วิธีการง่ายๆ ในการวัดกระแสไฟฟ้าในวงจรไฟฟ้าคือการวัดแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานที่ต่ออนุกรมกับโหลด แต่เมื่อกระแสไหลผ่านความต้านทานนี้ พลังงานที่ไม่จำเป็นจะถูกสร้างขึ้นในรูปของความร้อน ดังนั้นจึงต้องเลือกให้เล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งจะช่วยเพิ่มสัญญาณที่มีประโยชน์ได้อย่างมาก ควรเพิ่มว่าวงจรที่กล่าวถึงด้านล่างนี้ทำให้สามารถวัดได้อย่างสมบูรณ์แบบไม่เพียงแต่กระแสตรงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระแสพัลส์ด้วย แม้ว่าจะมีความผิดเพี้ยนอยู่บ้างก็ตาม ซึ่งกำหนดโดยแบนด์วิธของส่วนประกอบที่กำลังขยาย

ข้อดีของโครงการนี้:โหมดทั่วไปอินพุตขนาดเล็ก สัญญาณอินพุตและเอาต์พุตมีกราวด์ร่วมกัน การใช้งานทางเทคนิคที่ง่ายมากด้วยแหล่งพลังงานเดียว

ข้อเสีย:โหลดไม่มีการเชื่อมต่อโดยตรงกับพื้น ไม่มีความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนโหลดด้วยปุ่มในขั้วลบ อาจเกิดความเสียหายต่อวงจรการวัดเนื่องจากการลัดวงจรได้

การวัดกระแสในขั้วลบของโหลดนั้นค่อนข้างง่าย แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานมาตรฐานจำนวนมากเหมาะสำหรับจุดประสงค์นี้ และใช้เพื่อควบคุมอุปกรณ์จ่ายไฟเดี่ยว การเลือกประเภทของแอมพลิฟายเออร์เฉพาะนั้นพิจารณาจากความแม่นยำที่ต้องการ ซึ่งได้รับอิทธิพลอย่างมากจากค่าออฟเซ็ตเป็นศูนย์ของ op-amp การเบี่ยงเบนของอุณหภูมิ และข้อผิดพลาดในการติดตั้ง ที่จุดเริ่มต้นของมาตราส่วนการวัด เกิดข้อผิดพลาดในการแปลงที่สำคัญปรากฏขึ้น อธิบายโดยค่าที่ไม่ใช่ศูนย์ของแรงดันเอาต์พุตขั้นต่ำของ op-amp เพื่อขจัดข้อเสียร้ายแรงนี้ จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟของเครื่องขยายเสียงแบบไบโพลาร์

ข้อดี:โหลดจะต่อสายดินเสมอ มองเห็นไฟฟ้าลัดวงจรในโหลดได้ทันที จุดด้อย: แรงดันไฟฟ้าอินพุตโหมดทั่วไปค่อนข้างสูง (และสูงมาก); จำเป็นต้องเลื่อนสัญญาณเอาท์พุตไปยังระดับที่ใช้สำหรับการประมวลผลเพิ่มเติมในระบบ (กล่าวง่ายๆ ก็คือ อ้างอิงถึงกราวด์)

ในวงจรในรูปด้านซ้าย คุณสามารถใช้ออปแอมป์ที่เหมาะสมกับแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาต ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำงานกับแหล่งจ่ายไฟแบบแหล่งเดียวและแรงดันไฟฟ้าอินพุตโหมดร่วมสูงสุดถึงระดับแหล่งจ่ายไฟ ตัวอย่างเช่น op -amp บนชุดไมโครแอสเซมบลี AD8603 แหล่งจ่ายไฟสูงสุดไม่ควรเกินแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตของ op-amp

แต่มีแอมพลิฟายเออร์บางตัวที่สามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าโหมดร่วมอินพุตซึ่งสูงกว่าระดับแหล่งจ่ายไฟของวงจรอย่างมาก ตัวอย่างเช่น การใช้ออปแอมป์ LT1637 ดังแสดงในรูปทางด้านขวา แรงดันไฟฟ้าสามารถเข้าถึงระดับเกณฑ์ที่ 44 V โดยมีแรงดันไฟฟ้าเพียง 3 V แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด เช่น LTC2053, LTC6800 และ INA337 ได้พิสูจน์ตัวเองแล้วว่า เหมาะสำหรับวัดกระแสในขั้วบวกของโหลดด้วยความแม่นยำต่ำมาก . นอกจากนี้ยังมีวงจรไมโครเฉพาะเช่น - INA138 และ INA168

ในการฝึกปฏิบัติวิทยุสมัครเล่น สำหรับการออกแบบที่เรียบง่ายและราคาไม่แพง ออปแอมป์คู่ประเภท LM358 นั้นเหมาะสม ซึ่งช่วยให้สามารถใช้งานด้วยแรงดันไฟฟ้าสูงถึง 32V รูปด้านล่างแสดงหนึ่งในวงจรทั่วไปสำหรับเชื่อมต่อ LM358 เป็นมอนิเตอร์กระแสโหลด

