อุปกรณ์ที่นำเสนอได้รับการออกแบบสำหรับการติดตั้งในแหล่งจ่ายไฟที่มีการควบคุมต่างๆ มันแสดงบนมัน ไฟ LED แสดงสถานะเอ็กซ์ แรงดันขาออกบล็อกและกระแสโหลด เมื่อมีความจำเป็นต้องตรวจสอบแรงดันเอาต์พุตและกระแสโหลดอย่างต่อเนื่อง บล็อกห้องปฏิบัติการแหล่งจ่ายไฟก็ตัดสินใจทันทีที่จะแสดงค่าของพวกเขาบนตัวบ่งชี้ LED เจ็ดองค์ประกอบ ทางเลือกที่เป็นไปได้- LCD ตัวอักษรที่มีสองบรรทัด 8 หรือ 16 ตัวอักษร แต่มีราคาแพงและอ่านยาก ข้อกำหนดอีกประการหนึ่งคือการส่งสัญญาณแรงดันและกระแสไปยังตัวบ่งชี้พร้อมกันโดยไม่ต้องเปลี่ยนใด ๆ โดย เหตุผลต่างๆ โซลูชั่นสำเร็จรูปพบในวรรณกรรมและอินเทอร์เน็ตผู้เขียนไม่พอใจจึงตัดสินใจออกแบบอุปกรณ์ด้วยตัวเอง

ลักษณะของมิเตอร์ที่เสนอจะแสดงดังรูปที่ 1 1. ช่วยให้คุณสามารถวัดแรงดันไฟฟ้าได้ตั้งแต่ 0 ถึง 99.9 V ด้วยความละเอียด 0.1 V และกระแสไฟฟ้าตั้งแต่ 0 ถึง 9.99 A ด้วยความละเอียด 0.01 A อุปกรณ์ประกอบบนกระดานขนาด 57x62 มม. และสามารถติดตั้งภายในได้เกือบทุกแบบ แหล่งจ่ายไฟฟ้าในห้องปฏิบัติการหรืออุปกรณ์อื่นๆ ที่จำเป็นต้องมีการตรวจสอบแรงดันและกระแสอย่างต่อเนื่อง วงจรมิเตอร์แสดงในรูป 2. ประกอบด้วย op-amp, ตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าในตัวสองตัว, ไมโครคอนโทรลเลอร์ (ราคาถูกที่สุดในบรรดาที่มี ADC สิบบิต), รีจิสเตอร์สองตัวและไฟแสดงสถานะ LED เจ็ดองค์ประกอบสองตัว อาจเป็นตัวเลขสี่หรือสามหลัก

ค่าแรงดันไฟฟ้าที่วัดได้จะแสดงบนตัวบ่งชี้ HG1 และค่าปัจจุบันจะแสดงบนตัวบ่งชี้ HG2 ขั้วต่อขององค์ประกอบตัวบ่งชี้ที่มีชื่อเดียวกันจะรวมกันเป็นคู่และเชื่อมต่อผ่านตัวต้านทานจำกัดกระแส R13-R20 ไปยังเอาต์พุตของรีจิสเตอร์ DD2 หมุดทั่วไปของบิตตัวบ่งชี้เชื่อมต่อกับรีจิสเตอร์ DD3 รีจิสเตอร์เชื่อมต่อแบบอนุกรมและสร้างชิฟต์รีจิสเตอร์ 16 บิต ควบคุมโดยสัญญาณจากเอาต์พุตสามตัวของไมโครคอนโทรลเลอร์ DD1: GP2 (พัลส์นาฬิกา), GP4 (โค้ดอนุกรมที่โหลด), GP5 (พัลส์สำหรับเอาต์พุตโค้ดที่โหลดไปยังรีจิสเตอร์แบบขนาน เอาท์พุต) การบ่งชี้เป็นแบบไดนามิกตามปกติซึ่งตัวเลขของตัวบ่งชี้จะเปิดสลับกันโดยพัลส์ที่เอาต์พุตของการลงทะเบียน DD3 ซึ่งสร้างขึ้นพร้อมกันกับการปรากฏตัวของรหัสที่เอาต์พุตของการลงทะเบียน DD2 เพื่อแสดงตัวเลขที่ต้องการใน สลับหลัก

