[发明专利]多功能异形电桥

权利要求书

1.一种双极型异形电桥，有对式、复式、链式、树式四种结构型式；其特征在于：

双极型对式电桥由一个双极性桥干与一个双极性桥枝组成，桥干有随励输出端x1与主激输出端x2、接地端，桥枝有随励输入端y1与主激输入端y2、比例控制端Uk、随励输出端z1与主激输出端z2、接地端，桥干的输出端x1与x2分别接桥枝的输入端y1与y2；

双极型复式电桥由双极性桥干与双极型复式半桥组成，复式半桥有随励输入端w1与主激输入端w2、接地端及m个比例控制端：Uk1、Uk2、…、Ukm，桥干的输出端x1与x2分别接半桥的输入端w1与w2；复式半桥由m个双极性桥枝Q1、Q2、…、Qm组成，桥枝Qi的输入端y1与y2分别接半桥的输入端w1与w2，桥枝Qi的控制端Uk接为电桥的比例控制端Uki，其中：i＝1、2、…、m，通常2≤m≤100；

双极型链式电桥由双极性桥干与双极型链式半桥组成，链式半桥有随励输入端w1与主激输入端w2、接地端及n个比例控制端：Uk1、Uk2、…、Ukn，桥干的输出端x1与x2分别接半桥的输入端w1与w2；链式半桥由n个双极性桥枝Q1、Q2、…、Qn组成，桥枝Q1的输入端y1与y2分别接为半桥的输入端w1与w2，后一个桥枝的输入端y1与y2分别接前一个桥枝的输出端z1与z2，桥枝Qi的控制端Uk接为电桥的比例控制端Uki，其中：i＝1、2、…、n，通常2≤n≤50；

双极型树式电桥由双极性桥干与双极型桥冠组成，桥冠有随励输入端w1与主激输入端w2、接地端，桥干的输出端x1与x2分别接桥冠的输入端w1与w2；桥冠由双极性桥枝组成，组成双极型桥冠的桥枝有2～10层，第1层：由1～20个桥枝组成、每个桥枝的输入端y1与y2分别接桥冠的输入端w1与w2，第1层至第9层：每个桥枝的输出端后接0～20个桥枝、后一层桥枝的输入端y1与y2分别接相应的前一层桥枝的输出端z1与z2，每层桥枝数不同时为1，每个桥枝的控制端Uk接为电桥相应的比例控制端；

所述的双极性桥干由控源桥膊X与参考电源+Vp组成，桥膊X有主激端a2、随励端a1、接地端分别接为桥干的主激输出端x2、随励输出端x1、接地端，桥膊X的主激端a2接参考电源+Vp；

所述的双极性桥枝有平衡桥枝与控源桥枝二种形式；

平衡桥枝主要由控制器与平衡桥膊Z组成，控制器有输入端b1与b2、控制端uk、输出端d1与d2，控制器的输入端b1与b2及控制端uk分别接为桥枝的输入端y1与y2及控制端Uk，桥膊Z有主激端c2、随励端c1、信号端c3，控制器的输出端d1与d2分别接桥膊Z的随励端c1与主激端c2并分别接为桥枝的随励输出端z1、主激输出端z2，平衡桥膊Z的信号端c3对地构成电桥的一组通常外接电流计或测算控制器Gk的输出端；

控源桥枝主要由控制器与控源桥膊Z组成，控制器有输入端b1与b2、控制端uk、输出端d1与d2，控制器的输入端b1与b2、控制端uk分别接为桥枝的输入端y1与y2、控制端Uk，桥膊Z有主激端c2、随励端c1、接地端分别接为桥枝的主激输出端z2、随励输出端z1、接地端，控制器的输出端d2接桥膊Z的主激端c2，控制器的输出端d1与控源桥膊Z的随励端c1构成电桥的一组通常外接电流计或测算控制器Gk的输出端；

