电桥电路范文

电桥电路范文第1篇

【关键词】电桥电路 线性关系 非线性误差 温度

一、引 言

电桥电路作为传感器使用的技术已经非常成熟，由于输出电压有较大的非线性误差，测量精度和测量范围都受到一定的影响。本文首选通过改进电桥电路的结构，从而改善其线性关系，然后利用Pt100电阻作电桥的负载，并连接温度显示装置，在一个看似普通的电路上面，利用其间的各种转换关系设计出可以实用的测温装置。

二、一般电桥电路输出电压产生非线性误差的分析

如下图所示，当电桥平衡时，，则

（1）

当电桥电路的负载RL∞时，电桥的输出电压为：

（2）

图1 电桥电路的非线性误差分

若桥路中Rx的阻值变化ΔRx，则（2）式变为：

（3）

即 （4）

一般情况下，设置R1=R2=R3=Rx=R，则（4）式可以写成

（5）

若上式按照二项式定理展开，得

（6）

在要求不高的普通应用中，我们常舍去（6）式的高次项

（7）

从（6）式的其余项中我们可以得出，输出电压的相对非线性误差为

（8）

略去高阶小量，得

（9）

从（9）式中，可以看出E随着ΔRx/R的增大而增大，当ΔRx/R=0.1时，E达5%，这使得电桥电路作为传感器，测量精度不高，同时测量范围也受到了很大的限制。下面将改进电桥电路的这一缺陷。

三、 输出电压无非线性误差的电桥电路设计

图1电路输出存在非线性误差，是由其电路结构决定的。分析可知：电桥电路采用稳压供电，流过R1和R2支路中的电流I2不随ΔRx改变，则UB也不随ΔRx改变。但ΔR的改变要引起流过R和R3支路中电流I1的改变，因该支路中有串联电阻R3存在，故该支路中的电流I1和UA的变化与ΔRx的变化不成线性关系。而电桥的输出电压Uo的改变又是由UA的变化引起的，所以ΔRx的变化与Uo的变化，两者之间呈非线性关系。

通过对图1的电桥电路分析，提出如下设想：若能使ΔRx的变化不引起电流I1的变化（即保持A点的电位UA不变），而使R1和R2支路中的电流I2发生改变。由于这一支路中的两个电阻没有发生改变，所以B点的电位UB的变化是线性的。则ΔRx的变化引起电桥的输出电压Uo的改变将是线性的。

根据上述设想，设计出的电桥电路如图2所示。从电路设计原理上解决了电桥电路输出电压产生非线性误差的问题。运算放大器IC和三极管T构成了可以随ΔRx变化的可变电压源，稳压二极管DW为运算放大器的同相输入端，提供稳定的参考电压UW，由于运算放大器的输入阻抗一般远大于桥臂电阻R3，其影响可以忽略。

根据IC运算放大器的电路理论，反相输入端电位与同相输入端电位相等，即U+=U-，U+=UW，于是UA=U-=UW，则加在桥路上的电压为：

（10）

A、B之间的电位为：

（11）

（12）

考虑电桥初始平衡条件式（1），和式（10），可以得出该电桥的输出电压为：

（13）

为使电桥输出电压的灵敏度最高，取桥臂阻值R1=R2=R3=Rx=R，则：

（14）

到此可以看出该电桥的输出电压与电阻的变化成线性关系。

图2 改进的电桥电路

实际上我们利用了稳压电源的原理。其中IC使用的是LM324，下面将说明其工作原理。

如果将二极管D1去掉，则此电路具有加电延时功能。刚加电时，U1>U2，运放A1输出低电平，随着电容C1不断充电，U2不断升高，当U2>U1时，A1输出才变为高电平。

四、温度测试部分

如上所述，在电桥电路中，Rx选择Pt100。Pt100是铂电阻，在温度不是很高的情况下，其温度阻值的线性关系良好，电阻随着温度的变化，线性变化。把铂电阻放在某个环境中或者物体上，测量其电阻，可以在公认的Pt100电阻温度关系表中找到其对应的温度。

五、温度显示部分

图2的输出电压接入IC7107上，连接共阳极的四个LED数码显示管，电桥电路输出电压，直接接在31.30脚上，可以直接实现输出电压的显示，然后定标实验温度的显示。电桥电路也可以利用上述电路实现温度显示。

上述电路显示的是输出电压，如何转换成测量我们需要的温度，可以利用电路简单实现。通过调节36脚和30脚的可调电阻，两次定标，实现温度显示。所以LED数码管最终显示的是温度值，即当前测试温度阻值。

六、测试数据

把Pt100放进普通加热炉（不触壁），加热炉显示当前的温度，并由12V、20V加热开关进行加热，随着加热的进行，得出如下的数据：

加热炉温度（℃） 20.0 25.0 30.0 35.0 40.0 45.0 50.0

测温装置电阻（℃） 20.6 26.0 30.2 36.9 42.1 45.0 50.3

相对误差（%） 3.00 4.00 0.67 5.43 5.25 0 0.60

加热炉温度（℃） 55.0 60.0 65.0 70.0 75.0 80.0 85.0

测温装置电阻（℃） 54.2 59.3 65.1 70.9 76.3 82.6 87. 1

相对误差（%） 1.45 1.16 0.15 1.28 1.73 3.25 2.47

七、误差分析

加热炉本身存在一定的系统误差，由以上数据可以看出：

1.当在45℃时，由12V加热变为20V加热误差明显减小;

2.测温装置测试的温度大多数大于加热炉温度值。

当然中间不排除本装置本身存在一定的明显误差，但总的情况看来，测试温度的误差不大，适合一般的中间温度测量。本实验若是能找到更好的温度标准值，通过多次定标可以做得更精确。

【参考文献】

[1]李兴毅.输出电压无非线性误差的电桥电路传感器[J].物理实验，2006，26（9）：30-32.

[2]何希才.传感器及其应用[M].北京：国防工业出版社，2001：144-145.