ตัวบ่งชี้ HG1 และ HG2 สามารถมีขั้วบวกทั่วไปหรือแคโทดทั่วไปขององค์ประกอบแต่ละประเภทได้ แต่ทั้งสองจะต้องเหมือนกัน ต้องเลือกเวอร์ชันที่เหมาะสมของโปรแกรมไมโครคอนโทรลเลอร์ - AV-meter_common_anocle.HEX สำหรับแอโนดทั่วไปหรือ AV-meter_common_cathode ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสิ่งนี้ HEX สำหรับแคโทดทั่วไป ไมโครคอนโทรลเลอร์ควบคุมตัวบ่งชี้โดยใช้การขัดจังหวะจากตัวจับเวลา TMR0 ซึ่งตามมาด้วยระยะเวลา 2 มิลลิวินาที
อินพุต GP0 และ GP1 ทำงานในโหมดอะนาล็อก อินพุต ADCไมโครคอนโทรลเลอร์ GP0 ใช้สำหรับวัดแรงดันไฟฟ้า และใช้ GP1 เพื่อวัดกระแส ตัวเลขที่สำคัญที่สุดสามหลักจะแสดงค่าที่วัดได้ ในตัวเลขที่มีนัยสำคัญน้อยที่สุดของตัวบ่งชี้ HG1 ตัวอักษร U (สัญลักษณ์ของการวัดแรงดันไฟฟ้า) จะปรากฏขึ้นตลอดเวลาและในตัวเลขหลักเดียวกันของตัวบ่งชี้ HG2 - ตัวอักษร A (สัญลักษณ์ของการวัดกระแส) หากใช้ตัวบ่งชี้สามหลัก ไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนแปลงโปรแกรม แต่ตัวอักษรเหล่านี้หายไป

แรงดันไฟฟ้าที่วัดได้จะจ่ายให้กับไมโครคอนโทรลเลอร์ผ่านตัวแบ่ง R2-R4 และแรงดันไฟฟ้าที่เป็นสัดส่วนกับกระแสที่วัดได้นั้นจ่ายจากเอาต์พุตของ op-amp DA1.1 ตัวต้านทาน R12 พร้อมด้วยไดโอดป้องกันภายในของไมโครคอนโทรลเลอร์ ช่วยปกป้องอินพุตจากการโอเวอร์โหลดที่อาจเกิดขึ้น (op-amp ใช้พลังงานจากแรงดันไฟฟ้า 7...15 V) อัตราขยายของแรงดันไฟฟ้าที่นำมาจากเซ็นเซอร์ปัจจุบัน (ตัวต้านทาน R1) ประมาณ 50 ถูกตั้งค่าโดยตัวต้านทาน R6, R8, R11 ค่าที่แน่นอนถูกกำหนดโดยตัวต้านทานการตัดแต่ง R8

ตัวกรองความถี่ต่ำผ่าน R7C3 จะทำให้แรงดันกระเพื่อมที่อินพุตที่ไม่กลับด้านของ op-amp ราบรื่นขึ้น หากไม่มีตัวกรองนี้ อุปกรณ์จะอ่านค่า "กระโดด" ฟังก์ชั่นที่คล้ายกันนี้ดำเนินการโดยตัวเก็บประจุ C2 ในวงจรวัดแรงดันไฟฟ้า ซีเนอร์ไดโอด VD1 ปกป้องอินพุตของ op-amp จากแรงดันไฟฟ้าเกินในกรณีที่ตัวต้านทาน R1 แตก ใน เป็นทางเลือกสุดท้ายไม่จำเป็นต้องติดตั้งซีเนอร์ไดโอด
ควรให้ความสนใจเป็นพิเศษกับโซ่ R5R10 ในกรณีที่ไม่มีกระแสที่วัดได้ จะสร้างออฟเซ็ตเริ่มต้นที่ประมาณ +0.25 mV ที่อินพุต op-amp หากไม่มีสิ่งนี้จะสังเกตเห็นความไม่เชิงเส้นอย่างมีนัยสำคัญเมื่อทำการวัดกระแสน้อยกว่า 0.3 A ในกรณีต่าง ๆ ของไมโครวงจร LM358N ผลกระทบนี้จะแสดงออกมาในระดับที่แตกต่างกัน แต่ในกรณีใด ๆ ข้อผิดพลาดที่ค่าเล็กน้อยของกระแสที่วัดได้นั้นสูงเกินไป เมื่อตั้งค่า R5 และ R10 เป็นค่าที่ระบุในแผนภาพ (สามารถเปลี่ยนแปลงได้ตามสัดส่วนในขณะที่ยังคงรักษาอัตราส่วนเดิมเช่น 15 โอห์มและ 300 kOhms) ข้อผิดพลาดในการวัดปัจจุบันที่เกิดจากเอฟเฟกต์นี้จะมีนัยสำคัญอย่างน้อยหนึ่งรายการ หลัก

