Усилитель токового шунта на MAX4372

Иногда в системе приходится замерять не только напряжение, но и ток. И если с напряжением все просто — подаем на АЦП, если необходимо, пропускаем через делитель, то с током ситуация куда более хитрая.

Прямого способа просто замерить ток нет, не пихать же стрелочный прибор (сила Ампера, отклоняющая стрелку имеет прямую зависимость от тока) в схему, но можно замерить падение напряжения на известном сопротивлении и по закону Ома (I = U/R) вычислить искомую величину. Такое сопротивление зовется шунтом.

Но и тут возникают вилы. Чтобы получить сколько нибудь заметное для АЦП микроконтроллера напряжение (в идеале в пике до Vref АЦП контроллера) надо иметь довольно большое сопротивление.
Скажем, для получения 5 вольтового падения на токе в 5А нам потребуется резистор в 1Ом. Что очень много, ведь в этом случае на нем высадится P = I²R тепловых потерь. Тебе нужна двадцатипятиваттная грелка в системе? Наверное нет. Можно, конечно, уменьшить сопротивление шунта в десять раз. Скажем до 0.1 Ом, тогда можно уложиться в такую вот бандуру:

Он пропустит через себя 7А, выдав падение в 0.7Вольта. Не шик, конечно, но уже ощутимо. А то и еще меньше, 0.01 Ома, тогда все будет совсем крошечным. Достаточно вместо шунта обычного кусочка проволочки или дорожки на плате. Но напряжение с него тогда будет еще меньше. 0.07 вольта. Что уже задолбаешься замерять и отделять от шумов АЦП.

Что делать? Однозначно усиливать. Можно собрать небольшую схемку на операционном усилителе (обычный ОУ с отрицательной обратной связью, включенный по схеме неинвертирующего усиления), но лучше взять специализированный девайс — усилитель токового шунта. Благо сейчас их делают все подряд. У меня вот в закромах нашелся какой-то MAX4372F. Его и применим.

Итак, это козявка в SOT-23-5, мелкая и никаких лишних выводов. В общем, то что доктор прописал.
Эта микруха бывает трех видов, отличается только коэффициентом усиления.

• MAX4372T — 20V/V
• MAX4372F — 50V/V
• MAX4372H — 100V/V

Схема включения проще некуда. Никаких внешних элементов, ну разве что конденсаторчик на питание:

Собрал себе такой небольшой модульчик, чтобы при случае иметь усиленый шунт:

Подключил к своему блоку питания, способному выдать до трех ампер. Да к амперметру и вольтметру. Питание самого усилка взял пятивольтовое, с Pinboard. В качестве нагрузки взял батарею из трех 5 Ом резисторов, соединенных параллельно.

В качестве шунта взял ножку от светодиода, первое что под руку попалось. Сопротивление шунта нам не известно, знаем только то, что оно чертовски мало. А замерить его в домашних условиях без микроомметра нереально. Даже мой, весьма неплохой, мультиметр видит его на грани статистической погрешности. Но в нашем случае можно обойтись банальной калибровкой, загоняя в него известный ток и замеряя выходное значение. А там можно построить график, вычислить коэффициенты и по нему уже высчитывать любой ток.

При практически нулевом токе (50мА, меньше мой БП не дает) напряжение на выходе усилка 0.138 вольта. Примем его за ноль, чтобы не мозолило глаза. Начинаем повышать ток, попутно глядим на напряжение:

В общем, до десятка ампер вполне можно промерять на данном шунте, а если надо замерять большие токи, то можно взять либо шунт потолще, либо микросхемку с меньшим усилинием. Для меньших токов аналогично. Хорошая микросхемка, мне нравится 🙂
Ну и, конечно же, даташитик на эту чудную микрушку

З.Ы.
О хитростях прецезионного подключения разных токоизмерительных резисторов я уже выкладывал статью «Измерительные цепи».

Регулируемый блок питания на ОУ LM324 (0-30В, 2А)

Регулируемый блок питания является одним из основных устройств в ремонтной мастерской или каждого радиолюбителя. Представленный блок питания, несмотря на простоту конструкции, имеет хорошие характеристики. Он дает возможность плавной регулировкивыходного напряжения от 0 до 30 В, а также плавной регулировки тока в диапазоне до 2 А (2,5 А).

Все устройство построено на четырехкаскадном операционном усилителе LM324. Элемент D работает как источник напряжения смещения. Усилитель погрешности блока питания построен на элементе С. Элемент В служит для измерения выходного тока, а элемент А работает как компаратор, управляющий блоком светодиодов, сигнализирующим о переходе блока питания в режим стабилизации тока.

Потенциометр Р1 служит для регулировки выходного напряжения. Потенциометром PR1 регулируется порог ограничения тока блока питания. Монтажным потенциометром PR1 следует установить верхний предел регулировки тока следующим образом.

Потенциометр Р2 установить в максимальное положение. Выход блока питания нагрузить, например, проволочным резистором с сопротивлением несколько ом. Последовательно с резистором включить амперметр.

Регулируя выходное напряжение, следует установить ток, идущий через резистор, на 2 Ф. Вращая движком монтажного потенциометра PR1, добиваемся загорания светодиода. В случае, когда невозможно установить максимальный выходной ток на уровне 2- 2,5 А, последовательно с диодом D7 следует установить еще один кремниевый диод любого типа, например 1N4148, BVP17 и т. п.

