基于QJ24型直流电阻电桥的改进

【摘要】本文采用运算放大器OP07和仪表放大器AD620对QJ24型直流电阻电桥进行了优化设计，通过粗测确定电桥倍率和细测确定最终电阻值，避免了盲目操作，简化了实验步骤。

【关键词】直流电阻电桥  运算放大器  仪表放大器

引言

QJ24型直流电阻电桥采用惠斯通电桥线路，如图1所示， 是一种比较式的测量仪器，主要由比率臂、比较臂、检流计和电池组组成。潘洁红对提升单臂直流电桥测电阻精确度的方法进行了探究，张明长等人也采用数字电压表代替指针式检流计提高实验的测量精度。指针式检流计可以方便显示出所测电路的电流连续变化情况，并由偏转方向直观判断电流的方向，且不会出现数字电压表容易受干扰的情况。因而在物理实验中有其独特的优势。目前QJ24型电桥中所使用的指针检流计存在以下缺点：1）学生在实验过程中，常因电桥倍率选择不当，导致在测试中电桥极不平衡，损坏检流计。2）由于采用的分立元件多，放大器容易出现漂移，不稳定的现象。

1、实验仪器改进

①粗测电路设计

为了更好的保护及高效利用指针式检流计。粗测部分平衡指示器采用运算放大器OP07与发光二极管构成，如图2所示。

其中，运放OP07作为差动放大器应用，依其特性，当V+IN>V-IN时，6脚输出高电平“1”，綠色发光二极管发光，红色发光二极管熄灭; 当V+IN

所以，在调节电桥平衡的过程中，首先应选择R3的最高位“×1000”为1，其余位为0，改变电桥的倍率，通过红色和绿色发光二极管颜色的变换，确定电桥倍率，进而依次确定R3的“×1000”，“×100”，“×10”，“×1”档位的数值。例如，测量标称值为3856Ω的电阻，当R3最高位“×1000”选择为1时（其余位为0），会发现电桥倍率选择“1”和选择 “10”后会有发光二极管颜色的变换，所以选择倍率为“×1”;进而增大最高位的数值，当数值是3时为绿灯（数值是4为红灯），最终最高位确定为3，依次确定“×100”上的数值为8，“×10”上的数值为4，“×1”上的数值为0，因此，通过粗测得到的电阻阻值为3840Ω。

②细测电路设计

改进后的指针式检流计采用仪表放大器AD620对微弱信号进行放大，以提高仪器的测量精度，如图3所示。其中AD620是一款低成本、高精度仪表放大器，仅需要一个外部电阻Rg来设置增益，增益范围为1至10000。R1，R2，C1，C2，C3构成RFI滤波器，削弱外界干扰信号。

AD620调零电路如图4所示。其中，LM385B12为微功耗电压基准二极管，通过调节R8电位器的活动端实现参考电压调节。OP07构成电压跟随器，“隔离”前后级的影响，保证参考电压稳定。

检流计最大灵敏度通常为10μV/分度至15μV/分度就能很好地满足实验的要求，通过替代法测量得到检流计表头内阻R0为4.1KΩ。表头电流灵敏度为1μA/分度，故表头电压灵敏度为4100μV/分度。

当检流计最大灵敏度为10μV/分度时，检流计的放大倍数为

考虑到R5与表头内阻R0的分压作用，则AD620的放大倍数为

而AD620的放大倍数

因此RG=97Ω，增益调节电阻Rg可由97Ω的标准电阻和1KΩ的电位器共同构成。这时只需要进行精细调整R3即可使检流计指针指零，进而得到精确的实际电阻值。

2、结束语

本文通过采用OP07运算放大器构成平衡指示器完成对电阻的粗测，保证仪器检流计不会出现过载。进而采用AD620仪表放大器对原有检流计放大电路进行了改造，保证了测量系统的稳定高效和精度，简化了实验步骤。

参考文献：

[1]潘洁红.提升单臂直流电桥测电阻精确度的方法探究[J].科教导刊（中旬刊），2018（08）：47-48.

[2]张明长，吴静芝.用数字电压表改进惠斯登电桥实验[J].北京印刷学院学报，2005（04）：38-40.

[3]董善许.基于仪表放大器AD620的指针检流计[J].仪器仪表用户，2011，18（01）：11-13.

作者简介：雷玉明（1985-），男，汉族，陕西澄城人，硕士，实验室技术人员，中级工程师，研究方向：实验仪器改进。