Логарифмический датчик для измерения токов от 0 до 500 А

Журнал РАДИОЛОЦМАН, март 2016

Jose Carrasco

EDN

Простая схема на Рисунке 1 может измерять токи как малых, так и больших уровней без ухудшения чувствительности или потерь точности на нижнем или верхнем пределах шкалы. Схема полезна для измерения больших или малых токов в условиях сильных помех.

Рисунок 1.	Простой датчик может измерять токи как малых, так и больших уровней.

Основными элементами схемы являются токовое зеркало на согласованной транзисторной паре Q₁, Q₂ и цепь обратной связи, замыкаемая транзистором Q₃. Когда измеряемый ток I протекает через резистор R_S, напряжение на эмиттере Q₂ увеличивается. Соответственно, начинает расти напряжение на базе транзистора Q₃, что приводит к росту тока I_EQ3, идущего через его эмиттер. Процесс продолжается до тех пор, пока схема не достигнет равновесного значения, когда рабочая точка Q₂ совпадет с рабочей точкой включенного диодом транзистора Q₁. Тогда будет справедливо следующее соотношение:

I × R_S = I_EQ3 × R₁.

Следовательно, ток эмиттера Q₃ пропорционален току, протекающему через измерительный резистор R_S. Аналогичным образом будут совпадать рабочие точки Q₅ и Q₄, где диодом работает транзистор Q₄, и коллекторный ток Q₅ также будет пропорционален измеряемому току I. Последовательная цепочка диодов предназначена для формирования логарифмического шкалы преобразователя ток-напряжение. На Рисунке 2 изображена передаточная функция для сигналов постоянного тока, отражающая зависимость выходного напряжения V_OUT от входного тока, протекающего через резистор R_S.

Рисунок 2.	Зависимость выходного напряжения от измеряемого тока имеет логарифмический характер в диапазоне от 0 до 500 А.

В качестве Q₁, Q₂ и Q₄, Q₅ очень важно использовать согласованные пары транзисторов, поскольку рабочие точки каждого из транзисторов пары должны оставаться одинаковыми даже при изменениях температуры корпуса. В схеме использованы маломощные пассивные компоненты, за исключением токоизмерительного резистора R_S, имеющего сопротивление 5 мОм. Сопротивление его выводов должно быть точно известно – либо из заводской калибровки, либо из расчетов, основанных на информации о погонном сопротивлении выводов, также предоставляемой изготовителем.

Материалы по теме