惠斯通電橋（Wheatstone Bridge）是一種用于測量電阻的電路，由英國科學(xué)家塞繆爾·亨特·克里斯蒂于1833年發(fā)明，后由查爾斯·惠斯通改進(jìn)并推廣。其原理是通過平衡比較法測量未知電阻，具有高精度和靈敏度的特點(diǎn)。

一、工作原理

惠斯通電橋由四個電阻（R1,R2,R3,R4R1,R2,R3,R4）組成橋臂，一個電源（直流或交流）和一個檢流計（G）構(gòu)成。當(dāng)電橋平衡時，檢流計無電流通過，此時滿足以下條件：

若已知其中三個電阻（如 R1,R2,R3R1,R2,R3），則可求出未知電阻 R4R4：

平衡條件的關(guān)鍵：

• 橋臂電阻比例相等時，橋路電壓差為零（VB=VDVB=VD）。

• 通過調(diào)節(jié)已知電阻使檢流計歸零，實(shí)現(xiàn)高精度測量。

二、分類

惠斯通電橋可根據(jù)電源類型、測量對象和應(yīng)用場景分為以下幾類：

1. 直流惠斯通電橋

• 用途：測量中等阻值電阻（幾歐姆至幾兆歐姆）。

• 典型結(jié)構(gòu)：四臂均為純電阻，使用直流電源。

• 變種：

  • 單臂電橋：僅一個橋臂為可變電阻（如 R3R3），其余固定。

  • 雙臂電橋：兩個橋臂可調(diào)，提高靈敏度。

2. 交流惠斯通電橋

• 用途：測量電感、電容、阻抗等交流參數(shù)。

• 特點(diǎn)：使用交流電源，橋臂可為復(fù)數(shù)阻抗（如電容、電感）。

• 平衡條件：需同時滿足幅值和相位平衡：

  Z1Z4=Z2Z3

• 常見類型：

  • 麥克斯韋電橋：測量電感。

  • 文氏電橋：測量電容或頻率。

3. 開爾文電橋（雙臂電橋）

• 用途：測量低阻值電阻（10?6～1Ω10?6～1Ω），如導(dǎo)線電阻。

• 改進(jìn)：消除接線電阻和接觸電阻的影響，通過額外電流端和電壓端分離測量。

4. 自動平衡電橋

• 現(xiàn)代應(yīng)用：通過電子反饋電路自動調(diào)節(jié)橋臂電阻，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)字化測量（如傳感器信號處理）。

三、應(yīng)用場景

1. 實(shí)驗室測量：標(biāo)定電阻值。

2. 工業(yè)檢測：應(yīng)變片、熱敏電阻等傳感器的信號轉(zhuǎn)換。

3. 故障診斷：電纜斷點(diǎn)或短路定位。

4. 電子設(shè)備：交流電橋用于濾波器設(shè)計、頻率響應(yīng)分析。

四、注意事項

• 靈敏度：檢流計靈敏度影響測量精度。

• 電源穩(wěn)定性：電壓波動可能導(dǎo)致誤差。

• 溫度影響：電阻溫度系數(shù)需考慮，尤其是高精度測量。