principle and Application of the Bridge Amplifier Abstract:Resistive sensors are often used in non-power measuring instruments and the measurement of the resistor's relative change in resistive sensor can be used to detect some of the non-electricity. Resistive sensors are based on the connection of the bridge and the measured non-electricity is converted into a voltage or current signal and then amplifier further amplification. The op amp circuit composed of resistive sensor bridge and op amp is called Bridge Amplifier. Bridge Amplifier is a common kind of amplifier circuit in a non-electricity test system.This article will focus on the Bridge Amplifier's principles,applications,application problems and solutions. Keywords: Bridge amplifier；Non-power measurement；Nonlinearity error 引言 在现代电子技术的发展中，电子检测技术得到了广泛的应用，在非电量的检测中, 常常使用电阻传感器将一些非电物理量如压力、光、热、湿度、流量等转换为电阻量的变化, 然后再转换为电压进行测量。由于传感器的变化量常常是在一个参考状态的初始值基础上进行变化, 为了获取纯变化量, 一般利用电桥电路来抑制初始值。在电桥电路的输出较小时, 又需要用集成运算放大器与之配合, 这样就形成了应用广泛的电阻电桥传感放大器[2]。本文将对电桥放大器做一些研究，先阐述其基本原理，然后再讨论其应用及在应用中出现的问题和解决方法。 1电桥放大器 1.1 单端反相输入电桥放大器
惠斯通电桥原理
惠斯通电桥原理 Hessen was revised in January 2021
惠斯通电桥 在实验中，测量电阻的常见方法有伏安法和电桥法。伏安法测量电阻的公式为R=U/I （测量的电阻两端电压/测量的流经电阻的电流），除了电流表和电压表本身的精度外， 还有电表本身的电阻，不论电表是内接或外接都无法同时测出流经电阻的电流I和电阻两 端的电压U，不可避免存在测量线路缺陷。电桥是用比较法测量电阻的仪器。电桥的特点 是灵敏、准确、使用方便，它被广泛地应用于现代工业自动控制电气技术、非电量转化为 电学量测量中。电桥可分为直流电桥、交流电桥，直流电桥可以用于测电阻，交流电桥可 用于测电容、电感。通过传感器可以将压力、温度等非电学量转化为传感器阻抗的变化进 行测量。 惠斯通电桥属于直流电桥，主要用于测量中等数值的电阻（101~106Ω）。对于太小的 电阻（10-6~101Ω量级），要考虑接触电阻、导线电阻，可考虑使用双臂电桥；对于大电 阻（107Ω级），要考虑使用冲击检流计等方法。惠斯通电桥使用检流计作为指零仪表， 而实验室用检流计属于μΑ表，电桥的灵敏度要受检流计的限制。 1．惠斯通电桥测量原理 图1是惠斯通电桥的原理图。四个电阻R0、R1、R2、R x Array连成四边形，称为电桥的四个臂。四边形的一个对角线连有 检流计，称为“桥”；四边形的另一对角线接上电源，称为 电桥的“电源对角线”。E为线路中供电电源，学生实验用 双路直流稳压电源，电压可在0-30V之间调节。R保护为较大
