低阻计

创建用于精确测量低电阻的电路.

您已经有一个数字万用表可以测量电阻, 但可以使用低于1Ω的电阻? 如果是这样, 这些低电阻读数是可靠的?

该项目将向您展示如何制作低电阻计; 它仅使用少量组件，并且可以测量低至百分之一的电阻yΩ.

图式

理论

可以使用多种方法进行电阻测量, 但是在这个项目中，选择的方法是使用电子学中最基本的方程式:

V = I x R

恒定电流源将确定被测电阻两端的电流并测量该电阻产生的压降. 然后，该压降将被放大并馈入标准万用表. 电压的幅度将等于以欧姆为单位的电阻 (艺术. 1V =1Ω).

必须选择一个电流，该电流可为跟随恒定电流级的放大器级产生合理的电压.

一个重要的考虑因素是运算放大器的输入失调电压, 它被建模为与运算放大器的反相或同相输入端子串联的电压源. 该电压乘以运算放大器的同相增益，是一个误差源，因为它会使输出电压不同于理想电路的期望电压. 我必须以这种偏移电压的影响低的方式设计电路.

所使用的运算放大器没有零位偏移功能, 我正在使用LM324, 不包含此图钉. 代替, 通过确保输入信号远大于偏移电压，我可以轻松地减少偏移电压的影响, LM324为±2mV.

我的目标是测量低至0.1Ω的电阻. 这意味着我必须选择一个恒流源，它产生的电压要比 2 电流通过电阻时的mV. 这是一个妥协, 因为较高的电流有缺点，较低的电流会减小被测电阻两端的电压降. 高电流的问题如下:

能源消耗增加, 更低的功耗有助于便携性.
较低电流产生的恒流源电路产生的热量较少.
较低的电流可降低功耗，因此可降低被测电阻的温度; 电流较低, 我们可以测量最容易受热损坏的电路元件的电阻 (细线, 例如).

为该电路选择的电流为 200 毫安. 该电流值不太高，但会产生 20 mV通过 0,1 Ωe± 2 mV等于±0.01Ω. 我认为该值足够，这在所用电阻的固有公差范围内，通常 5%. 通过适当的电路布置，我将大大减少此错误

恒流源包括

U1A – LM324
Q1-BD135，热阻为10°C / W，无翅片, 从5V电源开始，假设使用端子一起短路，我将在晶体管中产生5V x 0.2A = 1W = 10°C的温度上升。 5 度.
R1 – 电位器，用于调节施加到运算放大器同相端子的参考电压，从而调节输出的电流
R8 – 感应电阻 (1哦, 公差 1%)

恒定电流为 200 mA通过感测电阻 1 哦, 功耗为40mW (因此选择 1/4 w ^)

恒流源之后的下一级是增益为 1 和失调电压调整. 在这里，我们使用放大器 “微分” 因为我们要检测被测电阻两端的电压降, 或者区别在电阻器一侧的电压与电阻器另一侧的电压之间.

差分放大器包括

U1B – 运算放大器
R11, R12, R13和R14: 这些电阻将U1B配置为差分放大器
R15, R17和R18 – 偏移调整

由R15组成的电路, R17和R18允许我们向差分放大器的输出添加可调失调电压. 为此，我需要一个负电压源.

我在这个阶段赚钱.

Q1和Q2构成经典的方波振荡器. R5, R6, C1和C2决定了说出真相根本不是关键的工作频率. Q4和Q5配置为推挽准互补对称放大器. PNP晶体管的使用是由于在这段强制隔离期间我在家中实际所拥有的. 在推挽输出端，我有C4，它可以将直流电压去耦，并且两个D1和D2拉直信号的负分量，并用C5对其进行滤波, 通过产生此负电压，对于校正积分的固有偏移量很有用. 使用此系统，我减少了输入和输出错误.

最后一级是增益为 5. 这个额外的增益将整体测量比设置为方便的值 1: 1, 或1Ω电阻在输出端产生1V.

使用具有标准公差的组件会损害仪器的精度, 因此我在最后一级的增益上添加了R19的最后设置以获取正确的读数.

能源

我用了旧的手机充电器, 5V 600mA，但电流的一半就足够了. 释放我不想扔掉的部件抽屉的好方法，因为它们可以工作，但是, 由于计划充电的设备已过时，它们现在变得无法使用. 没有什么可以阻止您使用USB电缆并将其连接到PC插座的，这越来越成为工作台附近无所不在的“工具”.

校准

电路要校准的第一部分是恒流源. 最简单的方法是使用万用表 (连接到J2) 测量恒定电流.

调整R1的值，直到测得的电流为 200 毫安. 从R1设置为其最小电阻开始. 这样可以最小化初始恒定电流设置，从而防止流过Q1和R8的潜在有害电流.

设定恒定电流, 我们必须补偿差分放大器输出中的误差. 您可以通过测量一个已知电阻，然后调节R18直到差分放大器的输出与该已知电阻相对应，来做到这一点。 (例如, 1Ω的电阻应产生200mV的差分输出), 或者您可以使用精密电压表通过小电阻测量电压，然后调整RV2，以使差分放大器的输出等于测量的电压.

最终的校准阶段包括调整R19，以使U1C放大器的增益等于 5. 测量U1C的同相输入电压并调节R19，直到输出为 5 乘以入口的价值, 或更简单地说，它以1Ω电阻提供正好为1V的电压.

我无法解决的只有一个因素. 输入短路的输出的电阻值不为零. 它不依赖于设计错误, 只是所使用的运算放大器具有内部晶体管输出级.