电桥放大器的原理及应用（说明书）

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。 amplifier；Non-power measurement；Nonlinearity error 引言[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为 图1 单端反相输入电桥放大器 通过运算放大器A进行放大。由于电桥电源是浮置的，所以在和中无电流流过。因a点为虚地，故反馈到两端的电压定是，即 于是可得 若令，为传感器电阻的相对变化率，，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，只需要调节或，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，而且电路输出电压与桥臂电阻的相对变化率是非线性关系，只有当时，与才近似按线性变化[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。 图2 差动输入电桥放大器 当时有： 若运算放大器为理想工作状态，即，可得： 设可变电阻的变化系数,且,则上式可以简化为： 式中为桥路的参考电压值。分析该式可知： ⑴ 当很小时，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在的简化过程中，基于假设条件，即,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，因此，温度的变化将直接影响电桥元件的大小，直接影响运放增益的温度特性，因而在设计时要求和的温度稳定性要好；如果,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，只有当很小时，输出电压和之间才具有较好的线性关系，当较大时（约大于0.1~0.2）时，非线性就变得逐渐显著起来。为了使输出电压与传感器电阻相对变化率成线性关系，可把传感器构成的可变桥臂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，则放大器A两输入端输入电压、和输出电压分别为 当时，上式可写成 式中，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