Для определения характеристик солнечной установки, мне понадобилось точно измерить ее ток, отдаваемый в нагрузку. Изделие включало и выключало несколько внутренних устройств с интервалом в несколько секунд. Амперметр показал, что изменения тока происходили слишком быстро для визуальной регистрации, и мои менеджеры попросили сделать фотографию осциллограммы пиков тока. Я выкатил установленный на тележке DSO (цифровой запоминающий осциллограф) нашей компании, включил низкоомный резистор последовательно с положительной входной клеммой источника питания устройства и попытался измерить дифференциальное напряжение (канал A минус канал B) на токоизмерительном резисторе.
К сожалению, радиопомехи от местной FM-радиостанции подавляли слабые изменения сигнала на низкоомном токоизмерительном резисторе, а увеличение его сопротивления приводило к чрезмерному падению напряжения на шине питания устройства. Наконец, 12-вольтовое смещение, вносимое шиной питания, ограничивало способность осциллографа точно разрешать слабый дифференциальный сигнал, который я пытался измерять. Я отключил заземление осциллографа, чтобы дать ему «плавать» относительно токоизмерительного резистора, но высокочастотный шум, видимый на осциллограмме, значительно увеличился. Я было подумал об использовании более старого аналогового осциллографа (не запоминающего), но функция запоминания DSO позволила бы захватывать и распечатывать осциллограммы сигналов, необходимые для моего отчета.
В отчаянии я перерыл лабораторный стол в поисках старых компонентов и собрал схему, которая решила проблему. Случайно там оказался инструментальный усилитель IC1, который отлично справляется с выделением слабых сигналов из высокочастотных фоновых шумов. Невысокая скорость отклика усилителя ослабляет радиочастотные помехи, но не влияет на усиление низкочастотных сигналов. Добавление RC-фильтров нижних частот на входы и выходы усилителя дополнительно ослабляет низкочастотный шум, создаваемый близлежащими импульсными источниками питания и цифровой логикой или микропроцессорами.
Обычно я стараюсь избегать использования шумных DC/DC преобразователей в качестве источников питания для аналоговых схем. Однако в данном случае DC/DC преобразователь IC2 позволил реализовать целесообразное и технически обоснованное решение (Рисунок 1). Как правило, шум DC/DC преобразователей увеличивается по мере увеличения тока нагрузки, но в этой схеме единственной нагрузкой является инструментальный усилитель, потребляющий всего несколько миллиампер. Дополнительное подавление шума обеспечили несколько фильтрующих элементов.
 |
|
| Рисунок 1. | Характеристики осциллографа при работе в условиях высокого уровня радиопомех можно улучшить, добавив входной каскад на инструментальном усилителе. Для достижения наилучших результатов следует поместить схему в металлический корпус. |
При нормальной работе потребляемый изделием ток колеблется в диапазоне примерно от 300 до 800 мА. Чтобы свести к минимуму потери напряжения питания, в качестве токоизмерительного резистора я использовал предохранитель 5×20 мм, 10 А, 250 В (F1). Падение напряжения на предохранителе равно приблизительно 1 мВ на 100 мА тока, а работа предохранителя при токе, составляющем небольшую долю от его номинального значения, позволяет избежать появления нелинейностей измерений.
При сопротивлении резистора R2, устанавливающего коэффициент усиления микросхемы AD620, равном 475 Ом, усиление составляет 105 В/В; при этом протекающему через шунт току 1 А соответствует выходное напряжение примерно 1 В. Конденсаторы C12 и C13 образуют низкоимпедансный путь для высокочастотных помех.
Купить AD620 на РадиоЛоцман.Цены