的可变电阻，在电桥不平衡时取最大电阻作限流作用以保护检流计；当电桥接近平衡时取最小值以提高检流计的灵敏度。限流电阻用于限制电流的大小，主要目的在于保护检流计和改变电桥灵敏度。 电源接通时，电桥线路中各支路均有电流通过。当C 、D 两点之间的电位不相等时，桥路中的电流0≠g I ，检流计的指针发生偏转；当C 、D 两点之间的电位相等时，桥路中的电流0=g I ，检流计指针指零（检流计的零点在刻度盘的中间），这时我们称电桥处于平衡状态。因此电桥处于平衡状态时有： 于是 2 1 0R R R R x =即102R R R R x = 此式说明，电桥平衡时，电桥相对臂电阻的乘积相等。这就是电桥的平衡条件。 根据电桥的平衡条件，若已知其中三个臂的电阻，就可以计算出另一个桥臂电阻，因此，电桥测电阻的计算式为 002 1 KR R R R R x == （1） 电阻1R 、2R 为电桥的比率臂，x R 为待测臂，0R 为比较臂，0R 作为比较的标准，实验室常用电阻箱。由(1)式可以看出，待测电阻x R 由比率值K 和标准电阻0R 决定，比值K 可以作成10n ，这是成品电桥常用的方法。检流计在测量过程中起判断桥路有无电流的作用，只要检流计有足够的灵敏度来反映桥路电流的变化则电阻的测量结果与检流计的精度无关，由于标准电阻可以制作得比较精密，所以利用电桥的平衡原理测电阻的准确度可以很高，大大优于伏安法测电阻，这也是电桥应用广泛的重要原因。
运算放大器基本原理
运算放大器基本原理及应用 一． 原理 (一） 运算放大器 1.原理 运算放大器是目前应用最广泛的一种器件,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时，可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面，可组成比例、加法、减法、积分、微分、对数等模拟运算电路。 运算放大器一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。 图1运算放大器的特性曲线 图2运算放大器输入输出端图示 图1是运算放大器的特性曲线，一般用到的只是曲线中的线性部分。如图2所示。U -对应的端子为“-”，当输入U -单独加于该端子时，输出电压与输入电压U -反相，故称它为反相输入端。U +对应的端子为“＋”，当输入U +单独由该端加入时，输出电压与U +同相，故称它为同相输入端。 输出：U 0= A(U +-U -) ； A 称为运算放大器的开环增益（开环电压放大倍数）。 在实际运用经常将运放理想化，这是由于一般说来，运放的输入电阻很大，开环增益也很大，输出电阻很小，可以将之视为理想化的，这样就能得到:开环电压增益A ud =∞；输入阻抗r i =∞；输出阻抗r o =0；带宽f BW =∞；失调与漂移均为零等理想化参数。 2.理想运放在线性应用时的两个重要特性 输出电压U O 与输入电压之间满足关系式：U O ＝A ud （U +－U －）,由于A ud =∞，而U O 为有限值，因此，U +－U －≈0。即U +≈U －，称为“虚短”。
由于r i =∞，故流进运放两个输入端的电流可视为零，即I IB ＝0，称为“虚断”,这说明运放对其前级吸取电流极小。 上述两个特性是分析理想运放应用电路的基本原则，可简化运放电路的计算。 3. 运算放大器的应用 (1)比例电路 所谓的比例电路就是将输入信号按比例放大的电路，比例电路又分为反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。 (a) 反向比例电路 反向比例电路如图3所示，输入信号加入反相输入端: 图3反向比例电路电路图 对于理想运放，该电路的输出电压与输入电压之间的关系为： 为了减小输入级偏置电流引起的运算误差，在同相输入端应接入平衡电阻 R ’＝R 1 // R F 。 输出电压U 0与输入电压U i 称比例关系，方向相反，改变比例系数，即改变两个电阻的阻值就可以改变输出电压的值。反向比例电路对于输入信号的负载能力有一定的要求。 (b) 同向比例电路 同向比例电路如图4所示，跟反向比例电路本质上差不多，除了同向接地的一段是反向输入端: i 1 f O U R R U - =
功率放大器原理图
电路图中的放大电路 发布:2011-8-30|作者:——|来源:caihuiliu|查看:482次|用户关注： 电路图中的放大电路能够把微弱的信号放大的电路叫做放大电路或放大器。例如助听器里的关键部件就是一个放大器。放大电路的用途和组成放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频；接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。读放大电路图时也还是按照“ 电路图中的放大电路 能够把微弱的信号放大的电路叫做放大电路或放大器。例如助听器里的关键部件就是一个放大器。 放大电路的用途和组成 放大器有交流放大器和直流放大器。交流放大器又可按频率分为低频、中源和高频；接输出信号强弱分成电压放大、功率放大等。此外还有用集成运算放大器和特殊晶体管作器件的放大器。它是电子电路中最复杂多变的电路。