专利名称:有源不平衡电桥电路的制作方法
本发明属于自动平衡电桥技术领域：
。
自动平衡电桥通常是以不平衡电压通过放大器等来达到电桥平衡。
电桥在电路平衡后会产生出一个工作平衡点。
当然，桥路本身总还存着一个自然平衡点。
由于种种原因，这两点的距离受到限制。
因而，自动平衡电桥的测试范围受到限制。
在不采用机械开关与继电器开关的前提下，要想扩大自动平衡电桥的测试范围就要扩大自然平衡点同工作平衡点的距离;就要增加不平衡电压的控制能力;就要增加放大器的增益;最后电路总是出现寄生振荡使电桥不能正常工作。
本发明的目的在于组合不平衡电桥与有源电桥基础上，用模拟电路来做判断工作，不用继电器开关来做执行工作。用以模拟电路为主，开关电路为辅的新工作方式来完成一般放大器难以实现的自动控制工作，扩大不平衡电桥使用范围;制造一些低成本的直读式专用自动平衡电桥。为专业人员设计以模拟电路为主，以开关电路为辅的新型自动控制设备提供帮助。
要解决好以上的问题，首先要解决好寄生振荡的问题。
如果我们承认振荡电压是一寄生元(另作说明)，也就是说是一寄生能(另作说明)。那么，我们可以用特殊的线路积累寄生能，然后用积累好的能量产生一个临时平衡点，这个临时平衡点能自动跟踪工作平衡点，并能代替自然平衡点的作用。这样，利用寄生振荡电压来扩大电桥的测试范围，最后，在一定程度上，解决了寄生振荡与放大器增益的矛盾。
有源不平衡电桥就是能解决这些问题的一种专用自动平衡电桥。
“有源不平衡电桥电路”是建立在“不平衡电桥”原理基础上的，它扩大了直读式电桥的指示范围。它的控制部份是建立在“有源电桥”基础上的，它利用放大器深度负反馈时产生的寄生振荡能量，使电桥工作时获得一个临时平衡点，然后在这一点上用“不平衡电桥”的工作方式指示出测试值。这个测试值与不平衡电流有一定的线性关系。简言之，相对地说有源不平衡电桥是一种特殊的专用自动平衡电桥。
有源不平衡电桥电路具有模拟电路与开关电路互相影响的特点。解决了寄生振荡与放大器增益的矛盾，并能做到以模拟电路完成判断工作，执行部分不采用笨重的继电器开关元件。
有源不平衡电桥电路由以下几部分组成1.电源。2.标准电阻A。3.标准电压A。4.电流表。5.量程电阻。6.平衡电压，平衡电压中只存在着虚地点。7.限流电阻。8.标准电阻B。9.被测元件。10.标准电压B。11.高输入阻抗运算放大器。12.高增益运算放大器。13.寄生振准电压。14.寄生平衡电压，此值不是常数，是一个不断变化着的无一定规律的值。在设计人员特定的范围内运动。15.波形发生器。16.电压发生器，它是设计中的关键问题。要求在不采用继电器开关，不影响波形失真的前提下，上升电压从0开始，极限电压可调。17.控制电压分配器。其作用是按设计好的执行等级，根据判断做出时间上选择，执行等级需要有二级以上的数量。18.平衡点自动靠拢器。是有源不平衡电桥的心脏部分，其作用是根据模拟电路的判断做出向平衡点靠拢的执行工作。每靠拢一点的距离由判断部分决定，具有由大逐步变小的规律。不需事先死板地安排好每点之间的距离。
整个电路的工作经过是打开电源开关后，平衡点向0点靠拢。打开测试开关后，平衡点向工作平衡点靠拢，以后分3种情况1.平衡点未到工作平衡点停止运动，以不平衡方式工作。2.平衡点向工作平衡点靠拢时超过平衡点，然后自动退回到工作平衡点的下一点，以不平衡方式工作。3.平衡点在工作平衡点上下跳动，此时符号指示出“＝”号与“＞”号，表示被测件≥测试值。
有源不平衡电桥电路与现有的电桥电路相比，具有以下特点(1)采用模拟电路来做判断工作。
(2)执行部分不采用笨重的继电器开关元件。
(3)不需死板地按事先安排好的程序一步一步地走。根据模拟电路的判断，执行部分向平衡点自动靠拢时，开头做大一些的跳跃，然后自动逐步缩小跳跃距离，最后是无级式的变化。
(4)以模拟电路为主，以开关电路为辅。
(5)不平衡电桥是一种直读式电桥。有源不平衡电桥扩大了不平衡电桥的使用范围。该电路中不平衡电流与测试值有一定的线性关系外，还同控制部份的寄生平衡电压，寄生标准电压有一定的联系。