Провода, соединяющие потенциометры с платой, должны быть как можно короче. Питающий трансформатор должен давать напряжение 24-25 В (не более, так как это грозит повреждением микросхемы LM324) и ток, по крайней мере равный выходному току, который хотим получить с блока питания.

Удобно использовать трансформатор с разделенной вторичной обмоткой, например 2 х 12 В. В диапазоне низких выходных напряжений необходимо использовать половину напряжения трансформатора из-за теряемой мощности на транзисторе Т2.

Небольшой амперметр на ток до 5 Ампер

Вообще тему всяких мелких измерителей я поднимал уже неоднократно, но как-то в основном в плане вольтметров и универсальных измерителей, и хотя вольтметры пользуются большим спросом, амперметры также иногда востребованы.

Пришел амперметр в небольшом пакетике, на котором были указаны основные характеристики:
1. Напряжение питания — 4.5-28 Вольт
2. Измеряемый ток — 0-5 Ампер
3. Цвет дисплея — красный (есть еще зеленый и синий)
4. Наименование модели — C20D

Амперметр представляет собой просто платку с индикатором, корпуса в комплекте нет.

Провода имеют длину около 20см, но весьма «дубовые».

Силовые провода просто запаяны в плату, питание подключено через разъем. Я купил плату с дисплеем красного цвета, размер дисплея 23х14мм, высота символов 9мм (0.36 дюйма).

Все компоненты (кроме дисплея) установлены на одной стороне платы, виден контроллер со стертой маркировкой, операционный усилитель (также со стертой маркировкой) сигнала с шунта, собственно сам шунт сопротивлением 5мОм, стабилизатор 3.3 Вольта и прочая мелочь.
Радует то, что применен низкоомный шунт, при токе в 5 Ампер падение на нем всего 25 мВ, общее сопротивление с учетом дорожек на плате — 6.5 мОм, т.е. общее падение напряжения на приборе около 32 мВ.

В характеристиках заявлено что нижняя граница питания прибора составляет 4.5 Вольта, реально у меня вышло —
1. Стартует с 2.4 Вольта
2. При напряжении в 3 Вольта работает, потребляет около 7 мА, но я бы не доверял его показаниям при таком напряжении.
3. После поднятия напряжения до 4.3 Вольта ток потребления перестает расти, стабилизатор выходит на рабочий режим.
4. Потребляемый ток в диапазоне 4.3-28 Вольт не меняется.

Первый тест проводился при питании от отдельного БП с напряжением 12 Вольт, подключение согласно схеме.

Но вот результаты тестов меня не очень порадовали, собственно потому я бы не стал советовать данный прибор.
При токах до одного ампера показания сильно занижены, особенно в диапазоне — 0-600 мА, дальше картина заметно улучшается но при токе 3.5-5 Ампер прибор начинает уже завышать.
Сама по себе неточная калибровка была бы не так страшна, на плате есть подстроечный резистор для калибровки, но проблема в том, что до 1 Ампера показания занижены, а выше 3.5 Ампера — завышены и калибровка при помощи подстроечного резистора бесполезна.

Хотя в характеристиках и указан максимальный ток в 5 Ампер, реально можно измерить и больше, вот только даже мой регулируемый блок питания имеет точность установки/измерения выше обозреваемого «показометра», увы.

Второй тест был проведен просто ради интереса, здесь и прибор и нагрузка питались от одного источника. В качестве нагрузки применялся резистор сопротивлением 10 Ом, напряжение менялось в диапазоне примерно 4.4-25 Вольт.

Результат примерно совпадает с результатами предыдущего теста.

Когда готовил обзор, то в процессе искал где еще продается данный амперметр и случайно наткнулся на сайт с антикварными приборами, не устоял чтобы не показать их и здесь, больно уж понравились.

Но если предыдущие продавались примерно по 35-150 долларов, то за этот просят на два порядка больше, 3500 долларов. От цены у меня был легкий шок, даже возникла мысль, может его с Титаника подняли 🙂
Может у кого нибудь на дачном участке такой валяется 😉

Состояние прибора конечно плохое, но судя по всему в этом и есть некий смысл.

На этом у меня собственно всё, результаты тестов мне не очень понравились, реально прибор можно использовать в диапазоне 1-4 Ампера, ниже — занижает, выше — завышает, регулировка при помощи подстроечного резистора не поможет, а как сделать программную коррекцию, я не знаю.
Применять вряд ли буду, скорее всего просто кину в ящик стола, на всякий случай. Ну или для совсем уж простых применений, например индикация тока заряда в зарядном для автомобильного аккумулятора, как раз одно дома лежит, там такой точности более чем достаточно и диапазон измерения как раз подходит.

Китайские Ампервольтметры Схемы Подключения — tokzamer.ru

Модернизация и ремонт После переделки блока питания АТХ в лабораторный захотелось оснастить его ампервольтметром. Минус внешнего источника подать на общий провод схемы. Непонятно, почему китайцы решили сэкономили на паре копеечных деталей. Китайский ампервольтметр — ошибки в подключении Схема подключения При токе через прибор в 7 ампер ощутимо нагрелся шунт на плате, выполненный в виде п-образной перемычки.

Заказ пришел, с блоками все в порядке, механических повреждений нет, но ни паспорта, ни инструкции, описывающей подключение устройства, в комплекте не было. Если все было правильно подсоединено, на табло должны подсветиться две шкалы.

