Токовый шунт с нулевым падением напряжения на основе инструментального усилителя

Полное падение напряжения на пассивных токовых шунтах, используемых для измерения величины тока, протекающего через относительно низкоомный резистор, часто составляет 60 мВ для мощного оборудования и 200 мВ для электронных измерительных приборов. Точно так же простые преобразователи тока в напряжение, в которых измеряемый ток протекает через измерительный резистор, нередко имеют еще более высокие падения напряжения. Однако в некоторых случаях падение напряжения между входной клеммой и землей должно быть минимальным; в идеальном случае – 0 В, независимо от измеряемого тока. Если приложению требуется эта функция, можно использовать преобразователь тока в напряжение, показанный на Рисунке 1. В этой схеме R1 служит классическим токочувствительным резистором, падение напряжения на котором воспринимается инструментальным усилителем, измеряющим ток. Инструментальный усилитель совместно с резистором R1 не только выполняют функцию инвертирующего преобразователя тока в напряжение, но и создают напряжение на резистивной цепочке в точке В. Это напряжение равно по величине падению напряжения ΔVR1 на резисторе R1 и имеет противоположную полярность. Конечным результатом является то, что значение напряжения на входе A теоретически остается равным 0 В, независимо от величины и полярности тока, протекающего на входе.

LED-драйверы MEAN WELL в вопросах и ответах

Этот инструментальный усилитель служит двум целям: он образует преобразователь ток-напряжение, с коэффициентом передачи -5R, и создает падение напряжения противоположной полярности в точке B, что позволяет поддерживать нулевой потенциал на входе A, независимо от входного тока.
Рисунок 1. Этот инструментальный усилитель служит двум целям: он образует
преобразователь ток-напряжение, с коэффициентом передачи –5R, и
создает падение напряжения противоположной полярности в точке B,
что позволяет поддерживать нулевой потенциал на входе A,
независимо от входного тока.

В проекте используется инструментальный усилитель AD8223 компании Analog Devices, поскольку коэффициент усиления по напряжению, по умолчанию равный пяти, с высокой точностью остается близким к идеальному. Типовая ошибка усиления при значении усиления по умолчанию составляет 0.03%, а наихудшая ошибка равна 0.1% для микросхем группы B. При усилении, равном пяти, и одинаковых сопротивлениях резисторов R1 и R2, можно рассчитать, что для того, чтобы падение напряжения на входе A равнялось 0 В, сопротивление R3 должно быть в два раза больше, чем R2 (Рисунок 2). Резисторы R1, R2 и R3 в схеме на Рисунке 1 должны быть прецизионными с низкими температурными коэффициентами сопротивления.

Для того, чтобы падение напряжения в точке A на Рисунке 1 составляло 0 В, сопротивление резистора R3 должно быть вдвое больше, чем R2.
Рисунок 2. Для того, чтобы падение напряжения в точке A на Рисунке 1
составляло 0 В, сопротивление резистора R3 должно быть
вдвое больше, чем R2.

В экспериментальной схеме с сопротивлениями резисторов R1 и R2, равными 20 Ом, приведенное к входу смещение нуля тока составляет 0.8 мкА, а падение напряжения на входе А изменяется на 0.27 мВ при входном токе 1 мА. Аналогично изменяется отрицательное напряжение на входе A при отрицательном входном токе. Коэффициент передачи схемы равен:

Так, например, при входном токе 1 мА напряжение на выходе будет равно –100 мВ. Поскольку допустимая нагрузка по току микросхемы AD8223 для втекающего выходного тока примерно в 2.5 раза больше, чем для вытекающего, шкала для положительных входных токов может быть в 2.5 раза больше. Можно дополнительно расширить шкалы как для положительных, так и для отрицательных токов, увеличив напряжение питания с ±5 В до ± 12 В; можно также использовать напряжения +12 В и –5 В. Если требуется измерение еще более высоких входных токов, между выходом инструментального усилителя и резистором R3 можно включить прецизионный буфер напряжения с достаточно большим допустимым выходным током.

  1. Datasheet Analog Devices AD8223

ООО «Мегател», ИНН 3666086782, ОГРН 1033600037020

Добавить свое объявление

* заполните обязательные данные

Статистика eFaster:

посетило сегодня 38
сейчас смотрят 16
представлено поставщиков 1573
загружено
позиций
25 067 862