定义
电桥电路是由 4 个电阻或阻抗连接成四边形的一类测量电路，四边形的每一边称为一个桥臂[1]。4 个桥臂中，相对的两个顶点构成一对对角线，其中一条对角线接入电源，另一条对角线接入检流计、电压表或其他指零与指示装置[2]。它的作用是借助桥臂参数的比较关系，把电阻、电感、电容等参量的变化转换为电压或电流输出，或者反过来由已知桥臂推算未知桥臂[4]。
按激励电源性质，电桥分为直流电桥和交流电桥两大类；直流电桥又分单臂电桥和双臂电桥，交流电桥还可用于测量电容、电感等物理量[5]。按工作方式，则可分为平衡桥式（零值法）与不平衡桥式（偏值法）两类[4]。
原理
电桥的基本结构是 4 个桥臂接成四边形，对角 1 和 3 接直流电源，对角 2 和 4 之间接电压表或检流计[3]。设桥臂电阻分别为 $R_1$、$R_2$、$R_3$、$R_4$，电源电压为 $U_0$，则输出端电压为 $U_y=\dfrac{R_1R_3-R_2R_4}{(R_1+R_2)(R_3+R_4)}U_0$[4]。当对角 2 和 4 的电位相等时，指零仪中无电流，电桥处于平衡状态[6]。
由平衡时两条支路电流相等的关系可推出，电桥的平衡条件是相对两臂电阻的乘积相等，即 $R_1R_4=R_2R_3$，或相邻两臂电阻的比值相等[7]。此时若已知其中 3 个桥臂的电阻，就能算出第 4 个桥臂的电阻值[2]。平衡条件仅取决于各桥臂参数本身的关系，与电源电压大小及指零仪内阻无关，这是电桥精度较高的重要原因[2]。
交流电桥以交流电压激励，各桥臂用复阻抗 $Z_1$、$Z_2$、$Z_3$、$Z_4$ 表示，平衡条件为 $Z_1Z_4=Z_2Z_3$[4]。将复阻抗写成模与阻抗角的形式后可知，交流电桥平衡需要同时满足两个条件：相对两臂阻抗模的乘积相等，且相对两臂阻抗角之和相等[4]。因此在应变仪等设备中，交流电桥既要调电阻平衡，也要调电容平衡[8]。
发展历程
电桥原理最早由英国数学家塞缪尔·亨特·克里斯蒂提出，他在 1833 年描述了这种由 4 个电阻、电池和检流计组成的电路，用于测量未知电阻，并于同年发表相关论文。此后约 10 年间，这一设计并未引起广泛关注。
1843 年，英国科学家查尔斯·惠斯通在一次讲座中介绍了克里斯蒂的发明，并将其用于电阻比较，电路由此得到推广，后来被称为惠斯通电桥[9]。惠斯通本人将该电路的发明归功于克里斯蒂，同时也改进了这一设计并拓展了它的用途。除了惠斯通，威廉·汤姆孙（开尔文）和詹姆斯·克拉克·麦克斯韦等人也推动了电桥电路的发展。
此后电桥衍生出多种变体：用于测量低值电阻的开尔文双臂电桥，用于测量电感、电容的麦克斯韦电桥等。随着微电子技术与计算机软件技术的发展，20 世纪 70 年代出现了把模拟电路、数字电路与微处理器结合起来的数字电桥。数字电桥将模拟量转换为数字量，由微处理器完成运算与处理，测量精度和功能都得到提高。
应用
电桥最基本的用途是测量电阻。惠斯通电桥用于精确测量中值电阻，被测阻值范围一般应大于 10 Ω；双臂电桥适用于测量低值电阻[2]。箱式电桥把整套仪器装在一个箱内，面板上的比率臂和比较臂读数盘可直接读出，便于携带和现场使用[5]。
在传感器领域，电桥是把被测量转换为电信号的重要电路。电阻应变片把应变量转换为微小的电阻相对变化，通常采用桥式电路来测量[7]。只接 1 个应变片的称为单臂电桥；在相邻两臂接入两片受拉、受压方向相反的工作片，构成半桥双臂接法，输出与电阻相对变化成严格线性关系，灵敏度比单臂提高 1 倍，并具有温度补偿作用；四臂均接工作片的全桥接法灵敏度最高[7]。
搭建不同的电桥电路还可用于测量电容、电感、温度、压力、真空度等许多物理量，非平衡电桥电路在各类传感器和测量仪器中使用频繁，被广泛用于电工技术、非电量测量和自动控制等领域[3]。在动态应变测量中，交流电桥把应变信息调制到载波附近，放大后再同步解调回低频信号，可以减少直流失调、热电势和低频噪声的影响[10]。
局限
零值法要求测量前先把电桥调到平衡，读数时检流计始终指零，因此电源电压变化不会带来误差，精度较高[7]。但检流计的分辨率有限，平衡时电流并不一定精确为零，会引入分辨误差；而且调平衡需要时间，只适合静态或变化很慢的物理量[4]。偏值法响应快、便于测量动态量，但需要已知的稳定输入电压和经过校准的指示仪表，精度不如零值法[4]。
直流电桥的平衡公式中，4 个电阻严格来说包括相邻顶点之间的全部电阻，即桥臂电阻、内部引线电阻、连接导线电阻和开关接触电阻，只用桥臂标称值计算会引入误差[2]。被测电阻较小时，连线电阻和接触电阻的影响相对增大，因此单臂电桥的测量范围一般应大于 10 Ω[2]。
采用半桥单臂接法时，输出电压只是近似正比于电阻相对变化，存在非线性误差，改用半桥双臂或全桥接法可以减小非线性并提高灵敏度。温度变化引起的阻值漂移也会造成测量误差，需要使各应变片温度一致或加温度补偿片。交流电桥对桥臂和导线分布电容敏感，调平衡比直流电桥复杂，供桥频率不稳或多个频率成分也会影响平衡[8]。
参见
参考资料
- 直流电桥 [引用日期2026-10-14]
- [科普中国]-直流单比电桥 [引用日期2026-10-14]
- fetch(PDF) [引用日期2026-10-14]
- 工程测试技术 [引用日期2026-10-14]
- 大学物理实验讲义(PDF) [引用日期2026-10-14]
- [科普中国]-电桥平衡 [引用日期2026-10-14]
- 电阻应变式传感器的测量电路 [引用日期2026-10-14]
- tjut.edu.cn 上的 PDF 文件 [引用日期2026-10-14]
- A precision, guarded resistance measuring facility [引用日期2026-10-14]
- 2004 的电路，正是闯的年纪！（交流应变桥信号调理） [引用日期2026-10-14]