半桥差动电路

电路结构与条件

半桥差动电路是惠斯通电桥的一种接法：电桥的四个桥臂中，两个相邻桥臂接入电阻应变片（设阻值均为 $R$），另外两个桥臂接入固定电阻（阻值也为 $R$），即 $R_1=R_2=R_3=R_4=R$。两个应变片分别感受符号相反的应变，使它们的电阻变化量大小相等、方向相反，记为 $\mathrm{\Delta }{R}_1=\mathrm{\Delta }R$、$\mathrm{\Delta }{R}_2=-\mathrm{\Delta }R$。

输出电压关系

设电桥供电电压为 $E$，在满足上述等阻、等幅反向变化条件时，半桥差动电路的输出电压为

该式表明 $U_o$ 与 $\mathrm{\Delta }R$ 之间是严格的线性关系，不存在单臂电桥中因分母含 $\mathrm{\Delta }R$ 而引入的非线性误差。

灵敏度

电桥电压灵敏度定义为输出电压与电阻相对变化量之比，即 $K_U=U_o\mathrm{/}(\mathrm{\Delta }R\mathrm{/}R)$。对半桥差动电路，由输出式可得

而单臂电桥（仅一个桥臂为应变片）在相同条件下灵敏度为 $E\mathrm{/}4$，因此半桥差动电路的电压灵敏度是单臂时的两倍。

温度补偿作用

当环境温度变化时，两个相邻桥臂上的应变片受到相同的温度影响，产生相同的电阻增量。由于它们在电桥中处于相邻桥臂，该共模变化对电桥零点（无应变时的输出）的贡献相互抵消，因此半桥差动电路具有零点温度补偿作用。但受载时输出电压仍含温度引起的桥臂电阻增量，即 $U_o=E\mathrm{\Delta }R\mathrm{/}[2(R+\mathrm{\Delta }{R}_T)]$，其比例仍随温度改变，故温度影响并未全部消除。

符号与单位

$E$ 为电桥供电电压，单位 V；$R$ 为桥臂初始电阻，单位 Ω；$\mathrm{\Delta }R$ 为应变片电阻变化量，单位 Ω；$U_o$ 为电桥输出电压，单位 V；$K_U$ 为电桥电压灵敏度，单位 V。