電阻橋/惠斯通電橋分析及應用

2021-02-13 玩轉嵌入式

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最近在做PT100的東西，要用到電橋、儀表運放之類的內容，今天介紹下電橋，又叫惠斯通電橋。

惠斯通電橋是由四個電阻組成的電橋，這四個電阻叫做電橋的電橋臂，惠斯通電橋利用電阻的變化來物理量的變化，是一種精度很高的測量方式。其電路形式如下圖所示。


通過歐姆定律可以計算出每個電阻兩端的電壓。在R1和R4這個橋臂上，R1，R4將2.5V電壓分壓，R4電阻兩端得到的電壓即為V2；在R2和R5這個橋臂上，R2，R5將2.5V電壓分壓，R5電阻兩端得到的電壓即為V1。領V=2.5V，下面分別用歐姆定律計算V1和V2。

流過電阻R1和R4的電流I2:


R4兩端的電壓：


流過電阻R2和R5的電流I1:


R5兩端的電壓：

V1和V2的電壓差：

由此可以看出，如果4個電阻都相等，即R1=R2=R4=R5，那麼ΔV=0。

如果有三個電阻相等，假設R1 = R4=R5=2K，R2 =82Ω，那麼V2 = 1.25V,V1=2.4V，ΔV = 1.15V。

在實際使用中，我們通常將其中三個電阻值固定，而將另外一個電阻換成熱敏電阻、壓敏電阻、PT100等，這時候就可以用電橋來測物理量了。如果將PT100接入電橋，隨著環境溫度的變化，PT100的阻值發生變化導致ΔV發生變化，將差分電壓ΔV通過差分運放放大後進入單片機的AD採樣，再對照PT100的電阻-溫度對應表就可以知道當前環境的溫度了。

STM32學習板的電路已經發出去打樣了，估計要一周左右的時間才能回來，敬請大家期待。

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