電流經(jīng)過(guò)電阻會(huì)產(chǎn)生電壓??梢园炎柚递^小的電阻,串聯(lián)在被測(cè)電路中,把電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)進(jìn)行測(cè)量。這個(gè)電阻被稱為采樣電阻(也稱分流電阻、感應(yīng)電阻)。
采樣電阻通常阻值低,一般不超過(guò)1Ω;精密度高,一般在在±1%以內(nèi),更高要求的用途時(shí)會(huì)采用0.01%精度的電阻。由于阻值太小,所以采樣電阻上的電壓也比較小,一般要接放大電路,將電壓放大后再測(cè)量。
雖然采樣電阻阻值很小,但是與負(fù)載串聯(lián)之后,還是會(huì)對(duì)負(fù)載造成一些影響。如果采樣電阻串聯(lián)在負(fù)載與電源地之間,可能會(huì)引起負(fù)載沒(méi)有良好的接地,如果負(fù)載是含有高速處理器和模擬電路的精密電路時(shí),很可能無(wú)法正常工作。所以,常常使用把采樣電阻接在負(fù)載與電源正極之間。下圖前者稱為高邊電流檢測(cè),后者稱為低邊電流檢測(cè)。
高邊電流檢測(cè)保證了負(fù)載具有穩(wěn)定的GND,雖然負(fù)載感受到的電壓有一點(diǎn)下降,但是一般不會(huì)影響正常工作。不過(guò),需要測(cè)量電路能承受較高的共模電壓,并且有較大的差模電壓增益,即擁有較高的共模抑制比。低邊電流檢測(cè)不挑運(yùn)放芯片,相對(duì)來(lái)說(shuō)成本較便宜。
由于采樣電阻的阻值太小了,焊料的電阻已經(jīng)不能忽略。然而焊料的電阻值無(wú)法確定:可能這個(gè)焊盤(pán)的焊料多一些,電阻就小一些,且焊料電阻隨溫度變化較大,會(huì)影響測(cè)量結(jié)果。
焊料對(duì)于測(cè)量電壓帶來(lái)的影響:U=I(R1+R2+Rs)
可以采用開(kāi)爾文連接法來(lái)提高測(cè)量精度。這種接法需要從一個(gè)電阻上引出四個(gè)點(diǎn),兩個(gè)點(diǎn)用于正常工作,兩個(gè)點(diǎn)用于測(cè)量。測(cè)量的儀器要求輸入阻抗很高,因?yàn)閲?yán)格來(lái)說(shuō),測(cè)量?jī)x器的線材或是線路上還是會(huì)有電阻的,如果阻抗高,那么電流非常小,這部分“路上”的阻抗(如下圖R1與R2)就可以忽略不計(jì)。這種接法又稱為開(kāi)爾文四線檢測(cè)。
有一種專門(mén)用于開(kāi)爾文接法的電阻,叫做四觸點(diǎn)分流電阻,電流的“主干道”與測(cè)試使用不同的觸點(diǎn)。在PCB設(shè)計(jì)的時(shí)候,稍作優(yōu)化可以做到類似的效果。如下圖這種接法,使用普通的二腳采樣電阻,也能一定程度上提高精度。
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電阻的四線制接法(開(kāi)爾文四線檢測(cè))
電流采樣電阻設(shè)計(jì)及原理詳解

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