Также это придется по душе и тем, кто работает на дорогом оборудовании, на работу которого может пагубно повлиять регулярное падение напряжения сети.

Возможно это микроконтроллер широкого применения, но таких в корпусе SOIC и имеющих землю на 1-ом, а питание на ом выводе не встречал. Их стоимость явно на порядок ниже остальных комплектующих, того же ad, например.

Для переделки потребуются начальные навыки реверс инженеринга чтобы убедиться, что схема та самая , пайки мелких деталей и знание закона Ома : Схема до переделки: Схема после: Красным обозначены перерезанные дорожки.

ВОЛЬТМЕТР-АМПЕРМЕТР ТЕСТ, КАЛИБРОВКА, СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ. АЛИЭКСПРЕСС

Join the conversation

Учитывая широкий ассортимент современных вольтамперметров, можно столкнуться с проблемой их подключения. Подключаем резистор в вольтметр-амперметр Второе. А вот с цветами проводов давайте разбираться.

Не каждый сразу поймет, какой провод, куда нужно подключать, а инструкции обычно только на китайском языке.

Большинство устройств может быть отрегулировано при помощи встроенных резисторов.

Скорость вентилятора то же будет снижаться, но при низком напряжении радиаторы блока питания будут немного теплыми и ничего страшного не произойдет.

Схема подключения вольтметра амперметра к регулируемому блоку питания В нижней части схемы вентилятор и китайский вольтметр амперметр подключаются через стабилизатор напряжения LCV к выходу диодного моста параллельно конденсатору С1.

Не сразу и не вовремя выяснилось, что вход питания у него гальванически связан с минусовым входом шунта. Китайский вольтметр — амперметр после переделки Тут и выяснилось, что проволочный резистор вместо рекомендованного сопротивления 0,08 Ом имеет 0,8 Ом.

Стоит дороже предыдущих моделей, но и обладает повышенной верхней границей измерений в В. Можно было, конечно, нагородить ещё одну дежурку и от неё запитать индикатор, но мне показалось это слишком жирным и я решил колупнуть сам индикатор. Как подключить китайский амперметр вольтметр

Вольтметр –Амперметр, ATmegа8 – LCD.

Вольтамперметр для лабораторного БП, имеет четыре канала измерения.

и далее в статье , многоканальная измерительная схема, ATmegа8 LCD 16х2.

Перейти к покупкам

Принципиальная схема А, (файлы в архиве А).

Входная измерительная часть схемы вольтметра, традиционно проста, состоит из двух сопротивлений .

Измерительная часть схемы амперметра собрана на ОУ, это дает пользователю возможность использовать свои шунты с различным диапазоном сопротивлений.

В схеме в качестве операционного усилителя использована микросхема МСР602 , ее возможная замена LM2904 или LM358, тогда подключать питание ОУ нужно к 12 вольтам.

Перейти к покупкам

FUSE которые соответствуют работе от внутреннего генератора 4MHz ,скрин установки в PonyProg

К данной схеме А сделано несколько прошивок 30V_10А , отличаются только выводом данных на экран.

Два вольтметра 0-30V, два амперметра 0-10A, незн. 0 не гасится.

(прошивки в архиве А).

Два вольтметра 0-30V, два амперметра 0-10A, с гашением незн. 0.

(прошивки в архиве А).

Два вольтметра 0-30V, два амперметра 0-10A, отличается только в выводе данных на экран.

(прошивки в архиве А).

Три вольтметра 0-30V, амперметр 0-10A .

(прошивки в архиве А).

Работа схемы с разными типами индикаторов.

Посмотреть работу схемы и прошивок можно в Proteus.

Тест схемы и прошивок в Proteusе

Весь архив проекта А: Схема — А, прошивки, Proteus

Далее по этой же схеме, сделан шести канальный измеритель (вариант схемы В).

Вариант три вольтметра 0- 30V, амперметр 0-10А, разрядность измерений 00,00. (прошивка в архиве В)

Шестиканальный измеритель. (прошивка 6/1 в архиве В)

Функциональность устройства: три вольтметра 0 — 30V, амперметр 0 -10А, разрядность измерений 0,0 — 00,0, плюс отображение сетевого напряжения и показания температуры, да в общем по второму фото и так все понятно, что тут к чему. Естественно еще немало вариантов измерений, в разных комбинациях тут целая куча… (ведь тут на форумах когда схема 2 в 1 , пользователи долго идут к одному мнению «где должна стоять точка» , а тут в три раза больше вариантов :)).

Принципиальная схема. (вариант В)

Измерительная часть схемы вольтметра, традиционно проста, состоит из двух сопротивлений . Измерительная часть схемы амперметра , сделана по распространенной и зарекомендовавшей себя схемотехнике на операционном усилителе (ОУ), это дает пользователю возможность использовать свои шунты с различным диапазоном сопротивлений. Канал для измерения °C , тут еще можно подумать над вариантами этой схемы, шаг измерения по данной схеме 1°C. Измерительная схема сетевого напряжения, сделана через небольшой сетевой трансформаторик ( использовал от БП антенного усилителя телевизионной антенны), показания сетевого напряжения довольно точны (проверялось с помощью ЛАТРа в диапазоне 170 – 250V, сравнивалось с показаниями китайского мультиметра М92А , соответствует 1 : 1). К трансформаторику, ничего больше не подключаем, чтобы сторонняя нагрузка не вносила искажения в показания вольтметра. FUSE также настраиваем на работу от внутреннего генератора 4MHz .