วงจรข้างต้นสะดวกมากที่จะใช้ในแหล่งจ่ายไฟแบบโฮมเมดสำหรับการตรวจสอบและวัดกระแสโหลดรวมถึงการใช้อุปกรณ์ป้องกันไฟฟ้าลัดวงจร เซ็นเซอร์ปัจจุบันอาจมีความต้านทานต่ำมากและไม่จำเป็นต้องปรับความต้านทานนี้ เช่นเดียวกับกรณีของแอมป์มิเตอร์ ในวงจรในรูปด้านซ้าย คุณสามารถปรับความต้านทานของตัวต้านทานโหลด R L ได้ เพื่อลดการจุ่มแรงดันเอาต์พุตของหน่วยจ่ายไฟ โดยทั่วไปแล้วระดับความต้านทานของเซ็นเซอร์ปัจจุบัน - ความต้านทาน R1 ในวงจรทางด้านขวาจะดีกว่าถ้าใช้ 0.01 โอห์ม ในขณะที่เปลี่ยนระดับ R2 เป็น 10 โอห์มหรือเพิ่ม ความต้านทาน R3 ถึง 10 kOhm

การแนะนำ

3. การเพิ่มความเป็นเส้นตรงของ PNT

4. การศึกษาพีเอ็นที

บรรณานุกรม

การแนะนำ

ตัวแปลงแรงดันเป็นกระแส (VCT) ยังเป็นองค์ประกอบสำคัญในวงจรของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบอะนาล็อก สามารถสร้างแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการที่มีความแม่นยำได้หลายแบบโดยที่ PNT ถูกใช้เป็นสเตจดิฟเฟอเรนเชียลอินพุต PNT ถูกรวมไว้ในโครงสร้างของ APN และสามารถนำมาใช้ในวงจรการวัดต่างๆ ได้

1. ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นกระแสที่ง่ายที่สุด

หลักการแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นกระแสสามารถแสดงได้โดยใช้สเตจแอมพลิฟายเออร์อย่างง่ายโดยใช้ทรานซิสเตอร์ตัวเดียว (รูปที่ 1) (โปรดทราบว่าตัวต้านทาน R1 ทำหน้าที่เชื่อมต่อตัวรวบรวมกับบัสกำลัง ซึ่งมีความต้านทานค่อนข้างต่ำและทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์กระแสเมื่อทำการวัดกระแสของตัวสะสม)

ข้าว. 1. ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นกระแสที่ง่ายที่สุดโดยใช้ทรานซิสเตอร์ตัวเดียว

ให้เราสมมติว่าแรงดันไบแอส UC นั้นถูกจัดเตรียมให้กับทรานซิสเตอร์โดยแหล่งสัญญาณ UC จากนั้นสามารถเขียนสมการต่อไปนี้สำหรับ IE กระแสของตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์:

. (1)

วิธีที่ง่ายที่สุดในการประเมินคุณภาพของการแปลงแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็นกระแสเอาต์พุต (กระแสสะสม IK ของทรานซิสเตอร์) โดยการค้นหาความชันของการแปลงโดยตรง S:

โดยมีเงื่อนไขว่าก» 1.

การค้นหาอนุพันธ์ของนิพจน์ (1) อย่างชัดเจนเป็นขั้นตอนที่ค่อนข้างยุ่งยาก ดังนั้นคุณจึงสามารถหาอนุพันธ์ของนิพจน์ dUC/dIk แล้วหาค่าผกผัน:

, . (2)

นิพจน์ (2) แสดงให้เห็นว่าคุณภาพของการแปลงแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเป็นกระแสไฟขาออกขึ้นอยู่กับความต้านทานส่วนต่างของตัวส่งทรานซิสเตอร์ซึ่งในทางกลับกันก็ขึ้นอยู่กับกระแสของตัวปล่อยและดังนั้นขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าขาเข้า ดังนั้น PNT ที่ง่ายที่สุดจึงมีข้อเสียที่สำคัญสองประการ:

ความไม่เชิงเส้นของความชันของการเปลี่ยนแปลง

ขาดความสามารถในการแปลงสัญญาณไบโพลาร์

2. PNT ขึ้นอยู่กับระยะที่แตกต่างกัน

การแปลงสัญญาณไบโพลาร์สามารถทำได้โดยใช้ PNT โดยอิงจากดิฟเฟอเรนเชียลคาสเคดพร้อมกระแสตอบรับเชิงลบตามลำดับในวงจรอิมิตเตอร์ (รูปที่ 2a)

ข้าว. 2. ตัวแปลงกระแสแรงดัน a) และลักษณะการไหล b)

สำหรับวงจร PNT (รูปที่ 2a) โดยใช้กฎข้อที่สองของ Kirchhoff เราสามารถเขียนสมการต่อไปนี้สำหรับศักยภาพที่สำคัญ:

, (3)

โดยที่ jT คือศักย์อุณหภูมิ

IX - กระแสที่เพิ่มขึ้นผ่านตัวต้านทาน R1 เมื่อสัมผัสกับแรงดันไฟฟ้าอินพุต UX

โดยคำนึงถึงความต่างศักย์ไฟฟ้าฐาน-อิมิตเตอร์สามารถแสดงเป็น:

,

ลักษณะการไหลของลิงค์ดังกล่าว (รูปที่ 2b) สามารถนำเสนอได้ดังนี้:

. (4)

เห็นได้ชัดว่าองค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นในลักษณะข้อความถูกกำหนดโดยเทอมแรกในนิพจน์ (4)

วิธีที่สะดวกในการประมาณค่าข้อผิดพลาดของตัวแปลงดังกล่าวเนื่องจากความไม่เชิงเส้นคือการค้นหาค่าเบี่ยงเบนของฟังก์ชันจริง IH/I0 (เส้นโค้ง 2 ในรูปที่ 2b) จากการประมาณเชิงเส้น (เส้นโค้ง 1 ในรูปที่ 1b) โปรดทราบว่าเส้นโค้ง 2 (รูปที่ 2b) แสดงถึงความแตกต่างในกระแสเอาต์พุตของตัวสะสมของทรานซิสเตอร์คู่ดิฟเฟอเรนเชียล