电桥电路范文第2篇

[关键词]全桥电路；温度噪声；工程应用

中图分类号：TN70

文献标识码：A

文章编号：1006-0278（2013）08-182-01

一、引言

温度是能够影响元器件性能的重要参数，温度变化引起的元器件参数和性能的变化有些是我们不需要的，此时要设法去消除温度的影响。其中，温度引起的元器件性能的变化对采用电桥原理的传感器测量电路来说是有害的，我们称温度引起的误差为温度噪声或温漂。文章主要对全桥电路的温度噪声来分析噪声的来源和减小温度影响的措施。

二、温度对电桥电路影响

（一）恒压源全桥电路温漂分析

如图1所示，使用恒压源供电的全桥电路，供电电压U，R1、R2、R3、R4的电阻值相同，都为R；R1、R2、R3、R4的电阻值变化率分别为x、-x、-x、x其中x=，四个电阻的温度漂移，其中是电桥每个桥臂的温漂系数，单位ppm，是每个桥臂的温度变化量，根据电路的原理，可以得出：则桥路总电流是为，每个桥臂上的电流，测量电路的输出端为Va-Vb，则Va-Vb间的电压|Va-Vb|

（一）恒流源全桥电路温漂分析

如图2所示，使用恒流源供电的全桥电路，供电电流I，R1、R2、R3、R4的电阻值相同，都为R；R1、R2、R3、R4的电阻值变化分别为x、-x、-x、x其中x=，四个电阻的温度漂移，其中是电桥每个桥臂的温漂系数，单位ppm，是每个桥臂的温度变化量，根据电路的原理，可以得出：则桥路总电流是为，每个桥臂上的电流，测量电路的输出端为Va-Vb，则Va-Vb间的电压|Va-Vb|

三、温度噪声的影响

从上面的分析可以看出，恒压源供电方式本身桥路会受温度影响，引起灵敏度的非线性的误差。具体影响大小可以以应变片传感器为例分析，以应变片式电桥为例，应变片一般使用康铜丝或镍铬丝材料，材料温漂系数一般50ppm-300ppm之间，以200ppm为例，计算温度的漂移。假设温度的范围是100℃，根据恒压源供电电桥灵敏度公式Va-Vb=，则温度引起的测量误差最大可以达到2%，应变片温度系数大小是影响恒压源方式电桥的主要因素。

同样对恒流源供电桥路的分析可以看出，恒流源供电方式电桥本身是不受温度影响的，然而恒流源本身一般会受到温度的影响，一般恒流源的温度漂移系数为100ppm-200ppm，可以看出温度对恒流源本身造成的温漂对测量电路的影响也很大。然而恒流源的温漂相对恒源源的温漂是可以消除的，具体参见消除温度影响的措施。

四、消除温度影响的措施

上面分析到恒压源供电全桥电路本身是受到温度的影响的，恒流源供电全桥电路本身不受温度的影响但恒流源容易受到温度的影响，如何能够消除温度的全桥电路的影响是要解决的问题。

（一）恒压源供电全桥电路温度噪声的消除

根据其灵敏度公式可以看出，温度对恒压源供电全桥电路带来误差和非线性的影响，因此可以通过减小的值或者的值来减小温漂的影响。

减小的值可以通过选择一些低温漂系数材料制成的全桥电路来减小温漂的影响，比如温漂系数蓝宝石康铜硅材料。减小可以通过稳定全桥的工作温度范围、使用多个温度点分割，因此实际中一般对全桥多点做标定系数来减小温漂。

（二）恒流源供电全桥电路温度噪声的消除

根据其灵敏度公式可以看出，温度对于全桥本身无影响，所以一般全桥电路都使用恒流源做激励源。但是，由于恒流源本身一般也会受到温度的影响，所以如何消除恒流源本身带来的温漂对号恒流源激励电路是首要的。

将全桥电路串接一个低温漂的电阻，电阻的温漂系数是5ppm，目的是用低温漂Vc-Vb的值去补偿恒流源受温度的影响。

假设恒流源温漂200ppm，负的温漂系数，R5的阻值是R，标定温度是20℃，最高温度是70℃，即R5上的电压值为V=0.99IR，即与标定温度相比，测量值只有最大值的0.99倍。

则同样因为温度的变化=0.99Ix，由于的温漂与的温漂的大部分都是由于恒流源的温漂引起的，可以用值来补偿的值，这样就可以补偿大部分的温漂引起的误差。

因此对于全桥电路，供电方式选择恒流源能较好的抑制温度对电桥的噪声，若要消除温度对恒流源温漂的影响，如上面所叙述，配合上一个低温漂电阻，通过比较法可以消除温度对恒流源的影响，进而保证测量的精度。

五、结束语

电桥电路范文第3篇

关键词 非平衡电桥；实际输出；线路参数；仪表放大器

中图分类号TP33 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）107-0220-02

0引言

随着电力电子、电气及自动化和国家电网等新技术的发展，对电路中的电参数的精度提出了更高的要求，系统中电参数的精确度及其品质因数将直接影响到设备的稳定性、准确性以及快速性。因此提高电参数的精度有助于提高设备的性能，减少事故的发生。精确的选用电参数更可以优化电路的结构，减少电路的成本价格、降低系统的功耗、提高设备的工作效率。符合现代低功耗，节能型社会的发展浪潮。常用的电路参数测试方法有平衡电桥、补偿法、电阻分压器以及RCL多谐振荡器等。但这些方法存在精确度低、误差大、测量范围小；使用繁杂、价格高、不便携带等诸多不足。近些年，用非平衡电桥的输出特性来测量电路参数的方法开始被尝试，但是，测量过程仅限于测量近似线性信号，未能检测实际信号，仍存在较大误差，同时对电桥的灵敏度问题未涉及。虽然采用可变电压作为供电电源，可提高电桥的灵敏度，但仍不能解决测量准确度低的问题。也有人提出了以恒流源代替电压源的线性非平衡电桥测量电阻的方法，但是，这种方法不但测量范围有限，恒流源的准确度稳定度也具有一定的限制，实现起来更不方便。为此本文提出了以电桥实际输出为测量对象，对电桥实际输出信号进行处理，设计电路参数测试仪的方法。

鉴于电阻、电容、电感电桥输出信号的相似性，本文以竖式非平衡电桥测量电阻为例，对电路参数测试仪设计进行分析。

1非平衡电桥的输出特性

图1为实验教学中常用的恒压源单臂输入非平衡电桥，电桥输出电压Uo为：

综上，如若能通过设置多组R2的值，来匹配被测电阻Rx，使ΔR尽可能的小，通过设置多组E的值来匹配输出Uo（以保证仪表放大器的输入在合理的范围内），便可使电桥的电压输出灵敏度尽可能的高，电阻测量范围尽可能的大，通过对电桥实际输出信号的处理，基本消除非线性误差，被测电阻Rx便能得到精确测量。

2系统组成

2.1系统结构

本系统由电桥电路、仪表放大器电路、多路输出开关电源电路、单片机处理器等几部分组成。图2为系统的基本框图。

电桥电路与多路输出开关电源电路组成整个系统的数据采集部分，仪表放大电路和A/D转换电路及单片机处理器等组成数据处理部分，按键及显示部分组成良好的人机交互界面。图3给出由INA132芯片组成的仪表放大电路。

2.2 系统工作原理

根据设计指标要求，设定Uo的输出范围，R2的变档调节范围，电桥供电电压E的变档调节范围。

系统上电开机，由公式（1）可知，将R2调到最大挡位，以保证E不变时的Uo输出最小。将E打到最大挡位（E=Emax），由公式（6）可知，此时系统的灵敏度Su达到最大。判断Uo是否超出设定范围，若Uo不超限，则E不换挡，保证参数测量时的系统灵敏度达到最大；若Uo超限，则E换挡，依次打到低挡位，判断Uo是否超限，直至Uo不超限为止（此时的Uo=Umid（中间某一档））；若E=Emin时，Uo仍超限，则保持E=Emin挡位不变，切换R2挡位。由公式（2）可知，ΔR=Rx- R2越小，Uo越小，可适当调节R2挡位，使ΔR达到最小，从而使Uo满足设定范围。

3软件设计

4测试方法与仪器

4.1测试仪器

标准电容箱（电容 10pF ～ 10μF ）标准电阻箱（电阻1Ω～5MΩ ）、标准电感组（电感 10μH ～100mH ）、数字示波器，函数信号发生器、Agilent 4284A LCR精密测量仪。

4.2测试方法（测量比较法）

使用本仪器对一组电阻、电容和电感值进行了测量，并与 Agilent 4284A LCR精密测量仪的测量结果进行了比对，结果如表1、表2 和表 3 所示。表 1、表 2和表 3中的测量值是由本仪器测量得到的结果；Agilent则是由Agilent 4284A LCR 精密测量仪测量得到的结果，并以其作为真值计算相对误差。

5测试数据及测试结果分析

5.1测试数据

5.2测试结果分析

从测量结果中可以看出，本仪器的测量范围较宽，并且达到了很好的精度，相对误差小于等于5%；产生误差的主要原因：由于实验设备有限，表格中精密仪器测量的参考数值也存在误差，故所有数值都只能作为参考，它们的精度无法保证，所以，这里进行误差分析时，被测参考频率的误差首先将作为其中的一个因数；其二，在本系统中，我们采用片显示，虽然采用浮点显示，但也只能显示位数据，而实际运算结果多于位，故实际所显示的结果只能保证位有效数字，这个将成为引起误差的第二个原因。元器件本身的偏差会导致实验误差的出现，只有使用尽可能精确的元件才能减小误差，得到较为精确的数值。

参考文献

[1][美]Ernest O.Doebelin 著，王伯雄，等译.测量系统应用与设计[M].5版.北京：电子工业出版社，2007，7.

[2]陈立周.电气测量[M].5版.北京：机械工业出版社，2011，6.

[3]倪新蕾.非平衡电桥的输出特性研究[J].大学物理，28，2009（3）.

电桥电路范文第4篇

图1是一惠斯通电桥电路，因英国物理学家惠斯通首先使用该电路来测量未知电阻的阻值而得名.R1、R2、R3、R4是电桥的四个“桥臂”电阻，电流表和R5构成了“桥支路”.因该电路结构特殊，其中各个元件的联接并非简单的串并联关系.当电桥平衡时，可以将“桥支路”作短路或断路的等效处理，而当电桥不平衡时，该电路虽然结构简单，但已经不属于简单直流电路，无法用串并联电路的分析方法进行求解.本文给出几种不平衡电桥电路的求解方法.1 基尔霍夫定律

基尔霍夫定律包括节点电流定律和回路电压定律.

①节点电流定律：在电路中任意一个节点上，任一时刻流入节点的电流之和等于流出该节点的电流之和，即

②回路电压定律：一个闭合回路中，从一点出发绕某一个回路一周回到该点时，各段电压降的代数和等于零，即

例1 在图1中，已知电阻，R1=4 Ω，R2=R3=12 Ω，R4=6 Ω，R5=3 Ω，E=12 V，求理想电流表A的读数.

解析 因该电路中R1×R4≠R3×R2，即对臂电阻的乘积不相等，所以该电路属于不平衡电桥电路，不好用简单直流电路的方法计算，现用基尔霍夫定律求解.

设各个电阻的电流分别为I1、I2、I3、I4、I5，方向如图2所示，则由节点电流定律，对图2中的节点a、b有

分别选取三个回路Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，绕行方向取顺时针方向，其中回路Ⅰ和Ⅱ已在图2中标出，回路Ⅲ由R1、R2、S、E构成（图中未标出），由回路电压定律，对以上三个回路有

将方程（1）、（2）代入（3）、（4）、（5），再代入电路中各个元件的参数值，可解得I5=0.5 A方向向下.（求解过程略）

点拨 ①基尔霍夫定律是电路的基本定律之一，不论在何种电路中，它阐明的各支路电流之间和回路电压之间的基本关系都是普遍适用的.理论上来讲，基尔霍夫定律可以解决一切电路问题，它思路简单清晰，对于基础好的学生来讲，是完全可以做到熟练掌握和灵活应用的，但是不足之处在于，如果支路较多，所列方程的个数也会随之增多，从而使得解题过程显得比较繁琐，但不失为解决非平衡电桥电路的一种有效方法.

②在列回路电压方程时，有两个注意点，一是电压符号的选取，回路电压定律指出“各段电压降的代数和等于零”，因此，如果遇到电位升的情况，电压要取负号；二是回路的选取要使得所列的电压方程独立，如本题中回路Ⅲ选取很显然该方程可以由方程（3）、（4）相加得到，用该方程与方程（1）、（2）、（3）、（4）联立是无法求解的，因而它不是独立的方程.2 戴维南定理

戴维南定理也叫等效电压源定理，即对外电路来说，一个含源二端线性网络可以用一个电压源来代替，该电压源的电动势E0等于二端网络的开路电压，其内阻R0等于含源二端网络内所有电源电动势为零，仅保留其内阻时，网络两端的等效电阻（输入电阻）.

根据戴维南定理可以对一个含源二端网络进行简化，简化的关键在于正确理解和求出含源二端网络的开路电压和等效电阻.

例2 用戴维南定理求图1中理想电流表A的读数.

解析 移开R5和A这个待求支路，求二端网络的开路电压Uab，如图3所示.

开路后的电路为一简单直流电路，其中R1与R2串联，R3与R4串联，设此时R1与R2的电流为I12，R3与R4的电流为I34，方向如图所示，则即等效电源的电动势为E0=5 V.

再求等效电阻Rab，这时将电源电动势除去，如图4所示，则即等效电源的内阻为R0=7 Ω.

画出二端网络对应的等效电压源的电路图，并将R5和A支路接入，如图5所示，则

点拨 ①在实际问题中，遇到一个复杂直流电路，如果并不需要把所有的支路电流都求出来，在这种情况下，用基尔霍夫定律来计算就很复杂，而应用戴维南定理就比较方便.