Фото эксплуатации, встроенного измерителя – показометра 6 в 1 в системный блок компьютера, так как, с лабораторным блоком питания как говорится «не скоро дело делается…» измеритель 6 в 1 уже «обкатан» в системном блоке.

К данной схеме В сделаны прошивки 30V_10А , находятся в архиве. А также можно посмотреть работу схемы и прошивок в proteusе. Архив проекта (вариант В) : схема, прошивки, proteus.

Схема вариант С измерителя,

добавлен термометр на датчике DS18B20 с точностью измерения 0.1°C.

К схеме в архиве «C_AVV» два вида прошивок, выбирайте какой вам фейс больше нравится.

FUSE также от внутреннего генератора 4MHz .

В архиве «C_AVV» (вариант схемы С) прошивки с использованием температурного датчика DS18B20.

При всем этом разнообразии схем, любые из данных прошивок могут использоваться в каждой схеме, все сконфигурировано на одинаковые порты.

Recommended Posts

Так как на работу измерительных приборов влияют не только их собственные неисправности, но и сбои в подключаемых устройств, иногда нужно заниматься регулировкой.

Переключение производил при отключении подачи питания на нагрузку.

По поводу шунта.

Купив пару штук таких ампервольтметров, один сразу же сжог напряжением 26 вольт. Никакого спама, только полезные идеи! Схема подключения вольтметра амперметра и вентилятора к зарядному устройству из компьютерного блока питания Скачать схему подключения вольтметра амперметра и вентилятора к зарядному устройству С зарядным устройством из компьютерного блока питания все понятно.

В других случаях табло покажет только падение напряжения. На освободившейся контакт, со стороны подстроечника припаивается провод желаемой длины для пробы удобно мм и лучше красного цвета Выпаять СМД резистор Третье. Оснащен настроечными резисторами. Для наглядности результат своих хлопот записал на видеоролик.

Китайский ампервольтметр схема подключения

При токе 10 ампер она уже горячая. Поэтому предлагаю рассмотреть схему подключения классического стрелочного вольтметра и амперметра. Вращая их, можно переделать нулевые значения. Схема YB27VA Прибор конечно же имеет свои погрешности измерения, для подстройки показаний тока и напряжения к близким к реальности на плате установлены два подстроечных резистора, соответственно один для тока и другой для напряжения.

В других случаях табло покажет только падение напряжения. Также желательно, чтобы у прибора присутствовал шунт, для доработки процесса подключения. Чтобы у вас не было дополнительных расходов, перед покупкой амперметра всегда уточняйте у продавца наличие шунта внутри прибора. Если пересчитать делитель, то «показиметр» можно использовать не только как вольтметр — например, можно сделать индикацию тока, температуры и т. Оснащен настроечными резисторами.

В последнее время меня буквально заваливают вопросами, как подключить, куда подключить. У меня вышло мкВ на входе ОУ. Как подключить прибор WR При конструировании зарядных устройств для аккумуляторных батарей, и различных блоков питания, многие радиолюбители используют готовые вольтметры-амперметры китайского производства, которые без особого труда можно купить в интернете, например, на сайте Алиэкспресс. Как подключить вольтметр амперметр

Поделиться в соцсетях

На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра и амперметра с отдельным токоизмерительным шунтом к блоку питания.

Параметры не ниже выходных БП: Uвх — Никакого спама, только полезные идеи!

Питание прибора должно находиться в рамках 4, В. Это и послужило поводом для написания данной статьи, ведь, скорее всего, мы не одни, которые столкнулись с вопросами подключения WR к цепям измерения.

Нижний начинается не от 0, и даже верхний предел вызывает сомнения, в даташите на HT Holtek он ограничен 24V, оригинального даташита не нашел. Также в Интернете встречаются иные модификации этого модуля, но суть переделок от этого не меняется — если Вам попался не такой модуль, просто скорректируйте схему по плате, выпаяв индикатор или прозвонив цепи тестером и вперед! С2 — предположительно 0. Первые три шнура чаще всего объединены для удобства.

Метки: вольтметр, амперметр

На этом рисунке изображена схема подключения вольтметра амперметра первой модели к зарядному устройству из компьютерного блока питания. Поэтому я решил написать специально отдельную статью, в которой подробно расскажу, как и каким образом подключить китайский вольтметр амперметр к зарядному устройству или самодельному регулируемому блоку питания. Таким же образом нужно соединить тонкий красный и желтый контакты. Потребление энергии менее 20 мА.

Подав питание на схему, индикатор начнет светиться. Большинство моделей имеют на своем корпусе специальные резисторы. Не сразу и не вовремя выяснилось, что вход питания у него гальванически связан с минусовым входом шунта. Толстые провода: Черный минус амперметра, синий выход амперметра, красный вход вольтметра. Вывод — вполне сносный измерительный прибор, позволит примерно понять проходящий ток и измерить напряжение, но только до 24 вольт.

Как подключить вольтамперметр к зарядному устройству — подборка схем

Разрешение 0,28 дюйма. Также BY42A можно встретить в двух вариантах исполнения платы, но цветовая маркировка проводов остается прежней. На AliExpress предлагается похожий измеритель на стм8с, но если посмотреть распиновку, это не он. Минус внешнего источника подать на общий провод схемы. Данный вольтметр, амперметр удобен еще и тем, что он реализуется в уже откалиброванном состоянии.

