基于QJ24型直流電阻電橋的改進

【摘要】本文采用運算放大器OP07和儀表放大器AD620對QJ24型直流電阻電橋進行了優(yōu)化設(shè)計，通過粗測確定電橋倍率和細測確定最終電阻值，避免了盲目操作，簡化了實驗步驟。

【關(guān)鍵詞】直流電阻電橋? 運算放大器? 儀表放大器

引言

QJ24型直流電阻電橋采用惠斯通電橋線路，如圖1所示， 是一種比較式的測量儀器，主要由比率臂、比較臂、檢流計和電池組組成。潘潔紅對提升單臂直流電橋測電阻精確度的方法進行了探究，張明長等人也采用數(shù)字電壓表代替指針式檢流計提高實驗的測量精度。指針式檢流計可以方便顯示出所測電路的電流連續(xù)變化情況，并由偏轉(zhuǎn)方向直觀判斷電流的方向，且不會出現(xiàn)數(shù)字電壓表容易受干擾的情況。因而在物理實驗中有其獨特的優(yōu)勢。目前QJ24型電橋中所使用的指針檢流計存在以下缺點：1）學生在實驗過程中，常因電橋倍率選擇不當，導致在測試中電橋極不平衡，損壞檢流計。2）由于采用的分立元件多，放大器容易出現(xiàn)漂移，不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

1、實驗儀器改進

①粗測電路設(shè)計

為了更好的保護及高效利用指針式檢流計。粗測部分平衡指示器采用運算放大器OP07與發(fā)光二極管構(gòu)成，如圖2所示。

其中，運放OP07作為差動放大器應(yīng)用，依其特性，當V+IN>V-IN時，6腳輸出高電平“1”，綠色發(fā)光二極管發(fā)光，紅色發(fā)光二極管熄滅; 當V+IN

所以，在調(diào)節(jié)電橋平衡的過程中，首先應(yīng)選擇R3的最高位“×1000”為1，其余位為0，改變電橋的倍率，通過紅色和綠色發(fā)光二極管顏色的變換，確定電橋倍率，進而依次確定R3的“×1000”，“×100”，“×10”，“×1”檔位的數(shù)值。例如，測量標稱值為3856Ω的電阻，當R3最高位“×1000”選擇為1時（其余位為0），會發(fā)現(xiàn)電橋倍率選擇“1”和選擇 “10”后會有發(fā)光二極管顏色的變換，所以選擇倍率為“×1”;進而增大最高位的數(shù)值，當數(shù)值是3時為綠燈（數(shù)值是4為紅燈），最終最高位確定為3，依次確定“×100”上的數(shù)值為8，“×10”上的數(shù)值為4，“×1”上的數(shù)值為0，因此，通過粗測得到的電阻阻值為3840Ω。

②細測電路設(shè)計

改進后的指針式檢流計采用儀表放大器AD620對微弱信號進行放大，以提高儀器的測量精度，如圖3所示。其中AD620是一款低成本、高精度儀表放大器，僅需要一個外部電阻Rg來設(shè)置增益，增益范圍為1至10000。R1，R2，C1，C2，C3構(gòu)成RFI濾波器，削弱外界干擾信號。

AD620調(diào)零電路如圖4所示。其中，LM385B12為微功耗電壓基準二極管，通過調(diào)節(jié)R8電位器的活動端實現(xiàn)參考電壓調(diào)節(jié)。OP07構(gòu)成電壓跟隨器，“隔離”前后級的影響，保證參考電壓穩(wěn)定。

檢流計最大靈敏度通常為10μV/分度至15μV/分度就能很好地滿足實驗的要求，通過替代法測量得到檢流計表頭內(nèi)阻R0為4.1KΩ。表頭電流靈敏度為1μA/分度，故表頭電壓靈敏度為4100μV/分度。

當檢流計最大靈敏度為10μV/分度時，檢流計的放大倍數(shù)為

考慮到R5與表頭內(nèi)阻R0的分壓作用，則AD620的放大倍數(shù)為

而AD620的放大倍數(shù)

因此RG=97Ω，增益調(diào)節(jié)電阻Rg可由97Ω的標準電阻和1KΩ的電位器共同構(gòu)成。這時只需要進行精細調(diào)整R3即可使檢流計指針指零，進而得到精確的實際電阻值。

2、結(jié)束語

本文通過采用OP07運算放大器構(gòu)成平衡指示器完成對電阻的粗測，保證儀器檢流計不會出現(xiàn)過載。進而采用AD620儀表放大器對原有檢流計放大電路進行了改造，保證了測量系統(tǒng)的穩(wěn)定高效和精度，簡化了實驗步驟。

參考文獻：

[1]潘潔紅.提升單臂直流電橋測電阻精確度的方法探究[J].科教導刊（中旬刊），2018（08）：47-48.

[2]張明長，吳靜芝.用數(shù)字電壓表改進惠斯登電橋?qū)嶒瀃J].北京印刷學院學報，2005（04）：38-40.

[3]董善許.基于儀表放大器AD620的指針檢流計[J].儀器儀表用戶，2011，18（01）：11-13.

作者簡介：雷玉明（1985-），男，漢族，陜西澄城人，碩士，實驗室技術(shù)人員，中級工程師，研究方向：實驗儀器改進。