②戴维南定理的两个关键步骤：求开路电压Uab和等效电阻Rab.在计算开路电压Uab时，必须注意代替含源二端网络的等效电压源E0的极性与开路电压Uab保持一致，如果求得的Uab是负值，则电动势E0的极性与图5中的相反；而求等效电阻Rab时，必须将网络内的各个电源除去，仅保留电源内阻.

③戴维南定理只适用于二端网络以及二端网络内部为线性电路的情形，如果二端网络内有非线性元件（如二极管、三极管等），或者所求部分为三端网络（如三相负载），则不适用，但如果所求支路中含有非线性元件，戴维南定理同样适用.3 节点电位法

以节点电位作为未知量，将各支路的电流用节点电位表示，再利用节点电流关系列出独立的电流方程进行求解，这就是节点电位法.

要想确定电路中节点的电位，只需在电路中任选一个节点，设其电位等于零，则所求点的电位即等于该点和零电位点之间的电压值.

例3 用节点电位法求图1中理想电流表A的读数.

解析 如图6，将图中另外两个节点c、d标出，各个电阻上的电流方向如图所示.

设d接地，则φd=0，φc=12 V，则各支路电流用节点电位可表示为

点拨 ①节点电位法实际上是以节点电位作为未知量分析电路的一种方法，适用于支路数较多，而节点数较少的电路中，本题中虽然有四个节点，但由于c、d的电位已知，所以实际上只有两个未知节点a和b，使用节点电位法的优点在于解题的方程较少.

②用节点电位法求解电路问题时参考点的选择要合适，应使该电路中其余节点的电位易于表示，使未知数尽可能少.4 互易定理

在一个只含电压源的线性电阻电路中，如X支路中的电压源UX在支路Y中产生的电流为IY，则当电压源由支路X移到支路Y中时，将在支路X中产生电流IY，这就是互易定理.

简单来讲，即在图1中，如果将电压源E与电流表A互换位置，根据互易定理，电流表的读数应该不变，从而可以从另一个角度求得电流表的读数.

例4 用互易定理求解图1中的电流表的读数.

解析 将图1中的电流表和电源互换位置，如图7所示，其对应的等效电路以及互换后各个电流的参考方向如图8所示，可知R1和R2并联，R3和R4并联.

在图8中，

R总=R5+R1R2R1+R2+R3R4R3+R4

根据串并联电路的分流公式可知，电阻R1和R3上的电流分别为

点拨 ①互易定理适用于线性网络只有一个电源时，电源支路和另一个支路之间的电压、电流关系.

②互易时电压源原来的位置应短路，电压源串联接入另一支路.5 Y-Δ等效变换

如图9和图10所示是一个Y形电阻网络和一个Δ形电阻网络，当这两个电阻网络分别接到同一个电路中时，如能保持这个电路中其余各部分的电流和电压不变，则这两个电阻网络对于这个电路是等效的，对应的等效变换关系如下（证明过程略）：

Y形电路等效变换成Δ形电路的条件为

例5 用Y-Δ等效变换的方法求解图1中电阻R1、R3上的电流I1、I3.

电桥电路范文第5篇

【关键词】组合实验仪；暂态；谐振；交流电桥

1.引言

电磁学是大学物理重要的组成部分，实验是学习电磁学的重要手段和兴趣来源。然而，由于实验条件的限制，在我校大学物理实验室，学生可做的电磁学实验仅有使用示波器测定电信号的基本参量、RLC串联谐振特性的研究及暂态特性的研究等项目，远远不能满足学生的学习需要。因此，我们运用学校现有的实验仪器，设计了电磁学组合实验仪器，能够完成RLC串联电路的谐振和暂态特性的研究，同时还可组合成电感电桥、电容电桥，分别进行交流电桥实验，可以实现对电阻、电感、电容值的测量。不仅提高了实验仪器的利用率，而且提高了学生的综合实验能力。

2.相关的实验原理

2.1 RLC串联电路暂态特性

RLC电路的暂态过程就是当电源接通或断开后的瞬间，电路中的电流和电压呈现非稳定的变化过程。实验研究RC串联电路、RL串联电路、LRC串联电路在暂态过程中的瞬时特性，研究与之相关联的过电压和过电流现象，对于学生进一步认识这种电路的工作机制，防止暂态过程产生损害，利用这一过渡过程获得更有用的高电压和大电流有不可替代的作用。

在电磁学实验中，往往是在RLC串联电路的暂态特性实验之前，先进行RC、RL暂态特性实验。它们实际上可以视为在RLC串联电路中、的特殊情况。

RC电路暂态过程中相应的方程（1）的解为：充电过程：，放电过程：。可见，RC串联电路中的过渡时间τ与RC有关，τ值大过渡时间长，电路电压变化缓慢。RL电路的暂态过程也可作相似的讨论。

2.2 RLC串联谐振电路特性实验原理

将简谐交流电压加在由电阻、电感、电容组成的电路，电路中的电流和电压将随着电源的频率的不同而改变。这种关系称为幅频特性。RLC串联电路如图1所示[1—2]：

RLC电路回路中电流I为：

由此可见，直流电桥实际上有两个平衡条件：一是复阻抗模的平衡，二是复阻抗幅角的平衡。只有这两个平衡条件同时被满足，交流电桥才能达到平衡。根据交流电桥的平衡原理，可连接出各种可行的电桥电路

当K断开时：

（1）将示波器连接在1、2位置，和调节适当，可以完成RLC串联谐振特性的研究；

（2）将示波器连接在2、3位置，调节，可以完成RC串联电路暂态特性的研究；

（3）将示波器连接在2、4位置，调节，可以完成RL串联电路暂态特性的研究；

（4）将示波器连接在2、3位置，和调节适当，可以完成RLC串联电路暂态特性的研究。

当K连接6或7时，都构成交流电桥电路，可以完成交流电桥实验，也可以完成对电阻进行的测量。

当K连接6时，构成交流电桥电路：

将示波器连接在2、5位置，调节，可以完成电阻、电感值的测量。

当K连接7时，构成交流电桥电路：

将示波器连接在2、5位置，调节，可以完成电阻、电容值的测量。

根据以上设计出的电路，我们进行了实际接线和操作，图8为实物接线图。

4.组合实验仪完成实验的情况

按照以上设计电路，我们进行了实际接线和操作，完成了RC、RL、RLC串联电路的谐振特性研究、暂态特性研究、交流电桥实验、电感、电容值的测量等学校规定的几个学生必做实验，取得了理想的实验结果。

4.1 RLC串联电路的暂态特性

按图7连线。K断开，将示波器连接在2、3位置，调节，实现RC串联电路的暂态特性的实验研究。选择电容，调节函数发生器使其输出方波信号，选择信号频率为f=500Hz，输出电压5V，的电阻值分别调整为1K、10K、100K，测得电容两端电压，观察并记录示波器显示的波形。