(6)自动平衡电桥工作时桥路处于平衡状态。有源不平衡电桥工作时桥路处于不平衡状态，在某一区域内其不平衡电流与测试值有一定的线性关系，其指示值相同于平衡式电桥。所以在设计人员选择的区域内，可以把有源不平衡电桥称作专用自动平衡电桥。
(7)存在着平衡点自动靠拢器与控制电压分配器，其作用不象一般自动平衡电桥那样只是为了平衡，是给电桥的工作得到一个临时的基础。
(8)被测件一端可直接接地，平衡电压中存在着虚地点。
(9)桥路工作的能量有一部分来源于寄生振荡电压。
附“有源不平衡电桥方框图”(图1)
电源(1)，标准电阻A(2)，标准电压A(3)，电流表(4)，量程电阻(5)，平衡电压(6)，限流电阻(7)，标准电阻B(8)，被测元件(9)，标准电压B(10)，高输入阻抗运算放大器(11)，高增益运算放大器(12)，寄生标准电压(13)，寄生平衡电压(14)，波形发生器(15)，电压发生器(16)，控制电压分配器(17)，平衡点自动靠拢器(18)。
根据“有源不平衡电桥电路”设计的产品有源不平衡电桥“有源不平衡电桥”是一种直读式自动平衡电桥，它的测试电源是一种非破坏性微电流高压高阻测试设备。
该产品同下列已有产品的技术有关“自动平衡电桥”“万能击穿装置”“不重复峰值电压测试仪”“XH2039型二极管反向特性测试仪”“QZ123型电子化兆欧表”“有源不平衡电桥”的目的是完成非破坏性微电流高压高阻测试工作。用“有源不平衡电桥电路”来完成恒电流测试。
最新研制的“有源不平衡电桥”是为电子专业;电工专业设计的检测仪器。适用于测试被测件的电阻值，等效电阻值与动态电阻值。并能反映出非线性元件的反向特性。
仪器根据“有源不平衡电桥电路”设计而成，仪器在测试范围选定以后，只需送入测试控制信号就可由表头立即自动显示测试值，测试方便迅速。同时，由于本仪器的测试电源具有范围可调的限压，恒流性能，可预先选定测试电源的输出功率与增量，所以，仪器具有保护被测元件的功能，确保被测元件在测试过程中不受损坏。
“有源不平衡电桥”一些技术指标的选择与确定一、测试电源选择测试电源可选择交流、直流、半波脉动等。为使成本低，线路简单，先采用直流电源。电压0-500V-1000V-5000V，恒定电流最小范围是0.1μA-1μA。
二、指示方法0-5000M由表头线性指示，大于某值可用发光二极管指示＞，也可用另一只表头非线性指示，动态电阻值需要经过换算。
三、时间测试电压上升时间定每秒千伏。当测试电压高于被测元件峰值电压1%时，控制部份要起控。这样，起控时间定为0.01秒。测试时间定1.5秒千伏。应用到生产流水线上时，测试时间可缩短50%，达到每秒2000伏。
四、被测件一端接地，这种方法能方便大批量快速测试，同时能减少外界噪声对放大器的干扰，能测试对地绝缘电阻。缺点是本机漏电流比一般仪器难解决，本机采用辅助电流补偿解决。
五、误差有源不平衡电桥是靠不平衡电压来达到桥路相对自动平衡的，不平衡电压大小又决定了仪器的测试误差，本机标准电压采用6V左右的稳压管。寄生标准电压定5V，线路误差定1%。当寄生标准电压比标准电压(定5伏)高50mv时，电压发生器应从5000伏电压下降至0.5伏-10伏，放大器输入阻抗是1000M。放大器要达到300dB的增益。
测试误差3%-4.5%+满量程0.5%，当被测件处于负阻状态时，指针有抖动现象。仪器误差全部以等效电阻为准。也可分别以电压与电流通过标准电阻来校正。
为了使“有源不平衡电桥”整机结构符合低成本，体积小，使用方便的要求，采用“展开式”整机结构。“展开式整机结构”由金属屏蔽板、印刷电路板、合页、引线等组成。在修理式调试机器时转移印刷电路板的位置，扩大占空系数。因引线集中在圆弧的中心点，故印刷板位置变化不需要外加连接线。
“有源不平衡电桥”与已有技术相比具有以下优点(一)“有源不平衡电桥”是高阻专用自动平衡电桥，它不同于其他高阻测试仪器的定电压测试，该产品采用限压恒电流测试，根据公式R·I2＝P·V2÷R＝P可知，当电流恒定时，电阻与功率成正比。恒定电流测试，在测试时间内较少引起测试值的变化，利于做非破坏性测试。