但初学者经常遇到的也只是少数几种较为典型的放大电路。 读放大电路图时也还是按照“逐级分解、抓住关键、细致分析、全面综合”的原则和步骤进行。首先把整个放大电路按输入、输出逐级分开，然后逐级抓住关键进行分析弄通原理。放大电路有它本身的特点：一是有静态和动态两种工作状态，所以有时往往要画出它的直流通路和交流通路才能进行分析；二是电路往往加有负反馈，这种反馈有时在本级内，有时是从后级反馈到前级，所以在分析这一级时还要能“瞻前顾后”。在弄通每一级的原理之后就可以把整个电路串通起来进行全面综合。 下面我们介绍几种常见的放大电路。 低频电压放大器 低频电压放大器是指工作频率在20赫～20千赫之间、输出要求有一定电压值而不要求很强的电流的放大器。 （1）共发射极放大电路
惠斯通电桥原理
惠斯通电桥原理 This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020
惠斯通电桥 在实验中，测量电阻的常见方法有伏安法和电桥法。伏安法测量电阻的公式为R=U/I （测量的电阻两端电压/测量的流经电阻的电流），除了电流表和电压表本身的精度外， 还有电表本身的电阻，不论电表是内接或外接都无法同时测出流经电阻的电流I和电阻两 端的电压U，不可避免存在测量线路缺陷。电桥是用比较法测量电阻的仪器。电桥的特点 是灵敏、准确、使用方便，它被广泛地应用于现代工业自动控制电气技术、非电量转化为 电学量测量中。电桥可分为直流电桥、交流电桥，直流电桥可以用于测电阻，交流电桥可 用于测电容、电感。通过传感器可以将压力、温度等非电学量转化为传感器阻抗的变化进 行测量。 惠斯通电桥属于直流电桥，主要用于测量中等数值的电阻（101~106Ω）。对于太小的 电阻（10-6~101Ω量级），要考虑接触电阻、导线电阻，可考虑使用双臂电桥；对于大电 阻（107Ω级），要考虑使用冲击检流计等方法。惠斯通电桥使用检流计作为指零仪表， 而实验室用检流计属于μΑ表，电桥的灵敏度要受检流计的限制。 1．惠斯通电桥测量原理 图1是惠斯通电桥的原理图。四个电阻R0、R1、R2、R x Array连成四边形，称为电桥的四个臂。四边形的一个对角线连有 检流计，称为“桥”；四边形的另一对角线接上电源，称为 电桥的“电源对角线”。E为线路中供电电源，学生实验用 双路直流稳压电源，电压可在0-30V之间调节。R保护为较大 的可变电阻，在电桥不平衡时取最大电阻作限流作用以保护检流计；当电桥接近平衡时取 最小值以提高检流计的灵敏度。限流电阻用于限制电流的大小，主要目的在于保护检流计 和改变电桥灵敏度。
厦门大学电子技术实验九集成运算放大器组成地RC文氏电桥振荡器
实 验 报 告 实验名称：实验九集成运算放大器组成的RC文氏电 桥振荡器 系别：班号：实验组别：实验者姓名： 学号： 实验日期： 实验报告完成日期： 指导教师意见：
目录 二、实验原理 (3) 三、实验仪器 (5) 四、实验容及数据 (5) 1、电路分析及参数计算 (5) 2、振荡器参数测试 (7) 3、振幅平衡条件的验证 (8) 4、观察自动稳幅电路作用 (9) 五、误差分析 (10) 六、实验总结 (11)
一、实验目的 1. 掌握产生自激振荡的振幅平衡条件和相位平衡条件； 2. 了解文氏电桥振荡器的工作原理及起振的条件和稳幅原理。 二、实验原理 1. 产生自激振荡的条件： 当放大器引入正反馈时，电路可能产 生自激振荡，因此，一般振荡器都由放大 器和正反馈网络组成。其框图如图1所示。 振荡器产生自激振荡必须满足两个基本 条件： （1）振幅平衡条件：反馈信号的振幅应该等于输入信号的振幅，即 VF = Vi 或 |AF| = 1 （2）相位平衡条件：反馈信号与输入信号同相位，其相位差应为： π???n F A 2±=+=（n = 0、1、2……） 2. RC 串-并联网络的选频特性： RC 串-并联网络如图2(a)所示，其电压传输系数为：
2()1122 F +=12R1211(1)(21)122R2112R VF jwR c R c VO R j wc R jwc jwR c c wc R ++==+++++-（） 当R1= R2= R ， C1= C2= C 时，则上式为： 1 ()13()F j wRc wRc +=+- 若令上式虚部为零,即得到谐振频率fo 为：1 =2RC o f π 当f = fo 时，传输系数最大，相移为0，即：F max =1/3，0=F ? 传输系数F 的幅频特性相频特性如图2(b)(c)所示。由此可见，RC 串—并联网络具有选频特性。对频率f o 而言，为了满足政府平衡条件 | AF | = 1，要求放大器| A | = 3。为满足相位平衡条件： π??n F A 2=+，要求放大器为同相放大。 3. 自动稳幅： 由运算放大器组成的RC 文氏电桥振荡器原理图如图3所示，负反馈系数为： ()1(-)1F = F F V R Vo R R -=+ 在深度负反馈情况下： 1()1111F F F R R R A F R R -+===+ 因此，改变R F 或者R1就可以改变放大器的电压增益。