การเบี่ยงเบนจากความเป็นเส้นตรงสามารถแสดงได้ดังนี้:

, (5)

โดยที่ SX=dIX /dUX – ความชันในการส่งสัญญาณโดยตรง พิจารณาจากนิพจน์ (4)

diX – ส่วนเบี่ยงเบนกระแสสัมบูรณ์;

S0 =I0 /U0 – ความชันในการส่งโดยตรงพร้อมการประมาณเชิงเส้น

I0 - กระแสเอาท์พุตสูงสุดของคอนเวอร์เตอร์เมื่อใช้แรงดันไฟฟ้าสูงสุด U0 กับอินพุต

โปรดทราบว่า SX(0) = S0 ดังนั้น:

; (6) , (7)

โดยที่ rE = jT/I0 – ความต้านทานเอาท์พุตดิฟเฟอเรนเชียลของทรานซิสเตอร์ VT1, VT2 จากด้านตัวปล่อยที่กระแสเริ่มต้น I0; X=ทรงเครื่อง/I0

เมื่อแทน (6) และ (7) ลงใน (8) เราจะได้:

, (8)

ตั้งแต่ที่ก<< 1 можно положить IX/I0 »UX/U0.

สูตร (5) ใช้ได้กับข้อผิดพลาดในการแปลงค่อนข้างน้อย - น้อยกว่า 2-3% ในกรณีนี้ เมื่อทำการสร้างแบบจำลอง ค่าเบี่ยงเบนสัมพัทธ์จากความเป็นเชิงเส้นสามารถแสดงได้ดังนี้:

ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

, (8ก)

โดยที่ SMAX คือค่าสูงสุดของความชันในส่วน ±U0

จาก (8) เป็นไปตามระดับความผิดพลาดที่ยอมรับได้ (น้อยกว่า 0.1%) สามารถทำได้ก็ต่อเมื่อตรงตามเงื่อนไขต่อไปนี้: R1/2rE > 500 และการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของ X ปัจจุบัน<0,75. Для ПНТ, работающих при питающих напряжениях ±15 В, эти условия могут быть легко реализованы. Для низковольтных схем (при их питании от напряжений меньше ±5 В) выполнение этих условий приведёт к резкому снижению крутизны преобразования входного напряжения в выходной ток, повышению уровня шумов и т.д.

ข้อผิดพลาดหลักในความเป็นเส้นตรงของการแปลง PNT ที่พิจารณานั้นเกิดจากการพึ่งพาระบอบการปกครองที่สำคัญของ rE บนกระแสของตัวปล่อย

3. การเพิ่มความเป็นเส้นตรงของ PNT

เราจะลดอิทธิพลของความต้านทานส่วนต่างของตัวปล่อยต่อการทำงานของ PNT ได้อย่างไร

วิธีหนึ่งในการลดอิทธิพลของความต้านทานส่วนต่างของตัวปล่อยทรานซิสเตอร์คือการแนะนำข้อเสนอแนะเชิงลบ

แผนภาพวงจรแบบง่ายของ PNT ที่มีแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานในวงจรป้อนกลับแสดงในรูปที่ 3

ข้าว. 3. วงจร PNT แบบง่ายพร้อมแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน

ในการกำหนดค่าวงจรนี้ความเป็นเชิงเส้นที่เพิ่มขึ้นเกิดขึ้นได้เนื่องจากความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าระหว่างอินพุตของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานมีค่าน้อยพอสมควรซึ่งในทางปฏิบัติไม่เปลี่ยนแปลงค่าของความต้านทานส่วนต่างของตัวปล่อยจะถูกหารด้วยลูป เวลาที่ได้รับซึ่งสามารถอธิบายได้ด้วยนิพจน์:

, (9)

โดยที่ K คือแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน

จาก (9) เราสามารถหานิพจน์สำหรับความชันของการแปลงแรงดันอินพุตเป็นกระแสได้:

, (10)

นั่นคือ อิทธิพลขององค์ประกอบที่ไม่เชิงเส้นจะลดลงตามปัจจัยของอัตราขยายแบบวนซ้ำ

จากมุมมองเชิงเส้น วงจรดังกล่าวมีความเชิงเส้นที่ดีที่สุดในการแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นกระแส (ด้วยอัตราขยายที่เพียงพอของแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน) แทบไม่ต้องมีการปรับแต่ง แต่ค่อนข้างซับซ้อนและมีแบนด์วิดท์ที่กำหนดโดยแอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงาน

รูปที่ 4 แสดงการใช้งานวงจรดังกล่าวในเวอร์ชันที่ค่อนข้างง่ายในการออกแบบแบบรวม แต่ดังที่เห็นได้จากรูปนั้นยุ่งยากมากและไม่มีแหล่งที่มาของกระแสจริงในรูป

ข้าว. 4. วงจร PNT ที่มีความชันเชิงเส้นของการแปลงเนื่องจาก OOS

จากสิ่งที่กล่าวมาข้างต้น ขอแนะนำให้ใช้วงจร PNT (รูปที่ 4) ในการออกแบบรวมเท่านั้น นอกจากนี้ควรจำไว้ว่าคุณสมบัติความถี่ของตัวแปลงดังกล่าวจะไม่ดีมากเมื่อเทียบกับ PNT ที่มีสเตจดิฟเฟอเรนเชียลเดียว