(二)一般兆欧表属于非线性指示，“有源不平衡电桥”能使在一定范围内电阻值用线性方式表达出来，超过某一值时可用＞号表示，在标明电阻值的同时亦能标出被测件二端的电压值与流过被测件的电流值，便于得出非线性元件的反向等效电阻与动态电阻值。
(三)“有源不平衡电桥”与自动击穿装置不同，它是微电流测试，在单量程内不采用机械开关与继电器来改变电压。
(四)“有源不平衡电桥”不同于反向特性测试仪在于能自动升压，不需要手动升压，只要送入一个控制脉冲号便开始自动升压。上升电压从0开始。
(五)“有源不平衡电桥”不同于一般恒电流测试仪在于测试电源中有独立的振荡电路即波形发生器，其恒电流应加上一变化值，这变化值不是常数。
(六)被测件一端可直接接地，平衡电压中只存在着一个虚地点。
(七)“有源不平衡电桥”线路简单，体积小，成本低，有独特的判断能力，整个电路中不采用笨重的继电器开关元件。
有源不平衡电桥电路图按照图1设计。分电源(1);桥路实部(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9);桥路虚部(15)(16);桥路虚部(10)(11)(12)(13)(14)(17)(18)四部分组成。
使用举例(一)机器外壳接地。
(二)把电源插头插在电源插座。打开“电源开关”、“火线指示”灯应亮。如果打开“电源开关”后“火线指示”灯未亮，应该把电源插头的位置方向对调一下。
(三)测试开关按在“测试”处，或者把测试控制信号送入“控制信号输入”处。
(四)“Lim电压选择”调到5000V，“Lim电流选择”调到1μA×1M处。
(五)停止测试。
(六)将被测元件二极管放在“测试电源”两端。
(七)测试开关按在“测试”处，或者把测试控制信号送入“控制信号输入”处。
(八)表示“＝”号红色发光二极管亮，表头指针指示1000，测试结果是二极管的反向等效电阻是1000M，此时流过二极管的电流是1μA，二极管两端的直流电压是1000V。
(九)停止测试。
(十)把“Lim电流选择”改在2μA×0.5M处。
(
)测试开关按在“测试”处，或者把测试控制信号送入“控制信号输入”处。
(
)表示“＝”号的红色发光二极管亮。
表头指针指示1500。测试结果(1500V-1000V)÷(2μA-1μA)＝500V÷1μA＝500M。求出该二极管的动态电阻是500M。〉
权利要求
1.一种由电源(1)，标准电阻A(2)，标准电压A(3)，电流表(4)，量程电阻(5)，平衡电压(6)，限流电阻(7)，标准电阻B(8)，被测元件(9)，标准电压B(10)，高输入阻抗运算放大器(11)，高增益运算放大器(12)，寄生标准电压(13)，寄生平衡电压(14)，所组成的不平衡电桥电路，其特征是电路中设置了波形发生器(15)，电压发生器(16)。
2.按照权利要求
1、所述的，不平衡电桥电路其特征在于电路中有控制电压分配器(17)，平衡点自动靠拢器(18)。
3.按照权利要求
1、2、所述的不平衡电桥电路所制造的产品其特征是0-50000M线性兆欧表，极限点可在使用中选择，限压恒电流测试，直流电压0-5000V，恒定电流最小是0.1-1μA，标出电阻值的同时标出等效电阻值，测试结果能反映出动态电阻与非线性元件的反向特性，上升电压从0开始，平衡电压中只存在着虚地点，被测件一端直接接地。
4.按照权利要求
3、所述，产品结构其特征是不采用印刷板插座与连接线插头座，用展开法移动印刷电路板位置，展开角度可大于180度。
专利摘要
“有源不平衡电桥电路”属于自动平衡电桥领域。电路构思新颖。创造性地组合不平衡电桥与有源不平衡电桥基础上，利用模拟电路深度负反馈产生的寄生振荡能量来做判断工作。在判断中用执行电路积累这一“寄生能”，使电桥的工作得到一个“临时”的基础。在这个临时基础上电桥断续以不平衡方式工作。
文档编号G01R17/06GK85103773SQ85103773
公开日1986年7月2日 申请日期1985年4月14日
发明者南存仁, 戈信义 申请人:南存仁, 戈信义导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan