电流经过电阻会产生电压。可以把阻值较小的电阻,串联在被测电路中,把电流转换为电压信号进行测量。这个电阻被称为采样电阻(也称分流电阻、感应电阻)。
采样电阻通常阻值低,一般不超过1Ω;精密度高,一般在在±1%以内,更高要求的用途时会采用0.01%精度的电阻。由于阻值太小,所以采样电阻上的电压也比较小,一般要接放大电路,将电压放大后再测量。
虽然采样电阻阻值很小,但是与负载串联之后,还是会对负载造成一些影响。如果采样电阻串联在负载与电源地之间,可能会引起负载没有良好的接地,如果负载是含有高速处理器和模拟电路的精密电路时,很可能无法正常工作。所以,常常使用把采样电阻接在负载与电源正极之间。下图前者称为高边电流检测,后者称为低边电流检测。
高边电流检测保证了负载具有稳定的GND,虽然负载感受到的电压有一点下降,但是一般不会影响正常工作。不过,需要测量电路能承受较高的共模电压,并且有较大的差模电压增益,即拥有较高的共模抑制比。低边电流检测不挑运放芯片,相对来说成本较便宜。
由于采样电阻的阻值太小了,焊料的电阻已经不能忽略。然而焊料的电阻值无法确定:可能这个焊盘的焊料多一些,电阻就小一些,且焊料电阻随温度变化较大,会影响测量结果。
焊料对于测量电压带来的影响:U=I(R1+R2+Rs)
可以采用开尔文连接法来提高测量精度。这种接法需要从一个电阻上引出四个点,两个点用于正常工作,两个点用于测量。测量的仪器要求输入阻抗很高,因为严格来说,测量仪器的线材或是线路上还是会有电阻的,如果阻抗高,那么电流非常小,这部分“路上”的阻抗(如下图R1与R2)就可以忽略不计。这种接法又称为开尔文四线检测。
有一种专门用于开尔文接法的电阻,叫做四触点分流电阻,电流的“主干道”与测试使用不同的触点。在PCB设计的时候,稍作优化可以做到类似的效果。如下图这种接法,使用普通的二脚采样电阻,也能一定程度上提高精度。
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