อีกวิธีหนึ่งในการกำจัดความไม่เชิงเส้นของการเปลี่ยนแปลงนั้นแสดงให้เห็นโดยวงจร PNT ที่แสดงในรูปที่ 5 วิธีการชดเชยความไม่เชิงเส้นนี้ค่อนข้างแพร่หลาย สาระสำคัญของมันคือดังต่อไปนี้: ไม่ทางใดก็ทางหนึ่งกระแสชดเชยจะเกิดขึ้นทำให้อิทธิพลของการเปลี่ยนแปลงใน rE ของสเตจดิฟเฟอเรนเชียลอ่อนลงเมื่อกระแสของตัวปล่อยเปลี่ยนแปลง

โครงการ PNI ทำงาน (รูปที่ 5) ดังนี้ ทรานซิสเตอร์ VT1 และ VT6 ซึ่งสร้างน้ำตกแบบดิฟเฟอเรนเชียลจะแปลงแรงดันไฟฟ้าอินพุตเป็นกระแสเอาต์พุตโดยใช้ตัวต้านทาน R1 ทรานซิสเตอร์ VT2 และ VT5 เชื่อมต่อกันตามวงจรฐานทั่วไปและส่งกระแสสะสมของทรานซิสเตอร์ VT1 และ VT6 ไปยังเอาต์พุตโดยมีค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอน α » 1 ในเวลาเดียวกันเมื่อกระแสตัวปล่อยของทรานซิสเตอร์ VT2 และ VT5 เปลี่ยนไป แรงดันไฟฟ้าของตัวส่งสัญญาณฐานก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ในกรณีนี้ความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าฐาน-อิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ VT2 และ VT5 ก็เปลี่ยนไปเช่นกัน และขึ้นอยู่กับสัญญาณของการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าอินพุต UX ความแตกต่างของแรงดันเบส-อิมิตเตอร์ของทรานซิสเตอร์ VT2 และ VT5 ก็เปลี่ยนสัญญาณเช่นกัน น้ำตกดิฟเฟอเรนเชียลเสริมบนทรานซิสเตอร์ VT3 และ VT4 โดยใช้ตัวต้านทาน RK จะแปลงแรงดันไฟฟ้าเป็นสัดส่วนกับความแตกต่างระหว่างทรานซิสเตอร์ตัวปล่อยฐาน VT2 และ VT5 ให้เป็นกระแส ซึ่งจะถูกส่งในแนวขวางไปยังเอาต์พุตปัจจุบันของ PNT เนื่องจากในวงจร PNT พื้นฐานบนทรานซิสเตอร์ VT1 และ VT6 มีส่วนประกอบเนื่องจาก DUBE1,6 ของทรานซิสเตอร์เหล่านี้โดยมีเงื่อนไขว่าทรานซิสเตอร์ VT2 และ VT5 นั้นเหมือนกันทุกประการกับทรานซิสเตอร์ VT1 และ VT6 และกระแสของแหล่งกระแสอ้างอิงจะเหมือนกันทุกประการ การเลือกตัวต้านทาน RK สามารถชดเชยอิทธิพลของ DUBE1.6 ได้

อัตราขยายที่แท้จริงขนาดใหญ่ของ op-amp นำไปสู่ความจริงที่ว่าอินพุทอินเวอร์ติ้งนั้นเป็นกราวด์เสมือน ดังนั้นกระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทาน R OS จึงเท่ากับกระแส I IN ดังนั้นแรงดันไฟเอาท์พุตจึงถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ U OUT = -R OS I IN

แสดงในรูปที่. วงจร 4.3 เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดกระแสขนาดเล็ก ตั้งแต่สิบมิลลิแอมป์หรือน้อยกว่า ไปจนถึงเศษส่วนของพิโคแอมป์ ขีดจำกัดกระแสบนถูกจำกัดโดยกระแสเอาต์พุตของออปแอมป์ ข้อเสียของวงจรคือไม่สามารถเปิดที่จุดใดๆ ในลูปปัจจุบันได้ เนื่องจากกระแสอินพุตจะต้องเชื่อมต่อกับกราวด์

ปัจจัยการแปลง

โดยที่ A V คือค่าเกนของ op-amp และ R EKV คือความต้านทานที่เท่ากันระหว่างอินพุต op-amp และกราวด์ ซึ่งรวมถึงความต้านทานของแหล่งกำเนิดปัจจุบันและความต้านทานอินพุตส่วนต่างของ op-amp

ความต้านทานอินพุต:

แรงดันเอาต์พุตออฟเซ็ต:

โดยที่ U SM.VH คือแรงดันไบแอสอินพุตของ op-amp

I SM,VX - กระแสไบแอสอินพุตของ op-amp

ขีดจำกัดล่างของกระแสที่วัดได้ถูกกำหนดโดยแรงดันออฟเซ็ตอินพุต กระแสอินพุต op-amp และการเบี่ยงเบนของกระแสเหล่านั้น เพื่อลดข้อผิดพลาดของวงจร ให้พิจารณาประเด็นต่อไปนี้

1. ข้อผิดพลาดออฟเซ็ต

สำหรับกระแสอินพุตต่ำ (น้อยกว่า 1 µA) ควรใช้ออปแอมป์กับอินพุตฟิลด์ที่มีกระแสอินพุตต่ำ

จำเป็นต้องพยายามให้แน่ใจว่าเงื่อนไข R EKV >> R OS เป็นไปตามเงื่อนไข เนื่องจากไม่เช่นนั้นแรงดันไบแอสอินพุตจะถูกขยายเพิ่มเติม*

ข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับกระแสอินพุตสามารถลดลงได้โดยรวมตัวต้านทานเพิ่มเติมเท่ากับ ROS , ระหว่างอินพุตที่ไม่กลับด้านและกราวด์ ในกรณีนี้ ออฟเซ็ตอินพุตทั้งหมดจะเท่ากับ:

U SM.IN + R OS ΔI SM.IN โดยที่ ΔI SM.IN คือความแตกต่างในกระแสอินพุตของ op-amp

หากต้องการจำกัดสัญญาณรบกวนความถี่สูงของตัวต้านทานเพิ่มเติมและป้องกันการกระตุ้นตัวเองของ op-amp คุณสามารถเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบแบ่ง (10 nF - 100 nF) แบบขนานได้

ควรระมัดระวังเมื่อทำงานกับกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กมาก เนื่องจากข้อผิดพลาดที่สำคัญอาจเกี่ยวข้องกับกระแสรั่วไหลได้ ใช้วงแหวนป้องกัน (รูปที่ 4.4) เพื่อให้แน่ใจว่ากระแสรั่วไหลเชื่อมต่ออยู่ ไม่ใช่กับอินพุตของวงจร วงแหวนนิรภัยต้องอยู่ทั้งสองด้านของบอร์ด บอร์ดต้องได้รับการทำความสะอาดและหุ้มฉนวนอย่างทั่วถึงเพื่อป้องกันการรั่วซึมของพื้นผิว สุดท้ายนี้ เพื่อให้ได้กระแสรั่วไหลที่ต่ำมาก (ตามลำดับพิโคแอมป์) เมื่อติดตั้งวงจรอินพุต คุณสามารถใช้ขาตั้งฟลูออโรเรซิ่นเพิ่มเติมได้

เพื่อลดการเคลื่อนตัวของกระแสอินพุตตามอุณหภูมิ คุณควรจำกัดความร้อนที่เกิดจากออปแอมป์เอง ในการทำเช่นนี้จะเป็นการดีกว่าถ้าลดแรงดันไฟฟ้าให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้ คุณไม่ควรเชื่อมต่อโหลดความต้านทานต่ำเข้ากับเอาต์พุต op-amp (ความต้านทานโหลดรวมต้องมีอย่างน้อย 10 kOhm)

เมื่อวัดกระแสขนาดเล็ก จะเป็นการดีกว่าถ้าปรับไบแอสในระยะต่อๆ ไปของวงจร หรือใช้วิธีที่แสดงในรูปที่ 1 4.7 ซึ่งไม่ต้องการความไวของแอมพลิฟายเออร์สูงเกินไป

2. รับข้อผิดพลาด

ต้องเลือกตัวต้านทานออปแอมป์และตัวต้านทานป้อนกลับเพื่อให้ A V R EKV >> R OS ไม่เช่นนั้นอาจเกิดข้อผิดพลาดเกนขนาดใหญ่และความไม่เชิงเส้นของคุณลักษณะได้ จำเป็นต้องเลือกตัวต้านทานความแม่นยำที่มีการเบี่ยงเบนต่ำ ควรใช้ตัวต้านทานที่มีความเสถียรสูงซึ่งใช้ฟิล์มโลหะหรือโลหะออกไซด์ การออกแบบที่ดีที่สุดสำหรับตัวต้านทานความต้านทานสูง (มากกว่า 1 GOhm) คือกล่องแก้วที่เคลือบด้วยวานิชซิลิโคนเพื่อขจัดอิทธิพลของความชื้น ตัวต้านทานบางตัวมีเกราะโลหะอยู่ภายใน

เพื่อหลีกเลี่ยงการใช้ตัวต้านทานที่มีค่ามากเกินไป (มีความเสถียรต่ำและมีราคาค่อนข้างแพง) คุณสามารถใช้คำติชมรูปตัว T (รูปที่ 4.5)

การเชื่อมต่อนี้ทำให้คุณสามารถเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การแปลงโดยไม่ต้องใช้ตัวต้านทานความต้านทานสูง แต่จะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมีการสำรองกำไรของ op-amp ที่เพียงพอเท่านั้น โปรดทราบว่าการติดตั้งวงจรจะต้องกระทำในลักษณะที่จะป้องกันไม่ให้ T-link ถูกแบ่งตามความต้านทานการรั่วไหล เช่น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าจุด A และ B เป็นฉนวนที่ดี ทางแยกตัว T มีข้อเสียร้ายแรงตรงที่จะเพิ่มแรงดันไบแอสของ op-amp A1v (R2 + R1)/R1raz ซึ่งบางครั้งอาจทำให้จำกัดการใช้งานได้

3. การตอบสนองความถี่

ความจุจำกัดของแหล่งสัญญาณ C อาจทำให้วงจรไม่เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้สายเคเบิลอินพุตยาว ตัวเก็บประจุนี้ทำให้เกิดความล่าช้าของเฟสในลูปป้อนกลับของออปแอมป์ที่ความถี่สูง ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุขนาดเล็ก C OS ขนานกับตัวต้านทาน R OS , ภาพประกอบกราฟิกของวิธีการนี้แสดงไว้ในรูปที่ 4.6.

