惠斯登電橋

惠斯通電橋（英語：Wheatstone bridge，又稱惠斯登電橋、惠斯同電橋）是一種測量工具，于1833年由塞缪尔·亨特·克里斯蒂發明，1843年由查尔斯·惠斯通改進及推廣。它用來精确測量未知電阻器的電阻，原理與原始的電位差計相近。

電路圖

待测電阻$R_{x}$，和已知電阻的可變電阻器$R_{2}$、電阻$R_{1}$和電阻$R_{3}$。在一個電路內，將$R_{1}$和$R_{2}$串聯，$R_{3}$和$R_{x}$串聯，再將這兩個串聯的電路並聯，在$R_{1}$和$R_{2}$之間的電線中點跟在$R_{3}$和$R_{x}$之間的電線中點接駁上一條電線，在這條電線上放置檢流計。當$R_{2}/R_{1}=R_{x}/R_{3}$時，电桥平衡，检流计无电流通过。由於是否有電流經過是十分敏感的，惠斯登橋可以獲取頗精確的測量。

推导

用基尔霍夫电路定律计算通过B和D的电流：

$I_{3}\ -I_{x}\ +I_{g}=0$

$I_{1}\ -I_{g}\ -I_{2}=0$

用基尔霍夫第二定律计算ABD和BCD的电压：

$-(I_{3}\cdot R_{3})+(I_{g}\cdot R_{g})+(I_{1}\cdot R_{1})=0$

$-(I_{x}\cdot R_{x})+(I_{2}\cdot R_{2})-(I_{g}\cdot R_{g})=0$

当电桥平衡时，$I_{g}=0$。因此，以上的方程可以写成：

$I_{3}\cdot R_{3}=I_{1}\cdot R_{1}$

$I_{x}\cdot R_{x}=I_{2}\cdot R_{2}$

两式相除，并整理，得：

$R_{x}={{R_{2}\cdot I_{2}\cdot I_{3}\cdot R_{3}} \over {R_{1}\cdot I_{1}\cdot I_{x}}}$

由于串联电路内各元件的电流相等 ，故$I_{3}=I_{x}$且$I_{1}=I_{2}$。因此，$R_{x}$的值为：

$R_{x}={{R_{3}\cdot R_{2}} \over {R_{1}}}$

如果知道了四个电阻的值和电源的电压（$V_{s}$），则可以算出每一个分压器的电压，并把它们相减，来得出电桥两端的电压（$Vg$）。方程为：

$Vg={{R_{x}} \over {R_{3}+R_{x}}}V_{s}-{{R_{2}} \over {R_{1}+R_{2}}}V_{s}$

可简化为：

$Vg=\left({{R_{x}} \over {R_{3}+R_{x}}}-{{R_{2}} \over {R_{1}+R_{2}}}\right)V_{s}$

推广到交流电的情况

如果电桥两端接入的是交流电，如果使用交流电的复数表示法，即四个元件的阻抗分别为$Z_{1}$，$Z_{2}$，$Z_{3}$，$Z_{4}$，相位分别为$\phi _{1}$,$\phi _{2}$,$\phi _{3}$,$\phi _{4}$，则在平衡状态有以下两个方程：

${\boldsymbol {Z_{1}Z_{4}=Z_{2}Z_{3}}}$

${\boldsymbol {\phi _{1}+\phi _{4}=\phi _{2}+\phi _{3}}}$

變化

• 電感：馬克士威橋
• 低電阻：凱文橋

参见

• 应变片

外部連結

• 第七章、高、低、精密阻抗量測（pdf）