解释6个简单的交流电桥电路

交流电桥是一种电路，可用于使用微分法测量电容、电阻、电感等参数，方法是将其与类似元件的已知值进行比较，对角放置在电桥电路上，并通过电桥中心的模拟仪表进行测量。

在我们开始讨论使用电容和/或电感的交流电桥电路之前，了解几个相关术语可能很重要。最适合应用的电容器和电感器在交流电路中指定为电抗，而不是电阻。

重要参数

电抗表示“电阻”的交流变量，以欧姆表示。阻抗是另一个相对项，用于表示电路某一部分电抗和电阻的整体组合结果，用欧姆表示。

在实际世界中，电容器和电感器都可能由电阻和电抗组成，因此，在谈论它们时，我们想象它们也有阻抗，而不仅仅是电抗。

由于交流电桥电路支路可能由电抗和/或电阻组成，我们将讨论电桥支路的阻抗而非电阻。

准确地说，电阻和阻抗可以惊人地相同。保持交流电桥平衡的因素与直流电桥完全相同，我们只插入一个阻抗(符号为Z)而不是抵抗。

这为我们提供了非常标准的方程式，可用于任何相关电路。

交流电桥可以很好地计算元件值，例如电容。如果我们有一个电容器在交流电桥电路中进行测试，其值可以利用电桥中已知值的元件的值以及R3的值来确定，R3的值可能是实现零读数所必需的。

1） 测量小电容差异

如果我们想确定电容器电容的微小差异，我们可以开始使用交流电桥电路，如下图1所示。考虑到电阻器的阻抗是严格的电阻，而电容器的阻抗实际上是完全无功的，电桥上部支路的阻抗不能与下部支路的阻抗不同。

在这个电路中R1/C1=R2/C2正确调整R3以获得电压表V上的零或零读数时。

这表明无法满足平衡所需的第二组条件（ZA=Z3和Z4=ZB）。平衡交流电路所需的第三个条件也无法满足。

话虽如此，我们可以看到初始条件（ZA=ZB和Z3=Z4）可以满足。阻抗ZA由R1和R3的一部分组成，而阻抗ZB由R2和R3的一部分组成。阻抗Z3归因于电容器C1，而Z4是用于表示C2的阻抗。

假设C1保持等于C2，并且R1和R2的任何差异都被R3调整和修正，那么我们就可以实现良好的平衡桥。

这里，有源元件（如电阻器和电容器）的阻抗由频率决定。然而，我们发现图1不依赖于频率，因为每当频率改变时，C1、C2电抗可能一起改变。

上述交流电桥电路的附加变型如图2所示。尽管该电路设计工作良好，但由于仅在仪表的一侧（B点）存在直流隔离，因此它不是最受欢迎的交流电桥版本之一。

在这个电路中R1/R2=C1/C2当适当调整可变电阻器R3以获得仪表V上的零或零读数时。

如果直流内容来自输入源，则可能会产生许多不利影响。此外，在不修改a点输入信号电平的情况下，对连接在a点的仪表输入放大器进行偏置可能会很复杂。

2） 仅使用电容器

如下图3所示，可以仅使用电容器创建交流桥式电路。

在这个电路中,，C1/C2=C2/C4，小心调整可变电阻器R1，直到仪表V上的读数为零或零

让我们分析初始条件（ZA=ZB和Z3=Z4）。假设电容器对C1/C2和C3/C4的电抗可以以相同的方式响应频率变化，交流电桥的平衡状态不依赖于频率。

这同样适用于第三种情况（ZA=ZB=Z3=Z4）。另一种选择是C1和C3相同，C2和C4相同。在满足这些条件的情况下，通过微调输入频率，在A点和B点之间获得相同的相移，可以在桥接电路中实现perefct平衡。

然而，上述条件阻止电桥独立于输入频率。无论我们使用什么条件来获得交流电桥电路的适当平衡，如果任何一个电容器的值发生变化，都会导致在A点和B点之间产生交流电压输出。

由于A点和B点都与输入交流电源保持良好的隔离，因此很容易将该高阻抗点连接到任何首选差分放大器，以便进一步处理结果。

3） 同时使用电感和电容

电感器和电容器都可以应用于交流电桥电路中，如图4所示。

在这个网络中,，L1/R2=R1/C1，当R3完全调整到仪表V上的零位或零位时。

到目前为止，有源元件的相移符号不需要考虑。然而，电感器和电容器都会引起相移。电容器具有正相移，而电感器可以产生负相移。因此，如果电感器连接在交流电桥的一个支路中，则电容器必须连接在另一个相反的支路上（除非您可能希望使用连接在交流电桥相邻支路上的附加电感器）。这些元件只有在交流电桥图中彼此对角放置时才具有相等和相反的相移。

然而，电路的左侧部分和右侧部分的相移需要相同。这可能仅在有源元件的电抗相同的频率水平下才能实现。因此，图6中的L1和C1电抗应在工作频率下彼此相同。

如果实施附加条件，则可以平衡所示电桥。规则是，如果的L1电抗等于R1电阻，并且C1电抗在工作频率下与R2电阻相同。这意味着R1应该与R2相同。

我们可以通过用可变电阻或电位计代替R1和R2来评估交流电桥电路中电容和电感元件的电抗。之后，我们可以测量电阻，一旦适当的平衡罐完成。

4） 使用相同的电感和电容

更简单的方法是在交流桥腿中插入相同的电感和电容，如下图5所示，然后通过在同一桥腿中的另一桥腿上具有电感和电容来平衡桥电路。

在这个电路中L1/C1=L2/C2当仔细调整R1以获得仪表V上的零或零读数时

在这种交流电桥电路中，对于特定频率，左右两部分的相移是相同的。对其中一个桥腿内的电容或电感稍作修改将导致在A点和B点产生交流输出。可通过微调C2来平衡该桥电路，而不是调整用于平衡的电阻器。

5） 仅使用电感器

在下面的图6中可以看到仅使用电感器的交流电桥电路。

在这种配置中，L1/L3=L2/L4当R2仔细调整以获得仪表上的零或零读数时。R1用于微调，确保仪表读数完全达到零标记

通过添加一个串联可变电阻器的灵敏电压表，可以校准到电桥容许电压范围内的任何期望输出范围。该电桥可以很好地检测电桥中可能引入的任何类型电感器的电感值。

6） 一桥接一桥

还有交流电桥电路，其中一个电桥位于另一个电桥内。这种类型的电路可用于确定电路的多个版本的组合结果，如下面的图7所示。

电表附近的桥接网络就像一个全波整流器，让我们知道直流电表显示交流电压变化的灵敏度。

如有必要，可在桥梁的特定支腿上包括一个以上的构件。

虽然这可能使系统在数学上相当复杂，但平衡所需的因素可能不会改变，这意味着在密切观察和调整相移的同时，保持节点处的相同电压差。如果您打算最大限度地利用这些电路，那么了解交流电桥电路中的相移以及哪些元件需要相互补充是非常重要的。熟悉交流电桥电路的基本原理可以解决未来电子设计中的许多复杂问题。