对数放大器的原理与应用.docx
对数放大器的原理与应用 信号压缩 在现实世界中，一些信号往往具有很宽的动态范围。比如雷达、声 纳等无线电系统中，接收机前端信号动态范围可达 120dB 以上；光纤 接收器前端的电流也可从“pA”级到“mA”级。宽动态范围往往给 应用设计带来很多问题。一方面，线性放大器无法处理这样宽的动态 范围。另一方面， DA 变换中，在保证分辨率的情况下，模数转换器的 位数会随动态范围的增大而增大。因此，在处理宽动态范围的信号时，常常将其动态范围压缩到一个可以处理的程度。如果一个系统中阻抗 是线性的，信号的功率与电压的平方成正比，信号的动态范围既可 以用电压表示也可以用功率来表示。 在工程应用中，动态范围的压缩分为“线性压缩”和“非线性压缩”。线性压缩是指放大器的增益与信号的大小无关，输出基本保持 恒定。线性压缩的特点使谐波失真小，其本质是一种“压控放大器” （V CA ）。非线性压缩方面最好的例子就是对数放大器。它是输入输出信号成对数关系的器件，它对信号动态范围的压缩不需要像 AGC 系统那样提取输入信号的电平来控制增益，其增益与信号的大小成反比，在通信、雷达、电子对抗、电子测量中有着广泛的应用。 对数放大器的实质 多年来，人们对对数放大器本质的认识有一些模糊。通常人们把 它看作是一种放大器，反而淡化了其非线性的特性，把它们看作特殊
类型的放大器更是不对。尽管这些电路提供一些放大功能，如在RF 和IF 放大器中，它对小信号呈现出高增益等等，但它们真正的用途 是实现精确的对数变换，严格地说，这些电路应该叫做“对数变换器”。但多年来人们已经习惯了“对数放大器”的叫法。IC 厂商也不愿因为改名而使用户对他们的产品性质和用途造成误解。因此，本文也将沿用“对数放大器”这一名称。 对数放大器的分类 在许多文献中，对数放大器的分类也是相当混乱的，根据实现对数函数依据的不同 ,有的将其分为二极管、三极管对数放大器和级联对数放大器，有的将其分为真对数放大器和似对数放大器等等。但几十年来，随着半导体理论、工艺和模拟集成电路的发展，许多对数放大器实现的方法已经被淘汰，其分类方法也未尽科学。目前根据市场上现有的对数放大器结构和应用领域的不同，可将对数放大器分为三类：基本对数放大器、基带对数放大器和解调对数放大器。 基本对数放大器也称跨导线性（ Translinear）对数放大器，它基于双极性三极管（ BJT）的对数特性来实现信号的对数变换。这类对数放大器可以响应缓慢变化的输入信号，其特点是具有优良的直流精度和非常宽的动态范围（高达 180dB），缺点是交流特性差。 基带对数放大器也称视频对数放大器（虽然很少用于视频显示相关的应用），它克服了基本对数放大器的缺点，能够响应快速变化的
G类放大器的基本原理及其应用
第 1 页 共 9 页 G 类放大器的基本原理及其应用 吴红奎 G 类放大器并不是一个什么新概念，大约在1977年，Hitachi （日立）公司就推出了基于G 类放大技术的商用功率放大器：HMA-8300，这就是其其E 系列后级，采用场效应管为输出级，搭配HCA-8300组成分体式的功率放大 器。 题头图. HCA-8300/HMA-8300前/后级放大器 G 类放大器的电源供给需要使用当时还比较昂贵的功率半导体器件做为电子开关，由此带来的效率提升则显得有些微不足道。随着高速和功率半导体器件价格的逐渐降低以及便携产品对效率的苛求，G 类放大器又开始受到人们的追捧，MAXIM （美信）在2006年一下子推出了两款针对便携应用的G 类放大器 IC 。 本文旨在说明G 类放大器的基本原理和实际应用。 一、G 类放大器的概念及其它 1、什么是G 类放大器 放大器的分类方法有很多种，在音频应用领域，按照末级功率晶体管静态工作点的不同，可以分为A （甲）类、AB （甲乙）类、Super-A （滑动甲类）、B （乙）类等；按照末级功率晶体管的工作状态不同，可以分为模拟放大器和D 类放大器（数字放大器）等；功率放大器的供电方式也不仅仅限于固定电压的一组对称的正负电源或者单一电源，也可以是多组电压不同的电源，或者电压变化的单一电源，就有了G 类放大器、H 类放大器之说，图1可以更好的说明这个问题。 G 类放大器采用高、低两组工作电压并且根据输出功率的大小（以信号幅度计）自动转换，图2是G 类放大器的流程示意图，VCC 为正电源，VEE 为负电源，电压的高低以绝对值计，下同；图3是G 类放大器的电源电压对应输出功率的变化曲线图。 如果负载一定，功率放大器的理论最大不失真输出功率和静态功耗只与供电电压有关，所以采用高、低电压供电的G 类放大器理论上有更高的效率，而失真度指标则与末级放大器的工作点有关。由于工作电压的转换与输入信