所述的控源桥膊X由电阻R01与R02及运放A0组成，电阻R02跨接在主激端a2与固定端a0之间，电阻R01跨接在随励端a1与固定端a0之间，同相输入端接地的运放A0的输出端与反相输入端分别接随励端a1与固定端a0，即：电阻R01与R02及运放A0组成反相比例放大器；

所述的平衡桥膊Z由电阻R11与R12组成，电阻R12跨接在主激端c2与信号端c3之间，电阻R11跨接在随励端c1与信号端c3之间，即：电阻R11与R12组成串接电路；

所述的控源桥膊Z由电阻R11与R12及运放A1组成，电阻R12跨接在主激端c2与固定端c0之间，电阻R11跨接在随励端c1与固定端c0之间，同相输入端接地的运放A1的输出端与反相输入端分别接随励端c1与固定端c0，即：电阻R11与R12及运放A1组成反相比例放大器；

所述的控制器有比例型、常规型、简约型三种形式：

比例型控制器由电压乘法器M11与M12组成，乘法器有二个输入端和一个输出端，乘法器M11的一个输入端与输出端分别接为控制器的输入端b1与输出端d1，乘法器M12的一个输入端与输出端分别接为控制器的输入端b2与输出端d2，乘法器M11与M12的另一个输入端同时接控制器的控制端uk；

常规型控制器由电压跟随器F11与F12组成，跟随器有一个输入端与一个输出端，跟随器F11的输入端与输出端分别接为控制器的输入端b1与输出端d1，跟随器F12的输入端与输出端分别接为控制器的输入端b2与输出端d2，控制端uk悬空；

简约型控制器是将输入端b1与输出端d1直接连接、输入端b2与输出端d2直接连接，控制端uk悬空。

2.一种单极型异形电桥，有对式、复式、链式、树式四种结构型式；其特征在于：

单极型对式电桥由一个单极性桥干与一个单极性桥枝组成，桥干有信号输出端x1与激励输出端x2、接地端，桥枝有信号输入端y1与激励输入端y2、比例控制端Uk、信号输出端z1与激励输出端z2、接地端，桥干的输出端x1与x2分别接桥枝的输入端y1与y2；

单极型复式电桥由单极性桥干与单极型复式半桥组成，复式半桥有信号输入端w1与激励输入端w2、接地端及m个比例控制端：Uk1、Uk2、…、Ukm，桥干的输出端x1与x2分别接半桥的输入端w1与w2；复式半桥由m个单极性桥枝Q1、Q2、…、Qm组成，桥枝Qi的输入端y1与y2分别接半桥的输入端w1与w2，桥枝Qi的控制端Uk接为电桥的比例控制端Uki，其中：i＝1、2、…、m，通常2≤m≤100；

单极型链式电桥由单极性桥干与单极型链式半桥组成，链式半桥有信号输入端w1与激励输入端w2、接地端及n个比例控制端：Uk1、Uk2、…、Ukn，桥干的输出端x1与x2分别接半桥的输入端w1与w2；链式半桥由n个单极性桥枝Q1、Q2、…、Qn组成，桥枝Q1的输入端y1与y2分别接为半桥的输入端w1与w2，后一个桥枝的输入端y1与y2分别接前一个桥枝的输出端z1与z2，桥枝Qi的控制端Uk接为电桥的比例控制端Uki，其中：i＝1、2、…、n，通常2≤n≤50；

单极型树式电桥由单极性桥干与单极型桥冠组成，桥冠有信号输入端w1与激励输入端w2、接地端，桥干的输出端x1与x2分别接桥冠的输入端w1与w2；桥冠由单极性桥枝组成，组成单极型桥冠的桥枝有2～10层，第1层：由1～20个桥枝组成、每个桥枝的输入端y1与y2分别接桥冠的输入端w1与w2，第1层至第9层：每个桥枝的输出端后接0～20个桥枝、后一层桥枝的输入端y1与y2分别接相应的前一层桥枝的输出端z1与z2，每层桥枝数不同时为1，每个桥枝的控制端Uk接为电桥相应的比例控制端；

