对电桥电路的分析及应用

李至博

摘 要：电桥电路指的是一种电路结构，它是由四个二端元件结成的四边形形成的。在工程中，被测量的东西往往是非常微弱的，必须用专门的电路来测量，这样才能感知被测量东西的变化。电桥电路是最常用的电路，可以说电桥电路是电磁测量中电路连接的一种基本方式，它在测量系统有着非常重要的地位。本文分析了电桥电路的工作原理和特点，同时列举了一些电桥电路的实际应用，说明了电桥电路的准确性与重要性，加深人们对于电桥电路的认识与认知。

关键词：电桥电路；应用

一、电桥电路

（一）电桥电路的定义

电桥电路指的是一种电路结构，它是由四个二端元件结成的四边形形成的，每个边都被称为电路的桥臂，供桥电源接在桥臂的一个对角上，输出端的测量电路接在桥臂的另一个对角上。电桥电路的主要作用是把电阻、电感或者是电容的变化率转化成电压输出，来为后续的电路测量和记录提供方便。

（二）电桥电路的分类

根据使用电源的不同，电桥电路主要分为直流电桥和交流电桥，其中直流电桥是基础，它主要是用于电阻的测量。直流电桥又分为单臂电桥（惠斯登电桥）和双臂电桥（开尔文电桥）。单臂电桥主要是用于测量电阻值在1Ω-106Ω的电阻，双臂电桥适用于电阻值低于1Ω的电阻。交流电桥一种比较式的仪器，在电测技术中有着不可替代的作用。它主要是用于交流等效电阻及其时间常数、电容等的精密测量。

第一，直流电桥的基本原理。如图1所示，直流电桥的基本形式是四臂结构，采用直流电源进行供电。当电桥电路平衡时，一对相邻桥臂与另外两个相邻桥臂的电阻比值一致。当一对相邻桥臂一个是标准电阻器，一个是被测电阻器时，它们之间的电阻比值是一定的，为了使电桥电路达到平衡，另外两个相邻桥臂的电阻比值也要与之相同。在这样的情况下，根据比值和标准电阻器的电阻值就可以知道被侧电阻器的电阻值。

第二，交流电桥的基本原理。如图2所示，在交流电桥中，四个桥臂是由电阻、电抗元件或阻抗元件组成，并用检流计、耳机或者是其它仪器来检测电桥是否平衡的“示零器”。当交流电桥平衡时，相对桥臂中阻抗的乘机是相等的。利用交流电桥的平衡条件来测量，这是交流电桥的基本工作原理。因此，交流电桥的四个桥臂要按照一定的原则搭配不同性质的阻抗元件才能实现平衡。理论上来说，满足条件的桥臂类型有很多，但实际上来看并不多，主要是因为：一是由于受制造工艺的影响，不易受外磁场影响的标准电容的准确度要高于标准电感，所以桥臂尽量不要采用标准电感。二是为了尽可能地发挥电桥的优势，要使被测量的东西由桥臂的参数决定而不是电源的电压或者是频率，也就是使电桥的平衡条件与电源的电压或者是频率无关。三是电桥的平衡需要反复调试，收敛性差的电桥调试起来比较困难，因此是不常用的。

二、电桥电路的应用

电桥电路具有灵敏度高、测量精准和误差小等这样的特点，因此，电桥电路不管是在我们的电路中还是日常生活中都有着越来越广泛的应用。

（一）电桥电路在传感器电路中的应用

传感器是一种检测装置，它感受被测量的信息并将这个信息有规律地转化成电信号或者其他形式进行输出。

第一，电子秤传感器。传感器种类较多，其中称重传感器是一种把重力转化成电信号的电转换装置。电子秤之所以能够称重，主要是取决于内部的称重传感器。电子秤传感器的测量电路通常是使用桥式测量电路，这时应变电阻值的变化被转化成电压或者是电流的变化，从而输出相应的电信号。如果发生故障，应首先观察外形，看是否发生碰撞或破损，接着检查电阻值的大小。以上都正常的情况下，再利用电压表测量无任何承重的情况下，电子称传感器的零点输出值是否在使用范围之内。电子称传感器属于一种精密的机电产品，所以在使用时一定要遵循具体的操作和指导方法，避免因使用不当而产生损失。

第二，空氣流量传感器。空气流量传感器又称之为空气流量计。利用空气流量传感器可以将吸入的空气流量转化为电信号再送入电控单元，其中热线式空气流量传感器与直流电桥，特别是惠斯顿电桥间的关系最为密切。热线式空气流量传感器由能够感知空气流量的铂金热线电阻、能够进行温度补偿的温度补偿电阻和控制热线电流并输出信号的控制电路板组成。当空气经过热线式空气流量传感器时，铂金热线开始散热，此时温度降低，它的电阻变小，电桥不再处于平衡的状态。混合电路向铂金热线增加供给，提供电流，使之恢复之前的温度和电阻值，一直到电桥处于平衡。热线电流与空气质量流量的大小是成正比的，温度补偿电阻受进气温度变化的影响，起到一个温度补偿的作用，这样的话，由于空气温度不一样而带来的测量误差就会减小，保证了测量的准确性。

（二）电桥电路在生活中的应用

第一，电冰箱。电冰箱的热敏电阻式温控器是采用半自动化的双温控器，它所用的感温元件是一支热敏电阻。将热敏电阻放在电冰箱内一个适当位置，利用热敏电阻的电阻值受温度的变化而产生变化的这一特性，再利用直流电桥（平衡电桥）的组成通过控制压缩机的开与关来达到电冰箱控温的效果。

第二，收录机。除了早期的产品，现在收录机中的电机稳速电路都是采用的电子稳速电路。在旋转中，转子产生反电动势。因为它的大小与转速是成正比的，所以电子稳速电路可以利用它来控制转速。电路中采用平衡电桥也可以增加电机转速的稳定性。

第三，电视机。电视机的中和电路是由电容组成的电桥电路。电桥电路两端的电压是电桥的信号源电压。

三、总结

电桥电路是电磁测量中电路连接的一种基本方式，由于被测量的东西是非常微弱的，因此来用电桥电路进行测量是必要的。不管是直流电桥还是交流电桥，都在测量系统中有着不可替代的地位。直流电桥主要是用于电阻的测量。利用交流电桥，我们可以测量交流等效电阻、电容和电感等。由于电桥电路的精准性、灵敏性和误差性小等的优势，它在传感器中的应用十分广泛，主要体现在电子秤传感器和空气流量传感器上。同时，电桥电路与我们的日常生活也是分不开的，尤其是日常生活中的电器。因此，分析电桥电路和它的应用有着重要的意义。

参考文献：

[1]胡承忠.常用家用电器中的电桥电路[J].泰安师专学报，1998.05.

[2]贾昌磊.电桥电路与温度噪声的应用分析[J] .华人时刊旬刊，2013.08.