Измерение тока с помощью дифференциального усилителя

Схема цепи измерения тока

Здравствуйте, я должен использовать эту схему как часть школьного проекта, поэтому я ограничен этой конструкцией и этими компонентами. Регулятор напряжения работает как положено, а дифференциальный усилитель - нет. Здесь он усиливает в 10 раз падение напряжения на шунтирующем резисторе R8, которое составляет ~28 мВ. Однако у меня есть две проблемы с этой схемой.

  1. Выход LM324N при моделировании составляет 303 мВ, но не должен ли он быть 280 мВ, поскольку усиление установлено на 10 резисторами 100 и 10 кОм?
  2. Когда я физически воспроизвел схему, выходное напряжение LM324N составляет 562 мВ со всеми теми же параметрами, что и при моделировании, но напряжение на шунте составляет 27,2 мВ.

Как я могу решить обе проблемы? Я думаю, что это может быть как-то связано с CMRR и входным напряжением смещения, которое, согласно техническому описанию, обычно составляет 2 мВ. Я также новичок во всем этом, и я не совсем понимаю CMRR

Какие допусковые резисторы вы используете? Это не будет 10%, не так ли?
@WhatRoughBeast Допуск резистора составляет 5%

Ответы (1)

Да, ваша проблема с физической схемой - это CMRR - коэффициент подавления синфазного сигнала. CMRR самого операционного усилителя довольно хорош, но вы использовали резисторы с очень низким допуском (5%), и это дало вашей схеме очень плохое подавление синфазного сигнала.

Чтобы проиллюстрировать происходящее, откройте симуляцию LTspice и замените один из резисторов 10 кОм на 10,5 кОм (т. е. погрешность 5 %). Вы увидите изменение выходного сигнала примерно на 500 мВ.

Причина этого в том, что усиление ваших положительных и отрицательных входов различно. То, что вы хотите измерить, это G * (V2-V1). На самом деле у вас есть (G2*V2-G1*V1). Когда коэффициенты усиления не совпадают (поскольку ваши резисторы не согласованы), у вас есть член, который точно не отменяет и пропорционален напряжению на входных клеммах, а не только разнице напряжений. Это называется общим режимом.

Обычно используются высокоточные резисторы (0,01% или даже лучше) при создании дифференциальных усилителей с высоким подавлением синфазного сигнала. Часто люди используют ИС инструментальных усилителей, которые имеют резисторы с лазерной подгонкой на кристалле.

Что вы можете сделать, чтобы исправить это с тем, что у вас есть? Самый простой способ — переместить токовый шунтирующий резистор на «низкую» сторону нагрузки (т. е. между RL и землей). Это уменьшит синфазный сигнал и, следовательно, влияние плохого CMRR.

Вы должны использовать самые точные резисторы, которые только сможете найти. 1% распространены и дешевы, но если у вас их нет, вы можете просто взять несколько резисторов 5% и омметр и найти подходящие пары. Выбор таких деталей не так хорош, как настоящие прецизионные резисторы, поскольку детали с низкими характеристиками обычно имеют худший дрейф и температурный коэффициент, но это все же помогает.

Спасибо ! Я реализовал ваше второе решение (переключение шунта на нижнюю сторону), и теперь у меня есть выход 200 мВ. Я думаю, я попробую получить эти прецизионные резисторы и посмотреть, что произойдет. Кроме того, я использовал не LTSpice, а Multisim 13.0, я заменил один резистор на 10,5 кОм, и выходное напряжение при моделировании увеличилось до 768 мВ.
В дополнение к инструментальному усилителю можно также использовать усилитель измерения тока. Оба используют подрезанные резисторы для точности. Входной усилитель более универсален и работает нормально, но для этого приложения предназначен усилитель с измерением тока.
Измерение тока с помощью дифференциального усилителя
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v