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小小的取樣電阻,確實(shí)有點(diǎn)門道!

發(fā)布時(shí)間:2020-02-10 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】根據(jù)歐姆定律,當(dāng)被測(cè)電流流過(guò)電阻時(shí),電阻兩端的電壓與電流成正比.當(dāng)1W的電阻通過(guò)的電流為幾百毫安時(shí),這種設(shè)計(jì)是沒(méi)有問(wèn)題的.然而如果電流達(dá)到10-20A,情況就完全不同,因?yàn)樵陔娮枭蠐p耗的功率(P=I2xR)就不容忽視了。
   
取樣電阻的工作原理
 
一,電流檢測(cè)電阻的基本原理:
 
根據(jù)歐姆定律,當(dāng)被測(cè)電流流過(guò)電阻時(shí),電阻兩端的電壓與電流成正比.當(dāng)1W的電阻通過(guò)的電流為幾百毫安時(shí),這種設(shè)計(jì)是沒(méi)有問(wèn)題的.然而如果電流達(dá)到10-20A,情況就完全不同,因?yàn)樵陔娮枭蠐p耗的功率(P=I2xR)就不容忽視了。我們可以通過(guò)降低電阻阻值來(lái)降低功率損耗,但電阻兩端的電壓也會(huì)相應(yīng)降低,所以基于取樣分辨率的考慮,電阻的阻值也不允許太低。
 
 小小的取樣電阻,確實(shí)有點(diǎn)門道!
 

二,長(zhǎng)期穩(wěn)定性
 
對(duì)于任何傳感器來(lái)說(shuō),長(zhǎng)期穩(wěn)定性都非常重要.甚至在使用了一些年后,人們都希望還能維持早期的精度.這就意味著電阻材料在壽命周期內(nèi)一定要抗腐蝕,并且合金成分不能改變.要使測(cè)量元件滿足這些要求,可以使用同質(zhì)復(fù)合晶體組成的合金,通過(guò)退火和穩(wěn)定處理的生產(chǎn)制程,以達(dá)到基本熱力學(xué)狀態(tài).這樣的合金的穩(wěn)定性可以達(dá)到ppm/年的數(shù)量級(jí),使其能用于標(biāo)準(zhǔn)電阻.
 
表面貼裝電阻 在140℃下老化1000小時(shí)后阻值只有大約-0.2%的輕微漂移,這是由于生產(chǎn)過(guò)程中輕微變形而導(dǎo)致的晶格缺損造成的.阻值漂移很大程度上由高溫決定,因此在較低的溫度下比如+100℃,這種漂移實(shí)際是檢測(cè)不出來(lái)的.
 
小小的取樣電阻,確實(shí)有點(diǎn)門道!
 
三,端子連接
 
在低阻值電阻中,端子的阻值和溫度系數(shù)的影響往往是不能忽略的,實(shí)際設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮這些因素,可以使用附加的取樣端子直接測(cè)量金屬材料兩端的電壓.
 
由電子束焊接的銅-錳鎳銅電阻實(shí)際上具有這樣低的端子阻值,通過(guò)合理的布線可以作為兩端子電阻使用而接近四端子連接的性能.但是在設(shè)計(jì)時(shí)一定要注意取樣電壓的信號(hào)連線不能直接連接取樣電阻的電流通道上,如果可能的話,最好能夠從取樣電阻下面連接到電流端子并設(shè)計(jì)成微帶線.
 
四,低阻值
 
四引線設(shè)計(jì)推薦用于大電流和低阻值應(yīng)用.通常的做法使用錳鎳銅合金帶直接沖壓成電阻器,但這不是最好的辦法.盡管四引線電阻有利于改進(jìn)溫度特性和熱電壓,但總阻值有時(shí)高出實(shí)際阻值2到3倍,這會(huì)導(dǎo)致難以接受的功率損耗和溫升.此外,電阻材料很難通過(guò)螺絲或焊接與銅連接,也會(huì)增加接觸電阻以及造成更大的損耗.
 
小小的取樣電阻,確實(shí)有點(diǎn)門道!
 
康銅絲電阻 
說(shuō)到電流/電壓的采樣電路,就像上圖中萬(wàn)用表中所使用的那樣,那么,什么是康銅絲電阻呢?
 
簡(jiǎn)單地說(shuō),康銅絲電阻是選用高精密合金絲并經(jīng)過(guò)特殊工藝處理,其阻值低,精度高,溫度系數(shù)低,具有無(wú)電感,高過(guò)載能力。
 
正是因?yàn)榭点~絲具備以上這些優(yōu)良的電氣特性,所以它被廣泛用于通訊系統(tǒng),電子整機(jī),自動(dòng)化控制的電源等回路作限流,均流或取樣檢測(cè)電路連接等。
 
小小的取樣電阻,確實(shí)有點(diǎn)門道!
 