运算放大器详细的应用电路(很详细)
§8.1 比 例运算电 路 8.1.1 反相比例电路 1. 基本电路 电压并联负反馈输入端虚短、虚断 特点： 反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低 输出电阻小，带负载能力强 要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。 如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M 2. T型反馈网络（T型反馈网络的优点是什么？） 虚短、虚断
8.1.2 同相比例电路 1. 基本电路：电压串联负反馈 输入端虚短、虚断 特点： 输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强 V-=V+=V i，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑制比要求高 2. 电压跟随器 输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小§8.2 加减运算电路 8.2.1 求和电路 1.反相求和电路 2.
虚短、虚断 特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系 3.同相求和电路 4. 虚短、虚断 8.2.2 单运放和差电路
8.2.3 双运放和差电路 例1:设计一加减运算电路 设计一加减运算电路，使 V o=2Vi1+5Vi2-10Vi3 解：用双运放实现
如果选Rf1=Rf2=100K，且R4= 100K 则：R1=50K R2=20K R5=10K 平衡电阻 R3= R1// R2// Rf1=12.5K R6=R4//R5//Rf2= 8.3K 例2:如图电路，求A vf，Ri 解： §8.3 积分电路和微分电路 8.3.1 积分电路 电容两端电压与电流的关系：
积分实验电路 积分电路的用途 将方波变为三角波（Vi：方波，频率500Hz，幅度1V）
运算放大器详细的应用电路(很详细)
§8.1比 例运算电 路 8.1.1反相比例电路 1.基本电路 电压并联负反馈输入端虚短、虚断 特点： 反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低 输出电阻小，带负载能力强 要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。 如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M 2. T型反馈网络（T型反馈网络的优点是什么？） 虚短、虚断
8.1.2同相比例电路 1.基本电路：电压串联负反馈 输入端虚短、虚断 特点： 输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强 V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑制比要求高 2.电压跟随器 输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小§8.2加减运算电路 8.2.1求和电路 1.反相求和电路 2.
虚短、虚断 特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系 3.同相求和电路 4. 虚短、虚断 8.2.2单运放和差电路
8.2.3双运放和差电路 例1:设计一加减运算电路 设计一加减运算电路，使Vo=2Vi1+5Vi2-10Vi3 解：用双运放实现
如果选Rf1=Rf2=100K，且R4= 100K 则：R1=50K R2=20K R5=10K 平衡电阻R3= R1// R2// Rf1=12.5K R6=R4//R5//Rf2= 8.3K 例2:如图电路，求Avf，Ri 解： §8.3积分电路和微分电路 8.3.1积分电路 电容两端电压与电流的关系：
积分实验电路 积分电路的用途 将方波变为三角波（Vi：方波，频率500Hz，幅度1V）