K断开，将示波器连接在2、4位置，调节，实现RL串联电路的暂态特性的实验研究。选择电容，调节函数发生器使其输出方波信号、信号频率为f=500Hz，输出电压5V，的电阻值分别调整为100、500、2K，测量电容两端电压，观察并记录示波器显示的波形。

K断开，将示波器连接在2、3位置，取，，实现RLC串联电路的暂态特性的实验研究。调节函数发生器使其输出方波信号、信号频率为f=500Hz，输出电压5V，测量电容两端电压，调节从500开始逐渐增大，观察并记录各种波形。可以得到欠阻尼、临界阻尼和过阻尼三种不同的状态。

4.2 RLC串联电路的谐振特性

按图7连线，K断开，将示波器连接在1、2位置，选择，，，电源电压峰峰值为2V，实现RLC串联电路的谐振特性的实验研究。调节信号发生器频率，使测量范围从估算中心频率向两侧，每隔50Hz测一次电压值，在谐振点附近应多测几个点，记录数据要求40组以上，可以得到较理想的幅频特性曲线。

4.3 交流电桥及相关测量实验

按图7连线。开关K打到6，构成交流电桥电路。将示波器连接在2、5位置，调节，构成电感电桥。

开关K打到7，也可以构成交流电桥电路，仍将示波器连接在2、5位置，调节，构成电容电桥。

以上两种电桥除了可以完成交流电桥实验，进行电阻测量外，还可以分别完成电感、电容的精确测量。

5.结语

同时，由于交流电桥可以通过测量电阻、电容、电感达到测量电阻率、电导率、介电常数、磁导率等物理量的测量，所以，我们设计的电磁学组合仪器除了本论文中提到的实验，还可以拓展到多个与以上物理量相关的多个学生实验，不仅可以增加实验的数量和质量，对于培养学生的综合实验能力、发散思维能力和创新能力都具有重要的意义。

参考文献

[1]梁灿斌，秦光戒，梁竹健.电磁学[M].北京：高等教育出版社，2008：57—59.

[2]赵凯华，陈熙谋.新概念物理教程[M].北京：高等教育出版社，2003：5—13.

[3]阮永顺.交流电桥法原理[M].北京：中国计量出版社，2012：114—123.

[4]李蓉.基础物理实验[M].北京：北京师范大学出版社，2008：286—298.

资助项目：山东省教育科学“十二五”规划课题（2011JG442）；德州学院实验技术研究项目（SYJS—A11016）；德州学院教研项目（JGLX—B1104）。

电桥电路范文第6篇

关键词：低噪声 应力采集 消除

中图分类号：TP274 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）01-0133-01

本文设计的应力采集电路，是对应变片的阻值的变化进行放大采集，对应变片的阻值变化进行实时监测，电路中非常大的噪声会严重影响采集的精度和准确性，因此我们要对电路进行噪声分析，消除电路中产生的噪声。

1 电路总体设计

应力的采集电路包含电桥电路、信号放大调理电路、信号转换电路。电桥电路使用惠更斯电桥，为了降低功耗，在满足精度的前提下使R1=R3=910W，R2=R4=120W。信号放大调理电路使用仪表运放对电桥输出的差分电压进行放大，并使用DAC对电桥调平衡，对仪表运放进行调零。信号转换电路对放大后的差分信号进行采集，将模拟信号转换成数字信号，进行采集保存。ADC选择TI公司的12位模数转换芯片ADS7886。他具有低功耗，小封装，外部电源作为参考电源的优点，非常适合电桥电路信号的采集。

2 电路中噪声的分析以及决方案

模拟电路中的噪声一般有三个来源，一是器件本身存在的噪声，例如电阻、仪表运放和ADC，这些都将是芯片本身所携带的。第二个来源是传导噪声。传导噪声来自模拟信号路径上的器件和电源器件，电源器件以及电源的传导路径都有着噪声的存在。电路噪声的第三个来源是辐射噪声。一般来说，辐射噪声可能是由于两条平行且靠近的走线间形成耦合而出现的，也可能来自外部电磁干扰（EMI）信号。

对于第一种噪声来源，器件的选择就成为电路设计成败的主要影响因素，低噪声器件的选择将会降低系统中的噪声。电桥电路中的电阻本身存在热噪声，热噪声存在跟温度以及电阻本身的阻值有关，其关系式如下：

（以为单位）

一般的电阻还存在着温漂。因此对于电桥中电阻的选择我们选择使用精度为0.1%，温度系数为5PPM阻值为120和910的电阻，充分降低由电阻产生的噪声。

放大电路中的仪表运放也是电路中噪声的主要来源。放大器本身存在着噪声，因此我们需要选择低噪声的运放。设计中我们选择ADI公司的双运放、低噪声仪表运放AD8426。由芯片手册我们可知，芯片的噪声仅为24 nV/√Hz，在信号为低频的情况下，噪声将非常小，可以忽略。

对于传导噪声，我们需要在ADC之前增加一个低通滤波器，会有效地降低混叠噪声。在PCB板的绘制过程中，对ADC和运放是用单点接地，也将有效的降低了导线上产生的噪声。传导噪声的另一个来源是电源。对于这一问题，我们在所有有源器件的电源引脚和地之间增加一个旁路电容。通过接地面，可以消除大部分传导噪声。

最后一种噪声，走线之间的耦合往往会带来辐射噪声，设计中我们将两条走线隔开，通过适当的电路板布局屏蔽避免外部噪声。

解决了上述器件噪声、传导噪声和发射噪声等问题，我们就能够设计出低噪声的应力采集电路。

3 电路图的设计

电源转换芯片我们使用ADI公司的ADP3330-5线性稳压芯片。供电电源为7.4V的电池，使用此芯片将电压转换为5V来给电路中的芯片供电。

电桥的输出信号与激励电压有关，电桥的驱动电压和ADC的电压我们使用同一个电压。在仪表运放和ADC芯片的每个供电引脚我们均加上一个0.1uf小电容和一个10uf的钽电容，起到退耦的作用。在ADC之前我们加一RC低通滤波器，降低混叠噪声。

DAC供电我们使用外部基准电源，选择使用TI公司的REF3140基准电源，将5V电压转换为4.096V给DAC供电，并在电源引脚附近加上一个0.1uf和10uf的钽电容进行退耦，稳定DAC的输出。图2为所设计的电路图。

4 结语

通过这次的低噪声应力采集电路的设计，我们得出了一些低噪声模拟电路设计的一些经验。（1）检查电路中使用的器件并保证它们均是低噪声器件。（2）永远在电路板的一层布设不间断的接地面。（3）对于混合信号电路中的信号，利用低通抗混叠滤波器进行正确的滤波。（4）对所有器件进行适当的旁路设计；电容要尽量靠近器件的电源引脚。（5）对电源进行恰当的滤波。

参考文献

[1]刘中，李涛.应变电桥式传感器内置低噪声电路设计[J].机电设备，2010，27（1）：35-39.