Это вносит ощутимую погрешность при питании индикатора от того-же источника, с которого измеряется ток погрешность вплоть до ампера с моим шунтом на 50А! Дело в том, что если подключить вольтметр амперметр к регулируемому выходу блока питания, то при понижении напряжения менее 4. Достаточно будет подключить зарядное, где установлен вольтамперметр к батареи, и мы увидим какое сейчас на ней напряжение. Здесь весьма часто протягивает руку помощи Алиэкспресс, оперативно поставляя китайские цифровые измерительные приборы. Вольтметр 100V + амперметр 50А подключаем шунт digital voltmeter ammeter

BY42A схема подключения

Достаточно будет подключить зарядное, где установлен вольтамперметр к батареи, и мы увидим какое сейчас на ней напряжение. Также, помимо стандартной схемы, мы будем описывать, как подключить вольтамперметр к зарядному устройству Как подключить вольтамперметр к зарядному устройству — подборка схем Мы выбрали 4 самых распространенных вольтамперметров, которые используют умельцы в своих устройствах.

К блоку питания Блоки питания, выполняют важную роль, выравнивают показания сети до нужного состояния.

Естественно появилось желание более интенсивно задействовать его в своих радиолюбительских нуждах. Схема подключения вольтметра амперметра и вентилятора к зарядному устройству из компьютерного блока питания Скачать схему подключения вольтметра амперметра и вентилятора к зарядному устройству С зарядным устройством из компьютерного блока питания все понятно. Предохранитель обязателен.

Описание переделок блока питания и фотографии опубликую позже. Без него прибор просто сгорит. Однако не каждое устройство приносит положительные эмоции от использования. Если прибор рассчитан на 10А, значит и шунт должен быть на 10А.

По поводу шунта. В частности: цифровой ампервольтметр — прибор очень простой, доступный по цене и отображает вполне точные информационные данные. Также BY42A можно встретить в двух вариантах исполнения платы, но цветовая маркировка проводов остается прежней.

Электронная нагрузка на микросхеме LM358 и транзисторах КТ818

Зачастую с проблемой поиска нужной нагрузки сталкиваются те радиолюбители, которые изучают силовую электронику. Проверяя выходные характеристики того или иного блока питания, будь он самодельный или промышленный, необходима нагрузка с возможностью регулировки. Самым простым решением этой проблемы является использование учебных реостатов, ламп, мощных керамических резисторов, автомобильных ламп и нихромового нагревательного элемента. В этих случаях регулировка тока значительно ограничена (в случае с реостатом) или же вовсе невозможна.

В электронной нагрузке вся мощность выделяется на силовых элементах – транзисторах. Такой вариант можно сделать на любую мощность, и они гораздо универсальнее, чем обычный реостат. Профессиональные лабораторные электронные нагрузки стоят кучу денег.

Теперь давайте разберем схему, составные элементы которой я взял здесь и адаптировал под имеющиеся у меня детали.

Цепь защиты составлена из плавкого предохранителя FU1 и диода VD1. Нагрузка выполнена на четырех транзисторах КТ818. У них приемлемые характеристики по току и рассеиваемой мощности, а также они сравнительно дешевые и широко распространены. Управление VT5 на транзисторе КТ815, а стабилизация на операционном усилителе LM358. Амперметр, показывающий ток, проходящий через нагрузку, я установил отдельно. Поскольку если амперметром заменить резисторы R3 и R4, то будет теряться часть тока, который потечет через VT5 и показания будут занижены. А судя по тому, как нагреваются КТ815, ток через них протекает приличный. Я даже подумываю, что между эмиттером VT5 и землей надобно поставить еще одно сопротивление на 50…200 Ом.

Отдельно надо рассказать о цепи R10…R13. Так как регулировка происходит не линейно, необходимо брать одно переменное сопротивление в 200…220 кОм с логарифмической шкалой, либо ставить два переменных резистора, которые обеспечивают плавное регулирование во всем диапазоне. При чем R10 (200кОм) регулирует ток от 0 до 2.5А, а R11 (10 кОм) при выкрученном в ноль R10 регулирует ток от 2.5 до 8 А. Верхний предел тока устанавливается резистором R13. При настройке будьте осторожны, если напряжение питания случайно попадет на третью ногу операционного усилителя, КТ815 открывается полностью, что с большой вероятностью приведет к выходу из строя всех силовых транзисторов.

Казалось бы, при таких мощных транзисторах, которые выдерживают до 80 вольт и 10 А, суммарная мощность должна быть не менее 3 кВт. Но, так как мы делаем «кипятильник» и вся мощность источника уходит в тепло, то ограничение накладывается показателем рассеиваемой мощности транзисторов. По даташиту она всего лишь 60 Вт на один транзистор, а с учетом того, что теплопроводность между транзистором и радиатором не идеальна, то фактическая рассеиваемая мощность и того меньше. И поэтому чтобы хоть как-то улучшить теплоотвод я прикрутил транзисторы VT1…VT4 непосредственно к радиатору без прокладок на теплопроводную пасту. При этом мне пришлось сделать специальные накладки на радиатор, чтобы он не замыкал на корпус.

