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CR · 直流分析

惠斯通电桥与平衡

相比直接测量电压,捕捉两个电压相等的那一刻要精确得多。学习用四个电阻制造那一刻、测量未知电阻的电桥平衡原理。

把检测器调到零

滑动标准电阻 R_3,观察中间检测器的电压。当左中点与右中点电位相等的那一刻,检测器恰好指向零。找出那个平衡点。

标准电阻 R_3R_3 = 60 Ω
检测器电压与读数
V_d = -1.67 V · R_x = 120 Ω
不平衡

电桥是两个分压器面对面

电桥是把两个分压器并排接在同一电源上。左分压器(R_1与R_2)在中点A、右分压器(R_3与R_x)在中点C各自建立电位。检测器看的是两中点A与C之间的电压。两电位不同则检测器有电流,相等则没有。

平衡是对置之比相等时

El potencial en A es proporcional a R_2/(R_1+R_2), y en C a R_x/(R_3+R_x)。令二者相等并整理得 R_1/R_2 = R_3/R_x,即 R_1·R_x = R_2·R_3。交叉相乘相等的这一行就是平衡条件,奇妙的是电源电压无处出现。即使电源波动,平衡点也不变。

所以能精密测量未知电阻

把平衡条件对未知电阻求解得 R_x = R_3·(R_2/R_1)。只要有精确已知的比 R_2/R_1 和刻度准确的标准电阻 R_3,就能在检测器归零的那一刻直接从 R_3 的值读出 R_x。由于捕捉的是归零时刻而非测绝对值,不受仪表刻度误差摆布,所以非常精密。

观察Vd = VA − VC
检测器是两中点的电位差。
选择R1·Rx = R2·R3 → Vd = ?
平衡时检测器为0。
填空R1R2 = ?
对置的两个比相等。
自己来Rx = R3 ?
把比乘以标准电阻。

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滑动标准电阻时,检测器电压从一侧出发,越过零点,转到相反符号,而恰好指向零的那一点就是平衡。那一刻 R_1·R_x = R_2·R_3 成立,于是能从标准电阻的刻度直接读出未知电阻。捕捉归零时刻而非测量数值的思路,使电桥成为精密测量的工具。

惠斯通电桥把四个电阻接成菱形,在两中点之间放检测器。平衡条件是对置之比相等,即 R1/R2 = R3/Rx(R1·Rx = R2·R3)时,此时检测器电压为零。平衡与电源电压无关。未知电阻为 Rx = R3·(R2/R1),通过捕捉归零时刻精密测量。