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信号链基础知识之桥接
作者:Rick Downs,德州仪器 (TI) 高精度模拟应用工程经理
Rick Downs 现任TI(图森,亚利桑那州)高精度模拟产品部应用工程经理。在过去的 23 年里,Rick 曾担任过模拟半导体应用和市场营销的多种职位,主要包括音频产品、数据采集产品、数字温度传感器和电池管理产品。Rick 毕业于亚利桑那大学 (University of Arizona),获电子工程理学士学位,并拥有 4 项专利。他撰写了多篇关于模拟的文章和应用手册,并组织和举办了多次数据采集研讨会。

测量现实世界现象的许多传感器都以改变电阻的形式表现其输出:热敏电阻为温度敏感型电阻,应变计随作用力而改变电阻大小,诸如此类。系统设计人员面对的挑战是如何精确地测量电阻。
   
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     图 1 简易分压器
图 1 显示的是您如何使用一个分压器测量电阻。VE 表示激发电压。及RG 值计算.

就大多数传感器而言,如果 R1 和 RG 的值大约相等,则该电路往往会产生非常小的电压变化,且具有较大的失调电压。当失调量未知时,要进行测量非常困难且关系也为非线性。增加一个分压器并差分测量输出可以消除大失调量,请见图 2。
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图 2 增加第二个分压器并进行差分测量,及该电路的输出电压.

其假设,静止 RG 约等于 R1,同时所有 R1 均非常近似。桥接传感器几乎总是以这种方法来构建。请注意,关系仍为非线性。
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图 3 绘制桥接的传统方法
图 3 所示的电路与图 2 所示的电路具有相同的电气特性。这就是绘制桥接传感器的常见方法。请注意,图 2-3 所示桥接并非真的与您在学校所学的惠斯通桥接相同。
图 4 所示的惠斯通桥接是一款我们所熟悉的电路,主要用于高精度地测量电阻。1833 年, Hunter Christie 发明了这种电路,随后 Charles Wheatstone 对其进行了研究,并做了广泛的分析,Wheatstone 桥接便因此得名。Wheatstone 还首次运用独特的钻石形风格绘制这种电路,并一直沿用至今。

Wheatstone 桥接的原理是:如果交叉分支的三个电阻和电流均已知,则可计算得到第四个电阻。使用一个高灵敏度电流计,可以非常精确地探测到零电流,因此能够非常精确地实施测量。所以,当电流为零时,桥接获得平衡,而第四个电阻与其他三个电阻相等——但只有在这三个电阻都相等的条件下,如图 2-3 所示。
当前,大多数人都测量电压差分而非电流,与图 2-3 所示情况类似。
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