所述的单极性桥干由无源桥臂X或压流桥臂X与参考电源+Vp组成，桥臂X有激励端a2、信号端a1、接地端分别接为桥干的激励输出端x2、信号输出端x1、接地端，桥臂X的激励端a2接参考电源+Vp；

所述的单极性桥枝主要由控制器与无源桥臂Z或压流桥臂Z组成，控制器有输入端b1与b2、控制端uk、输出端d1与d2，控制器的输入端b1与b2、控制端uk分别接为桥枝的输入端y1与y2、控制端Uk，桥臂Z有激励端c2、信号端c1、接地端分别接为桥枝的激励输出端z2、信号输出端z1、接地端，控制器的输出端d2接桥臂Z的激励端c2，控制器的输出端d1与桥臂Z的信号端c1构成电桥的一组通常外接电流计或测算控制器Gk的输出端；

所述的无源桥臂X由电阻R01与R02组成，电阻R02跨接在激励端a2与信号端a1之间，电阻R01跨接在信号端a1与接地端之间，即：电阻R01与R02组成串接电路；

所述的压流桥臂X由电阻R01与压控电流源P02组成，压控电流源P02有电压输入端ci、电流输出端co，压控电流源P02的输入端ci与输出端co分别接激励端a2与信号端a1，电阻R01跨接在信号端a1与接地端之间，即：电阻R01与压控电流源P02组成串接电路；

所述的无源桥臂Z由电阻R11与R12组成，电阻R12跨接在激励端c2与信号端c1之间，电阻R11跨接在信号端c1与接地端之间，即：电阻R11与R12组成串接电路；

所述的压流桥臂Z由电阻R11与压控电流源P12组成，压控电流源P12有电压输入端ci、电流输出端co，压控电流源P12的输入端ci与输出端co分别接激励端c2与信号端c1，电阻R11跨接在信号端c1与接地端之间，即：电阻R11与压控电流源P12组成串接电路；

所述的控制器有比例型、常规型、简约型三种形式：

比例型控制器由电压乘法器M11与M12组成，乘法器有二个输入端和一个输出端，乘法器M11的一个输入端与输出端分别接为控制器的输入端b1与输出端d1，乘法器M12的一个输入端与输出端分别接为控制器的输入端b2与输出端d2，乘法器M11与M12的另一个输入端同时接控制器的控制端uk；

常规型控制器由电压跟随器F11与F12组成，跟随器有一个输入端与一个输出端，跟随器F11的输入端与输出端分别接为控制器的输入端b1与输出端d1，跟随器F12的输入端与输出端分别接为控制器的输入端b2与输出端d2，控制端uk悬空；

简约型控制器是将输入端b1与输出端d1直接连接、输入端b2与输出端d2直接连接，控制端uk悬空；但单极型异形电桥不包括由无源桥臂构成的单极性桥干及由简约型控制器与无源桥臂构成的单极性桥枝的组合形式；

所述的压控电流源采用U-I转换电路形式，压控电流源由U-I转换电路S1与S2、电阻Rs组成，转换电路S1由运放A1、晶体管T1、电阻R1组成，转换电路S2由运放A2、晶体管T2、电阻R2组成，晶体管T1与T2的极性互补；运放A1的同相输入端为转换电路S1的电压输入端并接为压控电流源的输入端ci，运放A1的输出端接晶体管T1的栅极，运放A1的反相输入端接晶体管T1的发射极，晶体管T1的发射极通过电阻R1接地、集电极接为转换电路S1的电流输出端、并通过电阻Rs接电源+Pv；运放A2的同相输入端为转换电路S2的电压输入端并接转换电路S1的输出端，运放A2的输出端接晶体管T2的栅极，运放A2的反相输入端接晶体管T2的发射极，晶体管T2的发射极通过电阻R2接电源+Pv、集电极为转换电路S2的电流输出端并接为压控电流源的输出端co。