阻传感器的差动电桥放大电路的设计
一种基于压阻传感器的差动电桥放大电路的设计一种基于压阻传感器的差动电桥放大电路的设计
罗建华*，熊继军，崔永俊
（中北大学电子测试技术国家重点实验室；太原；山西；030051）
摘 要：介绍了电桥电路、差动电桥电路的基本组成原理；论述了平衡电桥与差动电路构成差动电桥放大电路电桥失衡的现象，从理论上推导其形成原因，并给出了一种解决方法；介绍了电路中零位校准电路的工作原理；着重从理论上对基于压阻传感器的差动电桥放大电路构成不同的电压放大倍数Au值进行设计推导 。
关键词：关键词：电桥电路；差动电桥放大电路；电桥调平；零位校准；电压放大倍数Au 中图分类号中图分类号：TP342+.1 文献标识码：文献标识码：A
Design of a differential bridge amplifier based on
piezoresistive sensor
LUO JianHua, XIONG jijun，CUIYongJun
(Key Lab of Instrumentation Science & Dynamic Measurement (North University of China), Ministry of Education TaiYuan,
030051,China)
Abstract: Introduced the bridge circuit, the differential amplifier bridge circuit's basic composition principle;
Elaborated the balanced bridge and the differentiator constitution differential bridge circuit unbalanced phenomenon；theoretically deduce it's cause, and has given one solution; introduced a zero calibration circuit in its principle; theoretically emphatically based on the piezoresistive sensor's differential bridge amplifier of a different voltage gain Au.
Keywords: bridge circuit; differential bridge amplifier; bridge leveling; zero calibration; voltage gain Au
0. 引言 引言
在检测仪表（包括传感器）的实际应用中，为了提高其性能指标，以使测量结果能更加真实地反映被测参数的大小及其变化规律，常常需要在传感器或信号调理电路等环节采取一定的技术措施，这包括一些共性技术，差动技术就是其中的一种，差动技术对电路零漂有着明显的抑制，在某些检测仪表（包括传感器）中经常得以应用；另一种技术电桥电路能实现精密测量，利用其对称性特点可以找到电位相同的点，以实现电路平衡。差动电路与电桥电路共同具有对称性的特点，基于此，将两种电路相结合，构成差动电桥电路，可明显提高灵敏度、降低非线性、减小甚至消除由于温度或电源等的变化而引起的附加误差，有效地提高检测仪表或系统的性能指标。
1．电桥电路
现选用R1=RS=50Ω构成电桥左桥臂；Rn=R4=300Ω、R5=R6=510Ω以及100Ω可调电阻R3
*
基金项目：基金项目：本文受国家自然科学基金 50775209支持
作者简介：作者简介：罗建华，硕士研究生，研究方向为微系统及集成技术
540
542
运用虚短 U-=U+=2524.752mv 根据运放反相端：
(1) 当桥臂电阻取510Ω时
I=I1+I2
Vcc−UUU−UO
=+(Rn+X)//R5(R4+R3−X)//R6Rf
5000-2524.7522524.7522524.752−UO
=+
(200+55.969)//510(300+100−55.969)//5101000
2524.752−U2475.2482524.752
=+
1000(255.969×510)/765.969(344.031×510)/854.031 计算得： UO=290.453mv ∆Ui=24.752mv Au=
(2) 当桥臂电阻取75Ω时
UO290.453
=≈11.73∆Ui24.752
I=I1+I2
Vcc−UUU−UO
=+(Rn+X)//R5(R4+R3−X)//R6Rf
5000-2524.7522524.7522524.752−UO
=+
(200+55.969)//75(300+100−55.969)//751000
2524.752−UO2475.2482524.752
=+
1000(255.969×75)/330.969(344.031×75)/419.031
计算得： UO=853.431mv ∆Ui=24.752mv Au=
UO853.431
=≈34.47∆Ui24.752
由此，可根据测量高压、低压等不同受压范围的需要，设计不同的放大倍数。取不同的桥臂电阻值按如上方法计算的电压放大倍数Au如下表所示：
Ui(mv) Uo(mv) Au
51Ω 24.75 1164.08 47.03
75Ω 24.75 853.46 34.47
100Ω 24.75 688.45 27.81
200Ω 24.75 440.92 17.81
300Ω 24.75 358.42 14.48
510Ω 24.75 290.47 11.73
表1 不同桥臂电阻值对应不同电压放大倍数Au
由表可见，随着桥臂电阻的减小，放大倍数Au值逐渐增大。但由于增益带宽积的限制，放大倍数Au值增大的同时会引起信号频带的降低，引起高频段信号放大失真。而采用高Au值，放大较低频段信号；采用低Au值，放大高频段信号，能针对不同场合，满足不同的需要。
6 结语 结语
本文介绍了一种基于压阻传感器差动电桥放大电路，并对电路中电桥调平、零位校准、放大倍数的设计作了深入剖析和研究，详细地进行了理论论证，以期从更深层次归纳和总结电桥差动技术，并对相关实际问题的解决起到一定的启发和指导作用。
参考文献 参考文献
[1] 高天光主编；张伦、冯新强、吴常津编译.传感器与信号调理器件应用技术.北京：科学出版社,2002 [2] 蔡锦福编著；边宇枢校.运算放大器原理与运用.北京：科学出版社,2005 [3] 张国雄主编.测控电路.北京：机械工业出版社,2006.2
[4] 电子工程手册编委会.中外集成电路简明速查手册.北京：电子工业出版社，1991.
544
一种基于压阻传感器的差动电桥放大电路的设计
作者：作者单位：
罗建华， 熊继军， 崔永俊
中北大学电子测试技术国家重点实验室；太原；山西；030051
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Conference_7015852.aspx
授权使用：华南理工大学(hnlgdx)，授权号：5ab38ed8-c702-4255-b549-9e3d01792f71
下载时间：2010年11月29日