สัญญาณรบกวนเอาท์พุตของวงจรประกอบด้วยสามองค์ประกอบหลัก: เสียงของตัวต้านทาน R OS , แรงดันเสียงรบกวนอินพุตของ op amp A1 และกระแสเสียงรบกวนอินพุตของ op amp A1

สำหรับออปแอมป์ที่มีอัตราขยายสูงที่ R OS > 1 MΩ สัญญาณรบกวนที่เกิดจากตัวต้านทาน R OS จะมีอิทธิพลเหนือกว่า .

แรงดันไฟฟ้าสัญญาณรบกวนอินพุตของออปแอมป์จะคูณด้วยสัญญาณรบกวนที่ได้รับ (รูปที่ 4.6) ตามกฎแล้วค่าสัมประสิทธิ์นี้จะเพิ่มขึ้นตามความถี่ที่เพิ่มขึ้นซึ่งนำไปสู่การปรากฏตัวของสัญญาณรบกวนความถี่สูงที่สำคัญ

กระแสสัญญาณรบกวนอินพุตของ op amp A1 จะถูกคูณด้วยค่าของ R OS , และปรากฏอยู่ในแบบฟอร์มนี้ที่ทางเข้า

5. การรบกวน

ตัวแปลงกระแสเป็นแรงดันไฟฟ้าอัตราขยายสูงเป็นวงจรที่มีความไวสูงและมีอิมพีแดนซ์สูง ดังนั้นเพื่อป้องกันการรบกวน จึงต้องปิดอุปกรณ์เหล่านี้ไว้ในกล่องป้องกัน การแยกสารอาหารที่ดีเป็นสิ่งสำคัญ ในที่สุด วงจรเหล่านี้อาจมีความไวต่อการสั่นสะเทือนทางกลมาก

ในรูป รูปที่ 4.7 แสดงวงจรขยายสัญญาณโฟโตไดโอด โพเทนชิออมิเตอร์ใช้ในการปรับออฟเซ็ต

ตัวแปลงแรงดันเป็นกระแส (U/I) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการส่งข้อมูลในรูปแบบแอนะล็อกในระยะทางไกล อุปกรณ์ตรวจวัดส่วนใหญ่ที่ใช้ในระบบอัตโนมัติของอุตสาหกรรมน้ำมันมีเอาต์พุตปัจจุบัน ตัวแปลง U/I เกือบจะเป็นแหล่งกระแสในอุดมคติ ค่าของกระแสซึ่งมีข้อมูลเกี่ยวกับปริมาณทางกายภาพที่แน่นอน (ความดัน อุณหภูมิ ระดับ) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับความต้านทานของสายสื่อสาร (ภายในขอบเขตที่กำหนด) ซึ่งทำให้สามารถแยกอิทธิพลของมันออกได้

หนึ่งในตัวเลือกตัวแปลงถูกสร้างขึ้นบนพื้นฐานของวงจรกลับด้านซึ่งมีการเปิดโหลดแทนตัวต้านทาน
(รูปที่ 7.5)

รูปที่ 7.5 - การกลับหัวแปลงแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

สามารถหาฟังก์ชันการแปลงได้อย่างง่ายดายจากนิพจน์ต่อไปนี้

. (7.28)

วงจรนี้ใช้กระแสตอบรับเชิงลบ สถานการณ์นี้ให้ความต้านทานเอาต์พุตสูงของคอนเวอร์เตอร์

ดังนั้นการเปลี่ยนแปลงความต้านทานโหลดในช่วงกว้างจึงไม่ส่งผลต่อค่าปัจจุบัน . อย่างไรก็ตาม การเปลี่ยนแปลงความต้านทานโหลดที่เป็นไปได้นั้นไม่มีที่สิ้นสุด ควรสังเกตว่ากระแสในโหลดจะถูกรักษาโดยแรงดันไฟฟ้า
ซึ่งไม่สามารถมากกว่าได้
. ตามมาว่าความต้านทานสูงสุดที่สามารถรวมไว้ในโหลดโดยไม่ต้องเปลี่ยนฟังก์ชันการแปลงจะเท่ากับ

. (7.30)

ข้อเสียของวงจรนี้คือความต้านทานอินพุตต่ำ
ซึ่งถูกตัดออกในวงจรตัวแปลงที่สร้างขึ้นบนพื้นฐานของการเชื่อมต่อ op-amp ที่ไม่กลับด้าน (รูปที่ 7.6)

รูปที่ 7.6 - ตัวแปลงกระแสแรงดันไฟฟ้าแบบไม่กลับด้าน

วงจรนี้แนะนำกระแสป้อนกลับกระแสลบแบบอนุกรม ซึ่งให้ความต้านทานอินพุตสูง ตัวแปลงมีอินพุตที่เป็นไปได้และไม่โหลดแหล่งสัญญาณ ซึ่งอาจมีความต้านทานอินพุตสูง

ฟังก์ชันการแปลงสามารถหาได้จากสมการต่อไปนี้

, (7.31)

. (7.32)

บ่อยครั้งที่จำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีการส่งกระแสไฟฟ้าขนาดใหญ่ในระยะทางไกลพอสมควรสำหรับสิ่งนี้คุณสามารถใช้ op-amp ที่ทรงพลังกว่าหรือเพิ่มทรานซิสเตอร์เสริม (รูปที่ 7.7)