К сожалению, у меня не было возможности протестировать работу устройства во всем диапазоне напряжений. Но при 22V 5A нагрузка работает стабильно и не перегреваясь. Однако, как говорится, в бочке меда есть и ложка дегтя. Из-за недостаточной площади имевшегося у меня радиатора, при нагрузке более 130 ватт, через какое-то время (3…5 минут) транзисторы начинают перегреваться. Поэтому если будете собирать подобную схему, берите радиатор как можно большей площади и обеспечите ему надежное принудительное охлаждение в виде вентилятора.

Стоит особо подчеркнуть, что обязательно при наладке ставьте резистор R13 не менее 10 кОм. Потом по мере понимания, какой ток вам нужен, уменьшайте это сопротивление. 

Построение амперметра операционного усилителя на доске

Как контролировать ток с помощью операционного усилителя, BJT и трех резисторов

Эта статья, часть коллекции аналоговых схем AAC, объясняет функциональность умной схемы, которая точно измеряет ток питания.

Прежде всего, я должен признать, что название немного вводит в заблуждение. Схема, представленная в этой статье, действительно требует только операционного усилителя, транзистора и трех резисторов. Однако это не автономный монитор тока в том смысле, что он измеряет ток , а инициирует действия на основе измерений. Так что, возможно, «измеритель тока» будет более точным, чем «текущий монитор», но даже «измеритель тока» не совсем его улавливает, потому что схема не записывает текущие значения и не преобразует их в визуальную индикацию.

В конце концов, я полагаю, что схема представляет собой не что иное, как «преобразователь тока в напряжение», но имейте в виду, что она преобразует ток в напряжение способом, совместимым с приложениями для контроля тока питания. Так что, возможно, нам следует называть его «преобразователем тока в напряжение для приложений мониторинга подачи тока питания» (сокращенно CTVCFPSCDMA). Идеально.

Почему?

Существуют различные ситуации, в которых вы можете захотеть измерить ток, потребляемый вашей конструкцией.Возможно, вы хотите динамически настраивать функциональность одной подсистемы в зависимости от текущего потребления другой подсистемы. Может быть, вы пытаетесь оценить срок службы батареи или установить минимально возможную ИС регулятора, которая может обеспечить соответствующий выходной ток. Вы даже можете использовать записанные измерения потребления тока в качестве минимально инвазивного способа отслеживания переходов микроконтроллера между состояниями более высокого и низкого энергопотребления.

Как?

Как уже говорилось в первых абзацах, эта схема преобразует ток в напряжение.Это может удовлетворить ваши требования к мониторингу тока, если все, что вам нужно сделать, это вручную наблюдать за режимом потребления тока с помощью мультиметра или осциллографа. Я полагаю, вы могли бы даже записывать и анализировать свои измерения потребления тока с помощью устройства сбора данных и некоторого соответствующего программного обеспечения.

Если вам нужна схема, которая более автономна по способности записывать и / или реагировать на поведение потребления тока, вы, вероятно, захотите оцифровать измерения с помощью микроконтроллера.Если требуются только базовые функции и у вас нет другой потребности в процессоре, вы можете использовать компаратор или аналоговый оконный детектор.

Схема

CTVC …, представленный в этой статье, основан на схеме, указанной в примечании к применению, озаглавленном «Коллекция схем операционных усилителей», опубликованном (еще в 2002 году) компанией National Semiconductor. Моя версия выглядит так:

А вот моя реализация LTspice:

На первый взгляд это может показаться немного запутанным, но на самом деле операция довольно проста.Давай прогуляемся:

• Ток течет от источника питания через R1 к нагрузке. R1 действует как типичный резистор датчика тока и, как и другие резисторы датчика тока, имеет очень низкое сопротивление, чтобы уменьшить рассеиваемую мощность и минимизировать ее влияние на измерения и на цепь нагрузки.
• Напряжение, приложенное к неинвертирующей входной клемме операционного усилителя, равно минусу напряжения питания (ток питания × R1).
• Не позволяйте транзистору PNP отвлекать вас от того факта, что операционный усилитель действительно имеет петлю отрицательной обратной связи.Наличие отрицательной обратной связи означает, что мы можем применить виртуальное короткое приближение, то есть мы можем предположить, что напряжение на инвертирующем входном выводе равно минусу напряжения питания (ток питания × R1).
• Поскольку верхняя клемма как R1, так и R2 связана с напряжением питания, предположение виртуального короткого замыкания говорит нам, что на обоих этих резисторах появляется одинаковое напряжение, и, следовательно, ток через R2 равен току через R1, деленному на отношение R2 к R1.В схеме LTspice, показанной выше, R2 в 1000 раз больше, чем R1, а это означает, что ток через R2 будет в 1000 раз меньше, чем ток через R1.
• Базовый ток BJT очень мал, поэтому мы можем сказать, что ток через R3 более или менее равен току через R2. Таким образом, мы используем R3 для создания напряжения, которое прямо пропорционально току через R2, который, в свою очередь, прямо пропорционален току через R1.

Вот диаграмма, которая поможет прояснить и укрепить это объяснение:

Как видите, окончательное уравнение для V _OUT —

$$ V_ {OUT} = \ frac {I_ {LOAD}} {R2 / R1} \ times R3 = \ frac {R1 \ cdot R3} {R2} \ times I_ {LOAD} $$

Что именно делает PNP…?