[2]倪昔东，李涛，李建等 应变电桥式传感器内置低噪声电路设计[J] 船舶工程，2012，（S1）：61-64

电桥电路范文第7篇

关键词：传感器；信号检测；电路

随着科学技术的发展，传感器技术也逐渐得到了比较广泛的应用，在传感器电路中，完成传感器输出信号处理的各种接口电路统称为传感器检测电路。

一、输出信号的特点

由于传感器种类繁多，传感器的输出形式也是各式各样的。传感器的输出信号，一般比较微弱，有的传感器输出电压最小仅有0.1μV。传感器的输出阻抗都比较高，这样会使传感器信号输入到测量电路时，产生较大的信号衰减。传感器输出信号动态范围很宽，输出信号随着输入物理量的变化而变化，但它们之间的关系不一定是线性比例关系。而且传感器的输出信号大小会受温度的影响，有温度系数存在。

二、检测电路形式

要提高测量系统的测量精度和线性度，需要对输出信号进行处理，这就用到了传感器的接口电路。处理后的信号，应成为可供测量、控制使用及便于向微型计算机输入的信号形式。接口电路也有各种不同的类型。

有许多非电量的检测技术要求对被测量进行某一定值的判断，当达到确定值时，监测系统应输出控制信号。在这种情况下，大多是用开关型传感器，利用其开关功能，作为直接控制元件使用。使用开关型传感器的检测电路比较简单，可以直接用传感器输出的开关信号驱动控制电路和报警电路工作。

定值判断的检测系统中，由于检测对象的原因，也常使用具有模拟信号输出地传感器。在这种情况下，往往要先检测电路进行信号的预处理，再放大，然后用比较器将传感器输出信号与设置的比较电平相比较。当传感器输出信号达到设置的比较电平时，比较器输出状态发生变化，驱动控制电路及报警电路工作 。

当监测系统要获得某一范围的连续信息时，必须使用模拟信号输出型传感器。传感器输出信号经接口电路预处理后，再经放大器放大，然后由数字式电压表将检测结果直接显示出来。数字电压表一般由A/D转换器、译码器、驱动器及数字显示器组成。这种检测电路以数字读数的形式显示出被测物理量，例如，温度、水分、转速及位移量等等。接口电路则根据传感器的输出特点进行选择。

三、常用电路

1.阻抗匹配器

传感器输出阻抗都比较高，为防止信号的衰减，常常采用高输入阻抗的阻抗匹配器作为传感器输入到测量系统的前置电路。常见的阻抗匹配器有半导体管阻抗匹配器、场效应晶体管阻抗匹配器及运算放大器阻抗匹配器。

半导体管阻抗匹配器，实际上是一个半导体管共集电极电路，又称为射极输出器。射极输出器的输出相位与输入相位相同，其电压放大倍数小于1，电流放大倍数从几十到几百倍。当发射极电阻为Re时，射极输出器的输入阻抗Rin=βRe。因此射极输出器的输入阻抗高，输出阻抗低，带负载能力强，常用来作阻抗变换电路和前后级隔离电路。

半导体管阻抗匹配器虽然有较高的输入阻抗，但由于受偏置电阻和本身基极及集电极间电阻的影响，不可能获得很高的输入阻抗，仍然无法满足一些传感器的要求。

场效应管是一种电平驱动元件，栅漏极间电流很小，其输入阻抗可高达1012Ω 以上，可作阻抗匹配器。场效应晶体管阻抗匹配器结构简单、体积小，因此常用作前置级的阻抗变换器。场效应晶体管阻抗匹配器有时还直接安装在传感器内，以减少外界的干扰，在电容式声传感器、压电式传感器等容性传感器中，得到了广泛的应用。

除此之外，还可以使用运算放大器做成阻抗匹配器。

2 .电桥电路

电桥电路是传感器检测电路中经常使用的电路，主要用来把传感器的电阻、电容、电感变化转换为电压或电流。根据电桥供电源的不同，电桥可分为直流电桥和交流电桥。直流电桥主要用于电阻式传感器。例如，热敏电阻、电位器等。交流电桥主要用于测量电容式传感器和电感式器传感器的电容和电感的变化。电阻应变片传感器大都采用交流电桥，这是因为，应变片电桥输出信号微弱需经放大器进行放大，而使用直流放大器容易产生零点漂移。此外，应变片与桥路之间采用电缆连接，其引线分布电容的影响不可忽略，使用交流电桥还会消除这些影响。直流电桥的基本电路如图1所示。

电路中，输出电压，当电桥平衡时

R2R4=R1R3，输出电压为零。如果R1=R2=R3=R4时，则电桥电路被称为四等臂电桥，此时输出灵敏感度最高，而非线性误差最小，因此在传感器的实际应用中多采用四等臂电桥。

3.放大电路

传感器的输出信号一般比较微弱，因而在大多数情况下都需要放大电路。放大电路主要用来将传感器输出的直流信号或进行放大处理，为监测系统提供高精度的模拟输入信号，它对检测系统的精度起着关键作用。

目前检测系统中的放大电路，除特殊情况外，一般都采用运算放大器构成。放大电路常用的有反相放大器、同相放大器、差分放大

器等。

在图2所示电路中（a）是反相放大器的基本电路，（b）是同相放大器得基本电路，（c）是差分放大器的基本电路，差动放大器最突出的优点是能够抑制共模信号。

除了上述几种放大器外，还有电荷放大器。 压电式传感器输出的信号是电荷量的变化，配上适当的电容后，输出电压可高达几十伏到数百伏，但信号功率却很小，信号源的内阻也很大。放大器应采用输入阻抗高、输出阻抗低的电荷放大器。

电荷放大器是一种带电容负反馈的高输入阻抗、高放大倍数的运算放大器。电荷放大器输出电压只与电荷和反馈电容有关，而与传输电缆的分布电容无关。但是，测量精度却与配接电缆的分布电容

有关。

作者简介

电桥电路范文第8篇

诸多实验方面的教材对实验目的的要求通常是了解什么，熟悉什么，掌握什么。笔者认为这样没有任务要求，若写为会什么、能做什么，也就是提出明确的任务要求和能力要求，使学生知道这次实验是要干什么，实验完成后自己的操作能力应该有哪些提高会更好。表1是微分和积分电路的应用实验，指出了明确的任务和能力要求。

二、实验内容应具有“应用性”

