В предыдущей статье [1] описывался интересный и полезный метод использования аналогового магнитоэлектрического прибора для измерения токов в диапазоне менее 1 А. Конструкция обеспечивает значительную гибкость в выборе чувствительности измерительного прибора и диапазона измерений, а также упрощает подбор шунтирующих резисторов. Хотя для управления стрелочным прибором в конструкции используется биполярный транзистор, в некоторых случаях более хорошим выбором будет MOSFET. Оригинальная схема содержит источник втекающего, тока управляемый напряжением, который измеряет ток эмиттера биполярного транзистора, однако аналоговый прибор управляется током коллектора. Эмиттерный и коллекторный токи биполярного транзистора – IE и IC, соответственно, – не идентичны, поскольку к току эмиттера добавляется базовый ток IB.
 | |
| Рисунок 1. | В этой усовершенствованной версии более ранней схемы для управления стрелочным прибором используется MOSFET. |
Эти компоненты тока можно выразить как IE = IC + IB и, значит, IC = IE – IB. Степень влияния базового тока на точность измерения зависит от величины IB и величины коэффициента передачи тока базы в схеме с общим эмиттером β, поскольку ток базы IB = IC/β. Если β больше 100, вклад базового тока в ток эмиттера обычно незначителен. Однако иногда β бывает меньше. Например, кремниевый n-p-n транзистор общего применения BC182 при малых токах и комнатной температуре имеет β, равный всего 40. Если бы в коллекторе транзистора использовался стрелочный прибор с током полного отклонения 15 мА, необходимый для полного отклонения ток базы IB при минимальном β составил бы 0.375 мА. Вычитание базового тока из тока коллектора даст ошибку 2.5%.
Но если используется стрелочный прибор с током полного отклонения 150 мкА, ошибка измерения значительно возрастает, поскольку β уменьшается с уменьшением тока коллектора. У транзистора BC182 при уменьшении тока коллектора с нескольких миллиампер до 200 мкА коэффициент передачи тока β снижается до 0.6 от первоначально значения и отрицательно влияет на точность показаний стрелочного прибора.
Чтобы решить проблему и повысить точность схемы, можно заменить BC182 n-канальным MOSFET, таким, например, как BSN254 (Рисунок 1). Поскольку затвор MOSFET не потребляет тока, ток его стока всегда равен току истока. При выборе MOSFET для этой схемы следует обращать внимание на его пороговое напряжение затвор-исток, которое должно быть как можно более низким. Например, пороговое напряжение затвор-исток транзистора BSN254 при комнатной температуре составляет от 0.8 до 2 В. Остальная часть схемы не отличается от исходной; то есть, для максимального падения напряжения 1 В на резисторе R1 сопротивление RSENSE2 рассчитывается следующим образом:
где
- RSENSE2 – выражается в омах,
- 1 В – падение напряжения на резисторе R1,
- IMETER – ток полного отклонения стрелки прибора.
Обратите внимание, что ток на выходе OUT микросхемы IC1 связан с напряжением VSENSE на резисторе RSENSE1 соотношением VSENSE/100 Ом. В этом приложении измеряемый ток 100 мА создает на RSENSE1 падение напряжения 0.1 В, и, таким образом, полному отклонению стрелки прибора соответствует напряжение 1 В на резисторе R1.