Вы можете рассматривать транзистор двумя способами: как регулируемый клапан, который позволяет операционному усилителю увеличивать или уменьшать ток, протекающий через R2 и R3, или как устройство переменного падения напряжения, которое операционный усилитель может использовать для установления правильное напряжение на узле V _OUT . В обоих случаях конечный результат один и тот же: транзистор — это средство, с помощью которого операционный усилитель может заставить напряжение на инвертирующей входной клемме равняться напряжению на неинвертирующей входной клемме.

Транзистор действительно самая интересная часть этой схемы. Мы часто используем BJT во включенных или выключенных приложениях, и важно понимать, что ситуация в этой схеме совершенно иная. Операционный усилитель (конечно, с помощью отрицательной обратной связи) на самом деле выполняет небольшие и точные корректировки напряжения эмиттер-база PNP (V _EB ). На следующем графике показано напряжение V _EB для диапазона токов нагрузки (соответствующих сопротивлению нагрузки от 50 Ом до 300 Ом).

Обратите внимание, что все эти напряжения близки к типичному порогу включения (~ 0,6 В) для кремниевого pn перехода. Это говорит вам о том, что операционный усилитель очень тщательно согласовывает пороговую область BJT, чтобы произвести требуемые — и относительно большие — изменения в падении напряжения между эмиттером и коллектором.Весь диапазон значений V _EB составляет всего ~ 50 мВ, и сравните это изменение ~ 50 мВ с изменением ~ 4 В напряжения эмиттер-коллектор:

Производительность

Реальные реализации этой схемы, конечно, будут иметь источники ошибок, которые вызывают отклонение зависимости тока нагрузки от выходного напряжения от идеальной формулы, приведенной выше. Даже схема LTspice не совсем идеальна из-за реалистичного поведения, заложенного в модель BJT (и, возможно, модель операционного усилителя также).Однако, если у вас есть высокоточные резисторы и хороший операционный усилитель, я думаю, что эта схема может быть довольно точной. На следующем графике показана смоделированная ошибка в том же диапазоне нагрузочного сопротивления (имейте в виду, что «V_collector» совпадает с V _OUT ).

Две трассы почти полностью перекрываются, что свидетельствует о хорошей точности. Обратите внимание на то, что оранжевая кривая заметно ниже синей кривой при наименьшем значении сопротивления; это происходит из-за того, что сопротивление нагрузки 50 Ом соответствует выходному напряжению 5 В, но V _OUT не может быть точно 5 В, потому что на R2 и на переход эмиттер-коллектор должно падать хотя бы небольшое напряжение.

Заключение

Мы рассмотрели интересную и эффективную схему, которая точно преобразует ток питания в напряжение, которое можно измерить, оцифровать или использовать в качестве входа для компаратора. Если вы хотите продолжить изучение этой удобной схемы, не стесняйтесь сэкономить немного работы, загрузив мою схему LTspice (просто нажмите оранжевую кнопку).

Op-amp_current_monitor.zip

ECE 392 Лаборатория 4: Основные сведения об операционных усилителях

ЦЕЛИ

Знакомство с операционными усилителями (ОУ) и основными схемами ОУ: инвертирующие, неинвертирующие и суммирующие усилители.Входное и выходное сопротивление схем операционного усилителя.

ВВЕДЕНИЕ

Операционные усилители (так называемые операционные усилители) — аналоговые устройства, выполненные в виде интегральных схем. содержащий десятки транзисторов с хорошо подобранными элементами, предназначенными для достижения желаемые параметры производительности. Они поставляются в разных упаковках, часто в нескольких единицах и по цене от долей доллара до десятков долларов на специальные прецизионные усилители.Они просты в использовании и очень пригодится во многих приложениях. Если вам нужно обрабатывать аналоговые сигналы, вы скорее всего, используют операционные усилители, а не дискретные транзисторы.

Аналоговые схемы операционных усилителей всегда работают с отрицательной обратной связью, обеспечиваемой соединение между выходом и отрицательным входом. Выходное напряжение сохраняется ниже насыщения, то есть на пару вольт ниже положительного напряжения питания и на пару вольт выше отрицательного (или нулевого) напряжения источника питания.Первый Порядок анализа схем операционного усилителя можно выполнить с помощью двух простых правил : (1) напряжение между отрицательным и положительным входами равно нулю и (2) входы не потребляют ток.

PRELAB

Нарисуйте принципиальные схемы инвертирующего, неинвертирующего и суммирующего операций. усилители. Выразите взаимосвязь между выходом и входом как функции значений резисторов, используемых в схемах. Каковы входные сопротивления этих цепей?

ССЫЛКИ:

С.Франко «Дизайн с операционными усилителями и аналоговыми интегральными схемами «, McGraw-Hill 1988. Глава 1.

ЛАБОРАТОРИЯ

Необходимое оборудование со склада: зонд осциллографа, коробка замены сопротивления, ведет.

1. ИНВЕРТИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ

1. Использование операционного усилителя в проводе комплекта запчастей инвертирующий усилитель.

   Подайте на операционный усилитель ± 15 В от источника питания на вашем стенде (не забудьте подключить «массу» блока питания к цепи доска).Выберите в схеме два набора резисторов, чтобы получить два разных получить значения от пяти до ста. Измерьте резисторы цифровым омметр. Измерьте усиление по постоянному и переменному току (около 1 кГц) и сравните их с значения, рассчитанные на основе известных резисторов в цепи. Не садитесь за руль выход операционного усилителя до насыщения.

2. Определить входное сопротивление (сопротивление) двух усилителей.