รูปที่ 7.7 - ตัวแปลงแรงดันกระแส

พร้อมบูสต์ทรานซิสเตอร์

ในโครงการนี้
แต่ปัจจุบัน กระแสโหลดต่อกระแสเบสมากขึ้น ซึ่งอาจไม่เสถียร เพื่อกำจัดผลกระทบนี้ ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์จะถูกแทนที่ด้วยทรานซิสเตอร์แบบสนามที่มีช่องสัญญาณแยก กระแสระบายและแหล่งกำเนิดจะเหมือนกันเสมอ

7.5. ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าในปัจจุบัน

เมื่อทำการวัดกระแส สิ่งสำคัญคือความต้านทานอินพุตของอุปกรณ์ที่เชื่อมต่อกับวงจรจะต้องอยู่ใกล้กับศูนย์และไม่ส่งผลต่อโหมดการทำงานของวงจร ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้ามีคุณสมบัตินี้ (รูปที่ 7.8) ตัวแปลงมีอินพุตปัจจุบันและเอาต์พุตที่เป็นไปได้ ข้อสรุปนี้สามารถทำได้โดยการกำหนดประเภท วิธีการแนะนำ และวิธีการลบข้อมูลป้อนกลับ

รูปที่ 7.8 - ตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าปัจจุบัน

คอนเวอร์เตอร์ใช้การป้อนกลับของแรงดันไฟฟ้าเชิงลบด้วยวิธีการฉีดแบบขนาน

ปัจจุบัน ไหลไปสู่จุดหนึ่ง กเท่ากับปัจจุบัน . ปัจจุบัน ผ่านตัวต้านทาน เท่ากับศูนย์ เพราะ แรงดันไฟฟ้า
ใช้กับตัวต้านทานเป็นศูนย์ ปัจจุบัน เท่ากับปัจจุบัน และกระแส
=0 จากสภาวะอุดมคติของออปแอมป์

แรงดันไฟขาออกคือ

. .33)

อิมพีแดนซ์อินพุตของคอนเวอร์เตอร์ถูกกำหนดให้เป็นอิมพีแดนซ์อินพุตของเครื่องขยายเสียงพร้อมกับการแนะนำ OOS แบบขนาน

อัตราขยายภายในขนาดใหญ่ของ O Y ทำให้อินพุทกลับกลายเป็นกราวด์เสมือน ดังนั้น กระแสที่ไหลผ่านตัวต้านทานจึงเท่ากับกระแส ดังนั้น แรงดันเอาต์พุตจึงถูกกำหนดโดยความสัมพันธ์ แสดงในรูปที่. วงจร 4.3 เหมาะอย่างยิ่งสำหรับการวัดกระแสขนาดเล็ก - ตั้งแต่สิบมิลลิแอมป์หรือน้อยกว่า ไปจนถึงเศษส่วนของแอมแปร์ ขีดจำกัดกระแสบนถูกจำกัดโดยกระแสเอาต์พุตของออปแอมป์ ข้อเสียของวงจรคือไม่สามารถเปิดที่จุดใดๆ ในลูปปัจจุบันได้ เนื่องจากกระแสอินพุตจะต้องเชื่อมต่อกับกราวด์

ข้าว. 4.3. ตัวแปลงกระแสเป็นแรงดันไฟฟ้าพร้อมกราวด์เสมือน

ปัจจัยการแปลง:

โดยที่ op-amp ได้รับและเป็นความต้านทานที่เท่ากันระหว่างอินพุต op-amp และกราวด์ ซึ่งรวมถึงความต้านทานของแหล่งจ่ายกระแสและอิมพีแดนซ์อินพุตดิฟเฟอเรนเชียลของ op-amp

ความต้านทานอินพุต:

แรงดันเอาต์พุตออฟเซ็ต:

โดยที่แรงดันไบแอสอินพุตของ op-amp คือกระแสไบแอสอินพุตของ op-amp

ขีดจำกัดล่างของกระแสที่วัดได้ถูกกำหนดโดยแรงดันไฟฟ้าอินพุต: อคติ กระแสอินพุต op-amp และการเบี่ยงเบนของกระแสเหล่านั้น เพื่อลดข้อผิดพลาดของวงจร ให้พิจารณาประเด็นต่อไปนี้

1. ข้อผิดพลาดออฟเซ็ต

สำหรับกระแสอินพุตต่ำ (น้อยกว่า 1 µA) ควรใช้ออปแอมป์กับอินพุตฟิลด์ที่มีกระแสอินพุตต่ำ

มีความจำเป็นต้องพยายามให้แน่ใจว่าเป็นไปตามเงื่อนไข ไม่เช่นนั้นแรงดันไฟฟ้าออฟเซ็ตอินพุตจะถูกขยายเพิ่มเติม

ข้อผิดพลาดที่เกี่ยวข้องกับกระแสอินพุตสามารถลดลงได้โดยการเพิ่มตัวต้านทานที่เท่ากันเพิ่มเติมระหว่างอินพุตที่ไม่กลับด้านและกราวด์ ในกรณีนี้ ค่าออฟเซ็ตอินพุตทั้งหมดจะเท่ากับโดยที่ความแตกต่างของกระแสอินพุตของ op-amp หากต้องการจำกัดสัญญาณรบกวนความถี่สูงของตัวต้านทานเพิ่มเติมและป้องกันการกระตุ้นตัวเองของ op-amp คุณสามารถเชื่อมต่อตัวเก็บประจุแบบแบ่ง (10 nF - 100 nF) แบบขนานได้

