传感器连接电路剖析——零点平衡电桥与电桥放大器（三）

一丶零点平衡电桥
电桥的另一种应用方式就是零点平衡电桥。这种方法的优点在于克服了桥臂中微变量∆的限制，可用在一个宽的输入激励范围获得良好的线性度。从本质上讲，零点平衡要求电桥必须始终维持在稳定状态。前面发表的专栏我们提到过下面的电桥平衡状态公式：Z1/Z2=Z3/Z4
这里有两种平衡电桥的方法要求：
第一
电桥上的其中一个阻抗（不是传感器）随传感器一起变化以保持电桥的平衡，如下图所示。

1.误差放大器放大了电桥上微小的不平衡，控制器根据误差放大器的信号调制Z2的值，实际上，这是一种PID（比例积分微分）类型的闭环控制电路。输出电压来自于调制Z2以保持电桥平衡的控制信号。例如，若Z1和Z2皆为光敏电阻，Z1用来感知外部光照强度。光敏电阻Z2与发光二极管LED，进行光学耦合，其中LED是控制器的一部分，控制器通过控制LED改变Z2以实现平衡电桥的目的。当电桥平衡时，LED发处的光与Z1感应到的光强度近似相等。因此，流过LED的电流可用表征电阻Z1的大小，继而光强可用被传感器测得。需要注意，使用阻抗Z2作为反馈而非Z3,Z4，是因为使用Z2不仅可用保持电桥得平衡，而且可用通过使用传感器得电压保持恒定，K值基本一致，确保电路具有最佳得线性度和灵敏度。
2.操持电桥平衡得反馈直接输入传感器中，该传感器与感测激励得传感器相同，因此，反馈具有与激励相同得类型和大小但是其相位相反，当所有得激励以及反激励都大小相等，相位相反时，通过电桥平衡，控制器得输出即可表征激励，通过机械力的测量可对该方法进行验证，这种方法要求选用的转换器可用将电压转换为反激励。
例如，经典效应可产生双向的力，因此该方法常常也用于差分压力传感器，加速度及传声传感器。但是，这种方法不能用于光点探测器，因为目前还没有办法产生“负”的光。

二丶电桥放大器
对于电阻式传感器来说，电桥放大器可能是信号调节器中使用最为频繁的前端。电桥放大器拥有多种结构，这取决于所需的接地方式或者浮动基准电压的可用性。下面为大家介绍几种放大器的基本电路，电路图如下

其中a是有源电桥，其可变电阻是浮动的，与地隔离，并连接到运算放大器的反馈回路中。如果电阻式传感器的传递函数可用线性函数类似，即

图b所示电路具有浮动电桥及浮动基准电压V，该电路的增益由反馈电阻决定，其阻值为nRo,输出电压为：

图c所示也是一种电桥，其接地传感器Rx，浮动基准电压为V。输出电压如下：

我们要知道，虽然传感器是线性的，但是这些都是非线性电路，传感器的供电电流与传感器的电阻无关。在其他电路中，传感器电流随着传感器电阻的变化而变化，从而产生非线性输出，尽管对于a，这种非线性通常较小。