   Измерьте напряжение на двух концах входного резистора.Падение напряжения на резистор показывает ток, протекающий в цепи через ее внутренние сопротивление.

3. Оценить выходное сопротивление двух усилители

   Загрузите выход с известным резистором и измерьте вносимое им изменение. в выходном напряжении. Поскольку вы ожидаете, что операционный усилитель имеет низкое выходное сопротивление, используйте низкое сопротивление для вашей нагрузки (например, 100 Ом). Помните, однако, что схема не предназначена для потребления большого тока.Держите это ниже 10 мА путем ограничения выходного напряжения в этих измерениях. Ты не можешь быть возможность точно измерить малое значение выходного импеданса, но хотя бы попытаться оценить его по порядку.

2. УСИЛИТЕЛЬ НЕИНВЕРТИРУЮЩИЙ

Соберите неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления ниже 100. Проверьте, соответствует ли коэффициент усиления. с номиналами резисторов в цепи. Оцените его выходное сопротивление, как в 1с.

Какой входной импеданс, по вашему мнению, может иметь эта схема? Попробуйте измерить входной импеданс (как в 1b), прикрепив большой (1 M) ряд. резистор на входе. Какие выводы?

Затем снимите резисторы и подключите выход операционного усилителя к его отрицательной клемме. ввод с проводом. Измерьте усиление. Как называется это схема и чем она хороша?

3.СУММИРУЮЩИЙ УСИЛИТЕЛЬ

Создайте двухвходовой суммирующий усилитель с равным усилением на обоих входах. Первый проверьте его с помощью сигнала от генератора сигналов на одном входе и постоянного тока. Напряжение от блока питания с другой. Затем используйте две синусоиды; по одному на каждом входе, и наблюдаем интересные эффекты добавления двух волн. (Проверьте второй генератор со склада.)

Рассмотреть тригонометрическую идентичность:

Вышеприведенное уравнение говорит о том, что добавление двух синусоид одинаковой амплитуды и частоты дает синусоидальную волну той же частоты и двойная амплитуда.Это кажется очевидным, но попробуйте доказать это экспериментально. Действительно интересные вещи происходят, когда две волны почти, но не совсем та же частота. Вы должны иметь возможность наблюдать низкочастотную модуляцию волны с большей частотой, равной средней частоте входные волны. Это явление интерференции также важно в аналоговом и цифровом конверсия. Когда частота дискретизации недостаточно высока (слишком близка к частота дискретизированного сигнала), частоты, которые не присутствовали в исходный аналоговый сигнал появляется в оцифрованном сигнале (так называемое наложение).

Чтобы наблюдать интерференцию двух синусоид, убедитесь, что каждый генератор дает такую ​​же амплитуду на выходе усилителя. Если прибыль от два входа не совпадают, вы можете компенсировать их, регулируя амплитуды на генераторы. Установите частоты обоих генераторов примерно на одинаковые ценить. Настройте один из генераторов, наблюдая за прицелом. Запишите и объясните свои наблюдения. Эксперимент проще на низкой частоте, 1 кГц или даже 100 Гц или ниже.

4. ПРИМЕР OP-AMP ЦЕПИ: ТОКА НА ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ

Используя правила проектирования схем операционного усилителя, приведенные в Введение в эти эксперименты легко увидеть, что напряжение на выход схемы ниже равен входному току, умноженному на сопротивление R. Отрицательный вход находится на земле (тот же потенциал, что и положительный вход — правило 1), а току I некуда идти (правило 2), кроме как через R.К подбирая номинал резистора, можно получить желаемое преобразование тока в напряжение, показанное измерителем.

Схема может использоваться как «идеальный амперметр», т.е. амперметр. без внутреннего сопротивления, если необходимо измерить токи, протекающие на землю. Это потому, что клеммы амперметра всегда будут заземлены, независимо от того, какой ток (в пределах спецификации операционного усилителя).Вольтметр не обязательно должен быть идеальным; даже если он имеет довольно низкое сопротивление (а не бесконечное сопротивление для идеальный) низкий выходной импеданс операционного усилителя не вызовет большого напряжения уронить. В приведенном выше примере ко входу подключен фототранзистор. Вместо базового тока фотоны света управляют током коллектора. этого транзистора BJT, который ведет себя как источник тока, с зависимым от тока от интенсивности света.Таким образом, схема представляет собой чувствительный люксметр, который можно использовать, например, в фотографии с низким уровнем освещенности.

Собрать и проверить работоспособность цепи экспонометра. Если вы используете фототранзистор, резистор R должен быть порядка 100 кОм, больше, если вы используете фотодиод. Вы можете заменить датчик света на другой ток генерирующее устройство, если вы хотите поэкспериментировать.

ОТЧЕТ

Включите всю схему и результаты.Сравните измеренный и рассчитанный усилитель прибыль. Опишите и прокомментируйте ваш тест одной из схем в последнем разделе.

ADA4530-1 Операционный усилитель электрометра: измерение токов фемптоампов

Некоторые файлы cookie необходимы для безопасного входа в систему, но другие необязательны для функциональной деятельности. Сбор наших данных используется для улучшения наших продуктов и услуг. Мы рекомендуем вам принять наши файлы cookie, чтобы обеспечить максимальную производительность и функциональность нашего сайта.Для получения дополнительной информации вы можете просмотреть сведения о файлах cookie. Узнайте больше о нашей политике конфиденциальности.