1.惠斯通電橋
惠斯通電橋（Wheatstone bridge）又稱為惠斯登電橋，惠斯同電橋，是一種測(cè)量工具 ， 用來精確測(cè)量電阻器的電阻值 。電路的拓?fù)鋱D如下所示：
電路拓?fù)涔ぷ髟砣缦拢?br /> （1）將精密電阻R1和可變電阻R2串聯(lián)；
（2）將精密電阻R3和待測(cè)電阻RX串聯(lián)；
（3）在R1和R2的中點(diǎn) ， R3和RX的中點(diǎn)接上檢流計(jì)；
（4）當(dāng)檢流計(jì)的讀數(shù)為0時(shí)，電橋平衡 ， 便可以計(jì)算出RX的電阻值；
上面即是惠斯通電橋的工作原理 。從惠斯通電橋的工作原理可以看出，電路的核心思想是用四個(gè)電阻來測(cè)一個(gè)電阻的值 。為了更加方便測(cè)量電阻，一般會(huì)將電阻的變化量轉(zhuǎn)化為電壓的變化，這樣也便于后端的信號(hào)處理 。
電阻和電壓進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，可以用下面的示意圖 。
當(dāng)兩橋處于平衡狀態(tài)時(shí) ， V1-V2=0 。若有一個(gè)電阻發(fā)生變化，則V1和V2之間的平衡被破壞，輸出電壓將不為0 。
有了上面這樣的想法以后，惠斯通電橋可以理解為通過測(cè)量電壓的大小來表征所測(cè)電阻的阻值 。如果這個(gè)電路僅僅是做這種用途，那就太浪費(fèi)它的功能，現(xiàn)在比較廣泛的應(yīng)用是基于惠斯通電橋的傳感器 。
惠斯通電橋傳感器會(huì)將外界的物理量轉(zhuǎn)化為成電阻的變化，而測(cè)量電阻直接使用電信號(hào)就能表示，因此外界的物理量比如壓力的大小，形變的程度，扭矩的大小就和電信號(hào)對(duì)應(yīng)起來了 。
下面這些場(chǎng)景就能看到惠斯通電橋的身影 。
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2. 惠斯通電橋的分類
根據(jù)前面的介紹，惠斯通電橋有4個(gè)電阻，且其中一個(gè)電阻未知并且電阻的變化和外界物理量的變化有關(guān) 。在設(shè)計(jì)原理上，根據(jù)電阻變化的數(shù)量，又將惠斯通電橋分為單臂式，雙臂式和全橋式 。下面將分別推導(dǎo)三種電橋的數(shù)學(xué)關(guān)系式 。
2.1 單臂式
單臂式惠斯通電橋意味著只有一個(gè)電阻發(fā)生變化，如下圖中的R1 ， 而其他三個(gè)電阻保持不變 。如下所示 。
同理可求V2，且上述電橋還滿足R1=R2 ， R3=R4必須成立 。
如果在設(shè)計(jì)時(shí)有
則輸出電壓的關(guān)系式可以化簡(jiǎn)為：
即輸出電壓大小和電源電壓以及電阻R1的變化量有關(guān) 。設(shè)計(jì)電路時(shí)使用確定的VCC給系統(tǒng)供電，那么輸出電壓只與電阻R1和其變化量有關(guān) 。
2.2 雙臂式
雙橋臂意味著有兩個(gè)電阻發(fā)生變化，類似于半橋 。
雙橋臂的電阻和單臂式的電阻一樣，必須滿足R1=R2，R3=R4，且在變化的兩個(gè)電阻R1和R2中，還需要滿足它們的變化量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān) 。即滿足：
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