直流电桥电路是“电工技术”课程直流电路中一个非常典型的电路，从电路分析的角度看它可以提高学生的电路分析能力；从知识应用性的角度看，电桥电路应用十分广泛。例如：压力传感器或压力变送器的测量电路采用直流电桥电路，仪表测量温度时冷端温度补偿可用补偿电桥法，自动电子电位差计测量桥路等等。由此可见，设计一个实践性较强的直流电桥电路实验，意义是非常深远的。本文以直流电桥电路测量温度为例，来说明电工基础实验与实际应用两者的结合，使学生通过电工基础实验更加深刻地认识和体会到，专业基础课程与专业课程的联系及纽带关系，从而具备一种善于思考问题和解决问题的能力。以下简要介绍电桥电路实验方法及特点，供大家参考。

1.用不平衡电桥电路测量温度方法（间接法）

利用热电阻测量温度，将温度变化转化为导体或半导体的阻值Rt的变化。通常显示仪表方便接受电压或电流信号，为此常采用电桥来测量Rt阻值的变化，并转化为电压输出。

2.本实验的特点

部分实验教材通常只是利用直流单臂电桥和双臂电桥测量电阻，也可理解为测量仪器使用方法的掌握。本实验的特点笔者认为有如下几点：

（1）可以学习电路的连接方法；

（2）可以学会电桥电路中元器件参数选配原则和方法，从而更加深刻地认识和理解电桥电路的结构和特点；

（3）通过不平衡电桥电路测量温度的原理和实验方法，学生可通过制作电桥电路并且测量温度，清楚该电路在实际工程中的应用，而不是仅作为一直流电路或一个测量仪器来看待。

三、验证实验结果的方法应具有“趣味性”

本文以叠加定理实验为例进行说明。

1.T型电阻网络验证叠加定理

（1）电路原理说明。本实验的T型电阻网络如图2所示是由100Ω和200Ω两种规格的电阻构成。其中，S3-S0为4个模拟电子开关，开关的状态受输入的数字信号D3-D0控制。当Di=1（高电平）时，开关Si置到基准电压源UREF；当Di=0（高电平）时，开关Si置到接地端。

（2）验证电路中某一支路电压或电流叠加方法。基准电压源UREF选取6V。首先将逻辑开关S0置“1”，即S0支路有UREF单独作用，观察电流表的读数，同时用万用表测量UDE的电压。按照表3要求的逻辑开关状态逐一完成操作。

2.本实验的特点

传统验证叠加定理实验的电路如图3，数据记录如表4。笔者认为它虽然可以验证叠加定理的关系，但存在没有将趣味性融入实验的缺陷。一件非常有趣的事情会使人记忆犹新。同样，一次有趣的实验会使学生受益匪浅。叠加定理的内容是：“在任何由线性电阻、线性受控源及独立源组成的电路中，每一元件的电流和电压等于每一个独立源单独作用于电路时，在该元件上所产生的电流和电压的代数和。”如何将枯燥、乏味的定理转变成具有娱乐性的实验呢？数字电子技术中的D/A转换器电路即4位T型电阻网络电路可以较好地替代图中的电路。笔者认为采用该电路的特点有以下几个：

（1）器件的数量虽然较多，但规格少，便于选择，学生易掌握；

（2）组合逻辑开关的工作方式代替独立源的工作状态，实验过程中操作和转换灵活、方便，变化多样，学生可以感到趣味无穷，极为有趣；

（3）电路分析过程多而不难，且极有规律，留给学生无限的遐想和思索；

（4）实验效果明显，测试数据较多但结果十分准确。

四、实验题目应具有“形象性”

“电工技术”课程交流电路中，电阻、电感、电容组合的串并联电路应用十分广泛。例如：

（1）在电阻和电感串联电路中并联合适的电容，可以提高电路的功率因数；

（2）电阻、电感、电容构成串联谐振或并联谐振电路，可以对传输信号进行选择。可见，学生掌握和理解这些知识点是非常重要的。但是，RLC电路的电路分析较为复杂和抽象，学生学习中普遍感到困难，借助于实验来帮助学生解决这一难题是一个很好的办法。

日光灯电路是典型的电阻、电感串联电路，故在许多实验教材中都有这个实验。在R—L电路并联一合适电容C，可提高电路的功率因数，实验名称为“功率因数的提高”。笔者认为若将名称写为“日光灯电路能量需求最小化”则更为形象和生动。理由如下，并联电容后，电路中R—L支路电流是没有变化的，而电路的总电流减小了，也可以理解为并联一恰当电容后，可以使电源提供给日光灯的能量最小，但日光灯亮度却没有减弱。若学生见到实验题目是日光灯电路能量需求最小化时，很自然会想到有功功率、无功功率和视在功率这些知识及关系，同时又可将枯燥的专业术语转换为有感性认识的语言。

五、小结

电桥电路范文第9篇

关键词： 直流电桥 工作原理 应用

电桥是把电阻、电感和电容等元件参数转换成电压或电流的一种测量电路。这种测量电路简单直接，且精度和灵敏度较高，在检测系统中有着极为广泛的应用。本文主要介绍了由电阻类元件组成的直流电桥的工作原理和相关应用。

一、直流电桥工作原理

如图一，图中R、R、R、R组成电桥的四个臂，输入电源加在电桥CD端，输出信号取自电桥的AB端。若在电桥的输入端加入直流电源U,则称为直流电桥。当电桥的输出端与具有高输入阻抗的装置相接时，电桥相当于工作在输出端开路状态，其输出电压为：U=U-U=U。

当RR=RR时，输出电压U为零，称电桥处于平衡状态。此状态下A、B两点电位相同，此时也相当于A、B间短路。当输出电压U不为零时，电桥则处于不平衡状态。

二、直流电桥的应用

1.平衡状态的应用

测电阻：在图一的电桥电路中，A、B间接一检流计，其中R为待测电阻，R、R为阻值已知的固定电阻，R为精密可调电阻，调节R，使检流计指针指零，电桥达到平衡，按电桥的平衡条件可得R=R。

热电阻测温：在图一的电桥电路中，若R为热电阻，其阻值随温度的升高而增大。当温度发生变化，检流计指针偏转，通过调节精密电阻R，使电桥达到平衡，计算出R的阻值，再运用工业上常用热电阻分度表查出此阻值下对应的温度即可。

2.不平衡状态的应用

电桥的这种应用是基于偏差测量法。R仍为被测电阻R，在常态调节R，使电桥平衡，则输出电压为零，输出电流也为零。当R=R+ΔR时，电桥失去平衡，此时输出电压及输出电流随ΔR的变化而变化，故可用输出电压或输出电流的大小反映被测量的变化情况。

