MOSFET улучшает измерения малых токов стрелочным прибором

Maxim MAX4172 MAX495

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.

Светодиодные драйверы MEAN WELL для систем внутреннего освещения

В этой усовершенствованной версии более ранней схемы для управления стрелочным прибором используется MOSFET.
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.

Ссылки

  1. Kevin Bilke. «Стрелочный прибор измеряет малые токи»

Материалы по теме

  1. Datasheet Maxim MAX4172
  2. Datasheet Maxim MAX495
  3. Datasheet onsemi BC182
  4. Datasheet NXP BSN254

EDN

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

На английском языке: MOSFET enhances low-current measurements using moving-coil meter

Изготовление 1-4 слойных печатных плат за $2

30 предложений от 22 поставщиков
MAXIM INTEGRATED PRODUCTS - MAX4172ESA+T - Токочувствительный усилитель, высокой стороны, прецизионный, 1 Усилитель, 50 мкА, NSOIC
Элитан
Россия
MAX4172EUA+
Maxim
99 ₽
MAX4172ESA+
Maxim
150 ₽
Контест
Россия
MAX4172ESA
Maxim
214 ₽
Кремний
Россия и страны СНГ
MAX4172ESA-SMD D/C96
по запросу
Как быстро и эффективно спроектировать источник питания
Для комментирования материалов с сайта и получения полного доступа к нашему форуму Вам необходимо зарегистрироваться.
Имя