测控电路C2-7 电桥放大电路

ref 测控电路第五版
电桥放大电路: 传感器电桥和运放组成的放大电路 / 传感器和运放构成的电桥

单端输入电桥放大电路

• 反相输入电桥放大电路
• $$u_{ab}=(\frac{Z_4}{Z_2+Z_4}-\frac{Z_3}{Z_1+Z_3})u$$
• 电桥电源$u$浮置, 在$R_1{R}_2$无电流通过, a虚地, $u_o$反馈到$R_1$两端电压为$-u_{ab}$ $u_o\frac{R_1}{R_1+R_2}=-u_{ab}$
• 若$Z_1=Z_2=Z_4=R,Z_3=R(1+\delta )$ 相对变化率$\delta$
  • $$u_o=(1+\frac{R_2}{R_1})\frac{u}{4}\frac{\delta }{1+\delta /2}$$
• 同相输入电桥放大电路, 输出反向
• 增益与桥臂电阻无关, 增益稳定
• 电源电桥必须浮置, 输出$u_o$与$\delta$非线性, $\delta <<1$时近似线性

差动输入电桥放大电路

• $R_1=R_2,R_2>>R$
  • $u_a=u_o\frac{R}{R+2R_1}+\frac{u}{2}$
  • $u_b=u\frac{1+\delta }{2+\delta }$
  • 运放理想工作状态, $u_a=u_b$
    • $$u_o=(1+\frac{2R_1}{R})\frac{\delta }{1+\delta /2}\frac{u}{4}$$
• 四桥臂同时变化, 电压放大倍数非常量, 桥臂电阻$R$温度系数不同于$R_1$, 增益不稳定
• 只适用于低阻值传感器, 测量精度要求不高场合

线性电桥

• $u$相当于差动放大器的共模电压
  • $u_a=[(u_o-u)R_1/(R_2+R_1)]+u$
  • $u_b=u\frac{R_3}{R_1+R_3}$
  • $u_o=\frac{R_3-R_2}{R_1+R_3}u$
    • $R_3=R$
      • $$u_o=-\frac{Ru}{R_1+R}\delta$$
• 量程大, 灵敏度低