热敏电阻测温：热敏电阻一般结构简单、价格低廉，阻值较大，可在长达几千米的远距离测量温度中使用。测量电路多采用桥路。

如图二，调试时，将热敏电阻R置于水浴中，先将水温设定在32℃，此为表头零位，待热平衡后，调节RP为调零电位器，使指针指在32℃上；然后加入热水，使热平衡后，水温为50℃，调节RP为调满度电位器，使指针指在50℃上；再加入冷水，逐渐降温，检查示数范围内各刻度的准确性。此过程称为标定。如热敏电阻所在处的温度变化为39℃，其阻值也会发生改变，从而使电桥处于不平衡状态，电流计中有电流输出，其指针即指到刻度盘标定的39℃的位置处，实现实时读取。温度越高，使得热敏电阻阻值改变越大，电流计中电流输出越大，指针偏转越大，指示的温度就越高。

测荷重：在自动检测中常用电阻应变式传感器，主要由电阻应变片和桥式测量转换电路构成。如图一，设桥臂上为四个电阻应变片，每个电阻应变片的电阻相对变化量与其轴向应变成正比，即=Kε，通常令拉应变为正，压应变为负。其中K为应变片的灵敏度。当每个桥臂电阻变化值ΔR?垲R，且电桥输出端的负载电阻为无限大，R=R=R=R的全等臂方式工作，电桥的输出电压可近似表示为：

U=(-+-)=K(ε-ε+ε-ε)。

根据不同的要求，应变电桥有不同的工作方式：单臂半桥工作方式，即R为应变片，R、R、R为固定电阻；双臂工作方式，即R、R为应变片，R、R为固定电阻；全桥工作方式，即四个臂都为应变片。此三种工作方式中，各轴向应变片可以是拉应变片，也可是压应变片，取决于应变片的粘贴方向及受力方向。因此设法使试件受力后，使四臂的应变正负号相间，就可使输出电压成倍增大。由此可知，全桥灵敏度最高，双臂半桥次之，单臂半桥灵敏度最低。

现以测量汽车载荷中应用的荷重传感器说明直流桥路的应用。荷重传感器的最大荷重为F=100×10N，K=2mV/V，当桥路输入电压为16V时，测得桥路输出电压为8mV,则被测荷重是多少吨？

荷重传感器中直流电桥采用灵敏度最高的全桥工作方式，其应变片在承重等截面圆柱上的粘贴如图三所示，R为压应变，R为拉应变，R为压应变，R为拉应变。

在额定荷重范围内，连接成图一电桥时桥路输出电压最大且与荷重成正比，=。荷重传感器的灵敏度K=，单位往往是mV/V。

U=F=F=F=8，得：F=2.5×10N=2.5t。

直流电桥的应用相当多，如热电偶测温中加直流电桥作温度补偿，与应变片配合使用可以测转矩、测加速度、测桥梁的载荷，等等。这些都是对文中所述的电桥平衡状态和不平衡状态的应用。

参考文献：

［1］丁继斌.传感器［M］.北京：化学工业出版社，2010.1.

［2］金发庆.传感器技术及其工程应用［M］.北京：机械工业出版社，2010.6.

电桥电路范文第10篇

关键词：电动舵机 功率MOS 驱动电路

中图分类号：TM33 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）10（a）-0130-02

1 MOSFET　H电桥电路

功率MOS管又称功率场效应晶体管，是电压控制型器件。主要特点是电压控制，驱动功率小，输入阻抗高，功率增益高，开关的速度快，开关时间由寄生电容决定，因此其应用广泛。H电桥电路是电动机正转/逆转驱动电路结构中最为常见的一种形式，只用一个电源和四个开关的不同搭配来控制电机的各种工作形式[1]。

将H电桥电路中的开关用功率MOS管代替，构成MOSFET　H电桥电路（如图1所示）。

H电桥中得S1和S3用P沟MOSFET源极接地型开关电路代替，S2和S4用N沟MOSFET源极接地型开关电路代替。

由于P沟MOSFET管品种少及性能相比N沟器件差，下文中S1～S4均采用N沟MOSFET。

2 H电桥电动机驱动电路

拟控制的电动机是15V/1A的小型DC电动机。电动机的驱动模式设定为由两个控制信号控制的4种模式。

图2是电路框图。控制电路是由两个0V/5V的逻辑信号分别控制H电桥各开关形成4种驱动模式的部分。电源电路是为了驱动N沟MOSFET开关的电源部分，是DC-DC变换器升压电路。

2.1　DC-DC变换器升压电路

由于N沟MOSFET源极跟随器型开关电路需要栅极电位比源极电位高出3.5V才能够完全导通，所以实际电路中需要另外一个VCC+3.5V的电源。构造该电源电路的特点就是在内部制作了一个比H电桥电源电压高的电源VD，使电路更加简洁清晰。

其原理图如图3所示。电路通过SW把直流变换为交流，通过把交流成分加载在VCC上整流得到平滑的高电压。

其中SW开关使用的是施密特触发变换器的方波振荡电路，得到占空比约50%的方波，在这里不作详细介绍。

如图3所示，得出的新电源VD=VCC+　VDD-2VF。

2.2　控制电路

图4是实际的控制电路。MOSFET的栅极是由NPN晶体管的发射极接地型开关电路驱动。如果这个驱动电路的电源是VCC+3.5V，就可以使Tr1和Tr3完全导通。

发射极接地开关从逻辑上可认为是倒相器。所以在驱动Tr2和Tr4的电路中，组合倒相器使逻辑一致。

驱动Tr1和Tr3的电路是把两个发射极接地性开关电路的集电极与集电极连接进行NOR运算[2]。这样，只有两个晶体管都截止时输出才为H。

控制电路的逻辑如图5所示。

2.3　同时采用P沟和N沟MOSFET的电路

如第一部分介绍时所述，Tr1和Tr3采用P沟MOSFET源极接地型开关电路时，驱动电压就没必要高于电源电压，这样电路就会变得稍微简单。

但是N沟FET和P沟FET 器件导通时所需的驱动电压极性相反，电动机的驱动电路就与图4的构成有所不同。为了Tr1和Tr3的栅极驱动电压，必须进行NAND运算（图4电路中进行的是NOR运算）。当两个晶体管都导通（即两个输入均为H电平）时，输出才为L电平。具体控制电路如图6所示。

3 结语

该控制电路通过合理的选择MOSFET种类及相应导通电压，根据不同MOSFET开关电路设计不同的控制逻辑及电路，使得MOS管具有良好的开关特性，也使得电路非常简单、实用和可靠[3]。

参考文献

[1] 马瑞卿，刘卫国.自举式IR2110集成驱动电路的特殊应用[J].电力电子技术，2000（1）.

[2] 逄海萍.IR2111和IR2130在PWM直流伺服系统中的应用[J].电气传动自动化，2001（3）.