Интернет-журнал "Домашняя лаборатория", 2008 №6

Мостовая схема имеет вход, не связанный с общей шиной, и аналогичный выход. Для включения ее в общую электронную схему необходим незаземленный источник питания постоянного или переменного тока. На рис. 2.3,а приведена простая мостовая схема. Выходное напряжение моста при малых изменениях сопротивлений плеч определяется формулой

U_вых = (U_вх/4)∙Δr,

где Δr = (ΔR₁/R₁ — ΔR₂/R₂ + ΔR₃/R₃ — ΔR₄/R₄).

Ток в диагонали моста равен Io = (U_вx/4R)Δr, где сопротивление диагонали моста

R = (R₁ + R₄)∙(R₂ + R₃)/(R₁ + R₂ + R₃ + R₄)

На рис. 2.3,б приведена схема двойного моста, для которого

U_вых = (U_вх/16)∙(ΔR₁/R₁ — ΔR₂/R₂ + ΔR₃/R₃

— ΔR₄/R₄)∙)∙(ΔR₇/R₇ — ΔR₅/R₅ + ΔR₆/R₆ — ΔR₈/R₈)

при (R₅ — R₆) >(R₁ — R₄)

Схема моста с ОУ приведена на рис. 2.3, в. При R₁ = R₃, R₂ = R₄, K = ΔR₄/(R₃ + R₄)

На рис. 2.3,г показано включение моста ка входе ОУ. Выходное напряжение определяется U

_вых = (R₅/R)∙t₀ при R₅ > R и R₅ = R_в. Для разных плеч моста усилитель имеет разное входное сопротивление. В этой схеме необходимо иметь попарную регулировку резисторов.

На рис. 2.3,д показана схема, где регулировка резисторов отсутствует. Однако этот мост должен иметь незаземленный входной источник. Выходное напряжение U_вых = (1 + R₅/R₄)∙U_м, где U_м — напряжение моста. Он может регулироваться в широких пределах. Значительно большие возможности у схемы рис. 2.3,е. Эта схема имеет большое входное сопротивление. Коэффициент передачи определяется выражением К = 1 + (R₅+ R₁)/R₆. Его можно регулировать в широких пределах. При R₃ = R₁₁ и R

₉ = R₁₀ ОУ DAB имеет коэффициент усиления, разный единице. Этот усилитель объединяет выходы предыдущих усилителей.

Резисторный мост в цепи ОС усилителя.

Уравновешенный мост, изображенный на рис. 2.4,а, имеет большую нелинейность при значительном отклонении сопротивления одного из резисторов от сопротивления другого. Так,

или U₁₂ = 0,25∙Еа[1 — а/2 + а²/4 —…], где a = ΔR/R. Зависимость проиллюстрирована кривой 2 на графике рис. 2 4,в.

При включении моста в цепь 0 °C (рис. 2.4,б) изменение выходного сигнала от изменения сопротивления резистора определяется линейной зависимостью U_вых= — (ΔR/2R)E. Эта зависимость показана прямой 2 на рис. 2.4,в.

Линейный мост с ОУ.

Схема моста показана на рис. 2/5. Для получения линейной зависимости выходного сигнала от изменения сопротивления резистора моста, который собран на R1-R4, применяется 0 °C. Эта связь осуществляется первым усилителем, выходной сигнал которого меняет ток, протекающий по цепи R1, R2. Уравнение для первого ОУ:

U_вых1/Е = R2/R1 — (R2 + R1) R4/(R3 + R4)R1 при R3 = R4∙Uвых/E = [R2/R1 — 1]/2.

Отсюда следует, что U_вых

прямо пропорционально изменению R2.

Для второго ОУ (DA2) необходимо иметь на выходе нуль при коэффициенте усиления K = R₆/R₅. Для этого следует выполнить условие E/U_вых = R₆/R₅. Тогда 2/K = (R₂/R1) — 1 или R1 = R₂K/(К + 2).

Погрешности измерительного моста.

Для питания моста используется выходное напряжение интегральной микросхемы. Измерительным элементом является резистор R5. При изменении сопротивления резистора R5 происходит рассогласование моста. Напряжение рассогласования усиливается интегральной микросхемой и вновь подается на мост. Эта цепь является цепью 0 °C. Чувствительность схемы зависит от коэффициента усиления усилителя и его входных токов. С учетом коэффициента усиления усилителя баланс места возможен при сопротивлении резистора R5, определяемом следующим выражением:

где R'₅ = R₁(R₆ + R₄α)/[R₂ + R₄(1 — α)]; α — коэффициент подстройки резистора R₄, изменяемый от 0 до 1.

Для ОУ К153УД1 с К = 2*10⁴ отклонение R5 от R'₆ будет составлять 0,02 %. Влияние разности входного тока усилителя можно оценить выражением

поскольку выполняется условие равенства сопротивлений на входах ОУ, то

В связи с тем, что на входах схемы стоят резисторы с сопротивлением меньше 1 кОм, то при разностном токе 0,3 мкА погрешность будет менее 0,1 %. Для стабилизации работы ОУ к нему необходимо подключить следующие элементы: между выводами 5 и 6 С = 220 пФ, между 1 и 8 — последовательную цепочку К = 1,5 кОм, С = 100 пФ. Описанная схема представлена на рис. 2.6.

Неуравновешенный мост.