ควรระมัดระวังเมื่อทำงานกับกระแสไฟฟ้าที่มีขนาดเล็กมาก เนื่องจากข้อผิดพลาดที่สำคัญอาจเกี่ยวข้องกับกระแสรั่วไหลได้ ใช้วงแหวนป้องกัน (รูปที่ 4.4) เพื่อให้แน่ใจว่ากระแสรั่วไหลเชื่อมต่ออยู่ ไม่ใช่กับอินพุตของวงจร วงแหวนนิรภัยต้องอยู่ทั้งสองด้านของบอร์ด บอร์ดต้องได้รับการทำความสะอาดและหุ้มฉนวนอย่างทั่วถึงเพื่อป้องกันการรั่วซึมของพื้นผิว สุดท้ายนี้ เพื่อให้ได้กระแสรั่วไหลที่ต่ำมาก (ตามลำดับพิโคแอมป์) เมื่อติดตั้งวงจรอินพุต คุณสามารถใช้ขาตั้งฟลูออโรเรซิ่นเพิ่มเติมได้

ข้าว. 4.4. การใช้แหวนป้องกันเพื่อลดกระแสรั่วไหล

เพื่อลดการเคลื่อนตัวของกระแสอินพุตตามอุณหภูมิ คุณควรจำกัดความร้อนที่เกิดจากออปแอมป์เอง ในการทำเช่นนี้จะเป็นการดีกว่าถ้าลดแรงดันไฟฟ้าให้เหลือน้อยที่สุด นอกจากนี้ คุณไม่ควรเชื่อมต่อโหลดความต้านทานต่ำเข้ากับเอาต์พุต op-amp (ความต้านทานโหลดรวมต้องมีอย่างน้อย 10 kOhm)

เมื่อวัดกระแสขนาดเล็ก จะเป็นการดีกว่าถ้าปรับไบแอสในระยะต่อๆ ไปของวงจร หรือใช้วิธีที่แสดงในรูปที่ 1 4.7 ซึ่งไม่ต้องการความไวของแอมพลิฟายเออร์สูงเกินไป

2. รับข้อผิดพลาด

ต้องเลือกตัวต้านทานออปแอมป์และตัวต้านทานป้อนกลับ มิฉะนั้นอาจเกิดข้อผิดพลาดในการรับสัญญาณขนาดใหญ่และการตอบสนองที่ไม่เป็นเชิงเส้น จำเป็นต้องเลือกตัวต้านทานความแม่นยำที่มีการเบี่ยงเบนต่ำ ควรใช้ตัวต้านทานที่มีความเสถียรสูงซึ่งใช้ฟิล์มโลหะหรือโลหะออกไซด์ การออกแบบที่ดีที่สุดสำหรับตัวต้านทานความต้านทานสูง (มากกว่า 1 GOhm) คือกล่องแก้วที่เคลือบด้วยวานิชซิลิโคนเพื่อขจัดอิทธิพลของความชื้น ตัวต้านทานบางตัวมีเกราะโลหะอยู่ภายใน

เพื่อหลีกเลี่ยงการใช้ตัวต้านทานที่มีค่ามากเกินไป (มีความเสถียรต่ำและมีราคาค่อนข้างแพง) คุณสามารถใช้คำติชมรูปตัว T (รูปที่ 4.5) การเชื่อมต่อนี้ทำให้คุณสามารถเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์การแปลงโดยไม่ต้องใช้ตัวต้านทานความต้านทานสูง แต่จะเป็นไปได้ก็ต่อเมื่อมีการสำรองกำไรของ op-amp ที่เพียงพอเท่านั้น โปรดทราบว่าการติดตั้งวงจรจะต้องกระทำในลักษณะที่จะป้องกันไม่ให้ T-link ถูกแบ่งตามความต้านทานการรั่วไหล เช่น ตรวจสอบให้แน่ใจว่าจุด A และ B มีการแยกส่วนที่ดี ทางแยกรูปตัว T มีข้อเสียร้ายแรงตรงที่จะเพิ่มแรงดันออฟเซ็ตของเวลา op-amp ซึ่งบางครั้งอาจทำให้จำกัดการใช้งานได้

3. การตอบสนองความถี่

ความจุจำกัดของแหล่งสัญญาณ C อาจทำให้วงจรไม่เสถียร โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อใช้สายเคเบิลอินพุตยาว ตัวเก็บประจุนี้ทำให้เกิดความล่าช้าของเฟสในลูปป้อนกลับของออปแอมป์ที่ความถี่สูง ปัญหาได้รับการแก้ไขโดยการเชื่อมต่อตัวเก็บประจุขนาดเล็กขนานกับตัวต้านทาน ภาพประกอบกราฟิกของวิธีนี้แสดงในรูปที่ 1 4.6.

5. การรบกวน

ตัวแปลงกระแสเป็นแรงดันไฟฟ้าอัตราขยายสูงเป็นวงจรที่มีความไวสูงและมีอิมพีแดนซ์สูง ดังนั้นเพื่อป้องกันการรบกวน จึงต้องปิดอุปกรณ์เหล่านี้ไว้ในกล่องป้องกัน การแยกสารอาหารที่ดีเป็นสิ่งสำคัญ ในที่สุด วงจรเหล่านี้อาจมีความไวต่อการสั่นสะเทือนทางกลมาก

ในรูป รูปที่ 4.7 แสดงวงจรขยายสัญญาณโฟโตไดโอด โพเทนชิออมิเตอร์ใช้ในการปรับออฟเซ็ต

ข้าว. 4.7. โฟโตไดโอดขยายกระแส