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用非平衡电桥测量电阻【实验目的】 1. 利用非平衡电桥测量电阻; 2. 研究半导体热敏电阻的阻值和温度的关系。【实验方案】电桥按测量方式可分为平衡电桥和非平衡电桥。虽然它们都可以准确地测量电阻, 但平衡电桥只能用于测量相对稳定的电阻值,而非平衡电桥能用于测量连续变化的电阻值。 1. 平衡电桥惠斯登电桥(平衡电桥)的原理如图 1 所示,调节 R 3 使检流计 G 无电流流过时, C、 D 两点等电位,电桥平衡,从而得到 31 2RR RR x?(1) 2. 非平衡电桥非平衡电桥也称不平衡电桥或微差电桥。图2 为非平衡电桥的原理图,B、D 之间为一负载电阻 R g。用非平衡电桥测量电阻时, 是使 R 1、R 2和R 3 保持不变,R x(即R 4) 变化时则 U 0 变化。再根据 U 0与R x 的函数关系, 通过检测 U 0 的变化从而测得 R x。由于可以检测连续变化的 U 0 ,所以可以检测连续变化的 R x。(1) 非平衡电桥的桥路形式 1 )等臂电桥电桥的四个桥臂阻值相等,即 R 1 =R 2 =R 3 =R 4。 2 )输出对称电桥, 也称卧式电桥这时电桥的桥臂电阻对称于输出端,即 R 1 =R 3 =R ,R 2 =R 4 =R ′。且R≠R′。 3 )电源对称电桥,也称为立式电桥这时从电桥的电源端看桥臂电阻对称,即R 1 =R 2 =R ′,R 3 =R 4 =R ,且 R≠R′。 4 )比例电桥这时桥臂电阻成一定的比例关系,即R 1= KR 2,R 3=KR 4或R 1=KR 3,R 2=KR 4,K 为比例系数。实际上这是一般形式的非平衡电桥。(2)R g 相对桥臂电阻很大时的非平衡电桥( 电压输出形式) 当负载电阻 R g →∞,即电桥输出处于开路状态时, I g=0 ,仅有输出电压,用U 0 表示。 ABC 半桥的电压降为 U s (即电源电压) ,根据分压原理,通过 R 1、R 3 两臂的电流为图1 惠斯登电桥 U GR 2R 1R xA DBCK s R 3 =R B R 3R x图2 平衡电桥原理图 U R 2R 1R 4 =R xAD BCKs R 3R gI gI 1I 3I 2I 4Ug U 0R 3R 4=R xI 3I 4 31 31RR UII s???(2) 则R 3 上的电压降为 s BCURR RU 31 3??(3) 同理 R 4 上的电压降为 s DCURR RU 42 4??(4) 输出电压 U 0为U BC与U DC 之差,即sss DC BCURRRR RRRRURR RURR RUUU) )(( 4231 413242 431 30??????????(5) 当满足条件 R 2R 3=R 1R 4时, 电桥输出 U 0 =0 , 即电桥处于平衡状态。为了测量的准确性, 在测量的起始点, 电桥必须调至平衡, 称为预调平衡。预调平衡可使输出只与某一臂的电阻变化有关。若R 1、R 2和R 3 固定,R 4为待测电阻,当R 4 因外界条件变化( 如温度 t) 而变为 R 4+△R 时,此时因电桥不再平衡而产生的输出电压为 sURRRRRRR RRRRRRU??????????)() )(( 424231 412320 (6) 各种电桥的输出电压公式如下: 1 )等臂电桥(R 1 =R 2 =R 3 =R