当前课程知识点:测控电路 > 第二章 信号放大电路 > 2.8 电桥放大电路 > 电桥放大电路
大家好
本节我们将介绍电桥放大电路
本节的学习目标为
1.能够分析电桥放大电路的工作原理
2.能够利用电桥放大电路
对桥路输出信号进行放大
我们依然从一个工程案例入手
托盘称在称量重物时,是利用电阻式应变片
来感应承重梁的变形
从而反映重物重量
我们把应变片连接成差动电桥
桥路的差动输出uo反应
应变片阻值的相对变化
如果我们想对这样的桥路
输出信号进行放大
就需要我们今天要讲的电桥放大电路
首先我们来看电桥放大电路的概念
由传感器电桥和运算放大器
组成的放大电路
或者由传感器和运算放大器构成的
电桥都称为电桥放大电路
他的应用场合为:电感式、电阻应变式、电容式
传感器的信号放大
以上传感器经常通过电桥转换电路
输出电压或电流信号
并用运算放大器做进一步放大
或者由传感器和运算放大器直接
构成电桥放大电路
输出放大了的电压信号,如图所示
为一个差动输入的电桥放大电路
传感器的信号变化
转换为电阻R的阻值变化
阻值的变化再转化为桥路的输出信号
其中δ为电阻相对变化力
即△R/ R
我们来尝试分析一下此电路
我们把电桥对称分成两半
形成如图所示的等效电路
我们再把半桥部分变形得到
下面的等效电路
对于这样的电路
我们需要先求得运算放大器反相端和
同相端的电压ua
与ub
再根据虚短
利用ua=ub
即可以得出输出与输入之间的关系
我们利用叠加原理来求取反相端电压ua
先让桥路电压由短路uo作用
其等效电路图,如图所示
相当于两个阻值为R的电阻并联后
再与R₁
串联形成分压
从而得出ua₁等于
R/(2R₁+R)*uo
当
u作用,uo短路
等效电路,如图所示
相当于R₁与R₂并联后
再与R串联
因为R₁等于R₂远远大于R
可以得到ua₂=1/2u
这样ua=u
和uo同时作用
信号的代数和
即可以得到ua等于
uo*(R/(R+2R₁))加上
u/2
接下来我们分析运算放大器N的
同相端电压ub
其等效电路
如图所示
在电阻R₁等于R₂
远远大于R的情况下
ub等于这样的一个式子,即为
R与R(1+δ)的分压
此时我们得到了ua和ub
利用虚短,令ua等于ub
得出了uo与输入信号
δ的关系
从此式中我们可以看出
输出uo与输入信号δ
呈非线性关系
我们再分析一个由传感器和
运放构成的电桥放大电路
如图所示
传感器的变化对应于电阻值R₂的
阻值变化
电阻R₂作为了运算放大电路
N的反馈电阻
其等效电路,如图所示
我们利用叠加原理,求取反相端和同相端电压
ua和ub,先求ua
当u短路uo作用
其等效电路,如图所示
可以求出ua₁等于
uo*R₁/(R₁+R₂)
当u作用
uo短路,其等效电路如图所示
可以求出
ua₂等于
u*R₂/(R₁+R₂)
此时我们就可以得到ua等于
ua₁+ua₂
ub呢,为电阻R₁和R₃
对输入信号u的分压
所以可以得到ub=u*R₃/(R₁+R₃)
依据虚短路
我们令同相端电压和反相端电压
ua=ub
可以得到输出信号uo与输入信号R₂
之间的关系
当R₃=R
R2 =R(1+δ)时
输出uo与δ的关系,为此式所示
从该式中可以看出
输出与电阻的相对变化率呈线性关系
回到本节开始的案例
我们用桥路放大电路
可以放大测量电桥的输出信号
从而获得所称物体的重量
我们对本节进行一下总结
在本节里我们主要讲了
电桥放大电路的概念
以及分析了两个电桥放大电路
一个输出uo与输入呈非线性关系
另外一个电路输出与输入成线性关系
在课下,大家可以分析一下单端输入的
电桥放大电路的工作原理
本节就讲到这里,再见
-作业 - 绪论
-2.1 理想运算放大器和负反馈
--练习题-2.1理想运算放大器和负反馈
-2.2 反相放大电路
--反相放大电路
--作业-2.2反相放大电路
-2.3 同相放大电路
--同相放大电路
--作业-2.3同相放大电路
-2.4 差动放大电路
--差动放大电路
--作业-2.4差动放大电路
-2.5 仪用放大电路
--仪用放大电路
--作业-2.5仪用放大电路
-2.6 可编程增益放大电路
--练习题-2.6可编程增益放大电路
-2.7 隔离放大电路
--隔离放大电路
--作业-2.7隔离放大电路
-2.8 电桥放大电路
--电桥放大电路
--作业-2.8电桥放大电路
-反相放大、同相放大、基本差动放大、仪用放大,四种放大电路的优缺点比较。
-3.1 概述
--概述
--作业-3.1 概述
-3.2 调幅式测量电路
--调幅式测量电路
--作业-3.2 调幅式测量电路
-3.3 包络检波电路
--包络检波电路
--作业-3.3 包络检波电路
-3.4 相敏检波电路
--相敏检波电路
--作业-3.4 相敏检波电路
-3.5 调频式测量电路
--调频式测量电路
--作业-3.5 调频式测量电路
-3.6 调相式测量电路
--调相式测量电路
--作业-3.6 调相式测量电路
-3.7 脉冲调制式测量电路
--作业-3.7 脉冲调制式测量电路
-4.1 滤波器基本知识
--滤波器基本知识
--作业-4.1 滤波器基本知识
-4.2 基本滤波器
--基本滤波器
--作业-4.2基本滤波器
-4.3 滤波器特性的逼近
--滤波器特性的逼近
--作业-4.3滤波器特性的逼近
-4.4 RC有源滤波器
--RC有源滤波器
--作业-4.4RC有源滤波器
-5.1 加减法运算电路
--加减法运算电路
--作业-5.1加减法运算电路
-5.2 乘除法运算电路
--乘除法运算电路
--作业-5.2乘除法运算电路
-5.3 绝对值运算电路
--绝对值运算电路
--作业-5.3绝对值运算电路
-5.4 峰值检测电路
--峰值检测电路
--作业-5.4 峰值检测电路
-6.1 电压比较电路
--电压比较电路
--作业-6.1 电压比较电路
-6.2 电压电流转换电路
--电压电流转换电路
--作业-6.2 电压电流转换电路
-6.3 AD转换电路
--AD转换电路
--作业-6.3 AD转换电路
-滞回比较电路的滞后电压(回差电压)应该设计的大点还是小点好?
-7.1 细分辨向电路
--细分辨向电路
--作业-7.1细分辨向电路