康銅絲具有較低的電阻溫度系數(shù),較寬的使用溫度范圍(500℃以下),加工性能良好,具有良好的焊接性能(這很重要?。?。
 
此外還有一種新康銅電阻合金,為銅鐵基同合金,它具有與康銅一樣的電阻率,基本相近似的電阻溫度系數(shù),和相同的使用溫度。
 
 錳銅絲電阻 
錳銅絲電阻和康銅絲電阻一樣,同樣是選用精密合金絲經(jīng)過(guò)特殊工藝處理,使其阻值低,精度高,溫度系數(shù)低,穩(wěn)定性好;具有無(wú)電感,高過(guò)載能力。
 
錳銅絲電阻同樣被廣泛用于通訊系統(tǒng),電子整機(jī),自動(dòng)化控制的電源等回路作限流,均流或取樣檢測(cè)電路連接等。
 
看過(guò)描述我們發(fā)現(xiàn),貌似錳銅絲和康銅絲其實(shí)差不多,二者的電阻率也相差不多。
 
采樣電阻誰(shuí)更好? 
兩種電阻的性能用途無(wú)本質(zhì)區(qū)別,但如果作為取樣電阻更趨向于錳銅絲電阻,它的穩(wěn)定性較好。
 
康銅絲電阻阻值從0.1毫歐至100毫歐之間,功率從1瓦至30瓦,產(chǎn)品精度最高可達(dá)0.5%。
 
錳銅絲電阻阻值從2毫歐至1歐之間,功率從1瓦至10瓦可選,精度為1%和5%。
 
小小的取樣電阻,確實(shí)有點(diǎn)門道!
 
從這張表中我們得出結(jié)論:康銅的電阻溫度系數(shù)卻是錳銅的4倍以上;康銅對(duì)銅的熱電勢(shì)比錳銅的參數(shù)大20-40倍以上;另外由于康銅的鎳含量較高,所以在錫焊時(shí),采用普通助焊劑的情況下,康銅不如錳銅易于焊接。
 
總體而言,二者均可用做制造精密電阻的材料,但各有優(yōu)勢(shì):錳銅的精密級(jí)別更高;康銅還可用于一定精度的大功率電阻的制造。
 
 簡(jiǎn)單采樣電路的實(shí)現(xiàn) 
簡(jiǎn)約而不簡(jiǎn)單的三個(gè)公式:R=U/I;既然是采樣電路,那么無(wú)非分為兩種實(shí)際的應(yīng)用,一種是電流采樣,另一種則是電壓采樣,有時(shí)這僅僅是兩種不同的叫法而已,實(shí)現(xiàn)方式則大同小異,只是特定的應(yīng)用中,需要得到的量不同罷了。即使這樣,根據(jù)不同的電路參數(shù)和需求,相應(yīng)的采樣電路也可能是大不相同,所以,我們?cè)谶@里只說(shuō)采樣電阻的應(yīng)用思路,不再講那些“枯燥”的電路原理。
 
對(duì)于普通愛(ài)好者來(lái)說(shuō),可能用到最多的,應(yīng)該是小電流或者小電壓的采樣,對(duì)于這種電路而言,通俗地說(shuō),要想使用采樣電阻實(shí)現(xiàn)電流或者電壓的采樣,常用的另外一種重要器件便是帶有A/D轉(zhuǎn)換功能的芯片,必要時(shí)還需要先將被采樣電流或者電壓進(jìn)行放大,這里就用到了運(yùn)放等功能芯片。
 
如下圖:
 
小小的取樣電阻,確實(shí)有點(diǎn)門道!
 
是的,基本原理就是這樣的,通過(guò)將采樣電阻串接到電路中,由于采樣電阻的阻值非常小,所以基本上不會(huì)對(duì)原有電路造成影響,因?yàn)榱鬟^(guò)的電流會(huì)在采樣電阻上形成相應(yīng)的電壓,那么,只要把電路中的電流轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào),然后用ADC量化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào),我們就可以成功得到這個(gè)量值,從而實(shí)現(xiàn)采樣過(guò)程。
 
 AD的差分與單端輸入 
當(dāng)輸入電壓變化較大時(shí),差分的兩條信號(hào)線之間的電壓差變化不大,而單端輸入的一條線的電壓變化時(shí),GND不變,所以電壓差變化較大,綜上,差分輸入比單端輸入的抗干擾性強(qiáng)得多。
 
另外,差分輸入方式還可以有效抑制EMI,這是因?yàn)閮蓷l信號(hào)線極性相反,所以對(duì)外輻射的電磁場(chǎng)相互抵消,兩條信號(hào)線耦合越緊密,泄露到外界的電磁能量就越少。
 
 
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