详解12种桥式电路原理图

时间:2023-07-06作者:佚名

桥式电路是一种常见电路,其中2个电路支路(通常彼此关联)通过在前2个支路的某个中间点处连接在前2个支路之间的第三支路”桥接“。

一、H桥电路

非常简单的桥式电路为H桥电路,具体的如下所示,图中间的导电路径,R2 两端的电压等于 R4 两端的电压,R1 两端的电压等于 R3 处的电压,与四个电阻的电阻值无关。

如果两个分支之间没有电桥,中点的电位取决于电阻值的比率。如果 R1 :R2 等于 R3 : R4 ,即使没有电桥,电势差也为零。

详解12种桥式电路原理图

H桥电路

二、惠斯通电桥

惠斯通电桥用于(píng)衡H电桥的2条桥臂来测来位置电阻。

两个恒定电阻(R1和R3)电位计和未知电阻形成电路的2条支路,并通过电压表或者电流表桥接。只要左侧的电路之比等于右侧的电阻,电桥两点之间的电路以及流过路径的电流就为0。当使用电压表时,改变电位计直到2个中点之间的电压降为0。

而当使用电流表时,则没有电流流过仪器。电位器滑动触点的位置与未知电阻的阻值之间存在线性关系。因此可以校准电位器的刻度,便于读取未知电阻的阻值。

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惠斯通电桥

三、2个电位器组成的H桥

2个电位器组成的H桥可以将 VIn和 -VIn之间的任何电压施加到连接在两个电位器之间的负载。

虽然电位器适合手动调节低功率设备的电压,但晶体管甚至可以通过几乎任何电子电路来控制高功率设备。

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2个电位器组成的H桥

四、由两个NPN和两个PNP晶体管组成的H桥

由两个NPN和两个PNP晶体管组成的H桥,下部NPN晶体管的电阻不断减小,而接地(=负端子)与X2和X4之间的电位不断增加。如果输入钳位处的电势等于电路的输入电压,则电阻最小。连接到基极引脚的串联电阻限制基极电流。

相反,当地与X1和X3之间的电位为0V时,PNP晶体管的电阻最小,而如果输入钳位的电位等于输入电压,则PNP晶体管的电阻最大。

T2和T4被称为低侧晶体管,而T1和T3被称为高侧晶体管。

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由两个NPN和两个PNP晶体管组成的H桥

1、X1和X2分别接地, X3和X4连接到正电源电压

当X1和X2分别接地,将 X3和X4连接到正电源电压时,T2和T3的电阻处于最大值,而T1和T4的电阻处于最小值。

结果电路左侧中点的电位几乎等于电源电压,而右侧中点的电位几乎为0。电流从正极经过T1从左向右流经负载,最后流经T4到电压源的负极端子,正极端子位于负载的左侧。

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X1和X2分别接地, X3和X4连接到正电源电压

2、X1和X2连接到正电源电压,同时X3和X4连接到地

如果X1和X2连接到正电源电压,同时X3和X4连接到地,情况会发生变化。现在正极端子位于负载的右侧,电流分别流过T3和T2。

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X1和X2连接到正电源电压,同时X3和X4连接到地

3、4个输入钳位连接到地

将所有4个输入钳位连接到地时,上方的PNP晶体管导通,而下方的NPN晶体管关闭。负载2个钳位处的电位几乎等于正电源电压,因为没有电流流过负载。

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4个输入钳位连接到地

4、4个输入钳位连接到电源电压的正极端子

将所有4个输入钳位连接到电源电压的正极端子时,上方的PNP晶体管关断,而下方的NPN晶体管导通,负载两个钳位处的电位几乎等于负电源电压,因此也没有电流流过负载。

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4个输入钳位连接到电源电压的正极端子

5、通常只有2个输入钳位

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2个输入钳位

五、半桥H桥电路

由4个晶体管组成的H桥电路称为全桥。因此由2个晶体管组成的H桥电路为半桥。对于分离电源,半桥就可以控制交流负载,下图种使用了2节电池。

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半桥H桥电路

1、2个晶体管的基极引脚通过串联连接到正极端子

如果2个晶体管的基极引脚通过串联连接到正极端子,因此输入端有一个高信号,上方的PNP类型将关闭,而下方的NPN类型将打开。电流从下部电池的正极端子流出,从右向左流过负载,并通过晶体管T2在负极端子处重新进入电池。

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2个晶体管的基极引脚通过串联连接到正极端子

2、半桥的2个输入连接到负端子

如果半桥的两个输入都连接到负端子,则上方的NPN类型将打开,下方的NPN类型将关闭。电流从上部电池的正极端子流过晶体管T1,现在从左向右流过负载,然后返回电池的负极端子。使用半桥的优点时所需晶体管数量少,缺点是电源更复杂。

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半桥的2个输入连接到负端子

六、MOS管组成的H桥电路

当使用MOS管组成H桥时,必须考虑使晶体管进入饱和模式所需的基极电流。R1-R4的尺寸取决于电源电压。当电路的输入电压为12V而不是6V时,电阻值必须要加倍。如果电阻值适用较高的电压,则电阻消耗的功率也会加倍,否则会增加4倍,因此必须要牢记最大功耗。

使用N沟道和P沟道MOS管代替NPN或PNP类型也有一些好处。

仅需要两个上拉或下拉电阻,并且 R1 和 R2 的值并不重要,只需使用相对较高的值即可避免在接近最大功耗的情况下工作。

电路的最小输入电压受到可靠“导通”MOS管所需的源极栅极电压的影响(必须略高于阈值电压 V GS(th))。

最大输入电压应明显低于最大源极栅极电压,以避免在极限下运行。切换感性负载时请记住电压峰值。

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MOS管组成的H桥电路

如果电源电压超过MOS管的最大源极栅极电压,则应插入4个分压器,每个分压器由齐纳二极管和恒定电阻组成。齐纳电压必须大于导通晶体管所需的阈值电压。

现在,最大源极漏极电压通常明显高于最大源极栅极电压,限制了电路的输入电压。

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如果电源电压超过MOS管的最大源极栅极电压,则应插入4个分压器

钳位器必须始终连接到正电源电压或者负电源电压。如果X1连接到正电源电压,而X2仅连接一半电源电压( 6V),则T1和T2之间的电位接近0V,T3和T4之间的电位约为6V,因为T3的电阻等于T4的电阻。总之负载上从左到右有6V的电位。

但这里要记住,T3和T4的电阻相对较低,因此高电流电流过电阻的右侧,

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