ฉันมีสำเนาชิป LM358N ทั้งหมดที่ฉันมีและซื้อมาในช่วงสิบปีที่ผ่านมา สถานที่ที่แตกต่างกันไม่จำเป็นต้องเลือกตัวต้านทานที่ระบุ แต่ถ้าจำเป็นก็ควรกำหนด ความต้านทานขั้นต่ำตัวต้านทาน R10 ซึ่งค่าศูนย์ยังคงสว่างอยู่บนตัวบ่งชี้ HG1 ในกรณีที่ไม่มีกระแสที่วัดได้จากนั้นเพิ่มขึ้น 1.5...2 เท่า เพื่อให้การออกแบบง่ายขึ้น ฉันไม่แนะนำให้ยกเว้นสิ่งที่มักจะขาดหายไป อุปกรณ์ที่คล้ายกันองค์ประกอบ C2, C3, R4, R5, R10

นอกจากนี้ ยังรับประกันความแม่นยำและความเสถียรที่ดีของการอ่านด้วยการแยกหน่วยควบคุมตัวบ่งชี้พัลส์ที่ค่อนข้างทรงพลังออกจากไมโครคอนโทรลเลอร์โดยสมบูรณ์ โดยการจ่ายไฟจากตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าในตัว DA3 ที่แยกจากกัน การรบกวนจากการทำงานของโปรเซสเซอร์ของไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นมีผลเพียงเล็กน้อยต่อผลการวัดเนื่องจากแต่ละอันจะดำเนินการโดยไมโครคอนโทรลเลอร์เปลี่ยนเป็นโหมดสลีปก่อนโดยปิดเครื่องกำเนิดสัญญาณนาฬิกา

ไมโครคอนโทรลเลอร์ถูกโอเวอร์คล็อกจากออสซิลเลเตอร์ภายใน R9C5 - วงจรสำหรับติดตั้งไมโครคอนโทรลเลอร์ สถานะเริ่มต้น- เพื่อกำจัดผลที่ตามมา ความล้มเหลวที่เป็นไปได้ไมโครคอนโทรลเลอร์มีตัวจับเวลาจ้องจับผิด (WDT)

ในรูป รูปที่ 3 แสดงภาพวาดของตัวนำแผงวงจรพิมพ์ของอุปกรณ์และรูปที่ 4 - ตำแหน่งของชิ้นส่วนต่างๆ ตัวต้านทานและตัวเก็บประจุส่วนใหญ่มีขนาด 0805 สำหรับการติดตั้งบนพื้นผิว ข้อยกเว้นคือตัวต้านทาน R2 (เนื่องจากการกระจายพลังงาน), R13 (เพื่อลดความซับซ้อนในการเดินสายของตัวนำวงจรพิมพ์) ตัวต้านทานทริม R3, R8, ตัวเก็บประจุออกไซด์ C1, C6, C8 ตัวเก็บประจุ C2 และ C3 เป็นเซรามิก แต่สามารถแทนที่ด้วยแทนทาลัมออกไซด์ได้

ในทางปฏิบัติ การวัดแรงดันไฟฟ้าต้องทำค่อนข้างบ่อย แรงดันไฟฟ้าวัดได้ในวิศวกรรมวิทยุ อุปกรณ์ไฟฟ้าและโซ่ ฯลฯ ดู เครื่องปรับอากาศอาจเป็นชีพจรหรือไซน์ซอยด์ แหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าอาจเป็นเครื่องกำเนิดไฟฟ้ากระแสสลับก็ได้

แรงดันไฟฟ้ากระแสพัลส์มีพารามิเตอร์แอมพลิจูดและแรงดันไฟฟ้าเฉลี่ย แหล่งที่มาของแรงดันไฟฟ้าดังกล่าวอาจเป็นเครื่องกำเนิดพัลส์ แรงดันไฟฟ้ามีหน่วยวัดเป็นโวลต์และกำหนดให้เป็น "V" หรือ "V" หากแรงดันไฟฟ้าสลับกันจะมีสัญลักษณ์ “ ~ ", สำหรับ แรงดันไฟฟ้ากระแสตรงมีสัญลักษณ์ “-” ปรากฏอยู่ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับในเครือข่ายภายในบ้านมีเครื่องหมาย ~220 V

อุปกรณ์เหล่านี้เป็นอุปกรณ์ที่ออกแบบมาเพื่อวัดและควบคุมคุณลักษณะ สัญญาณไฟฟ้า- ออสซิลโลสโคปทำงานบนหลักการโก่งตัว ลำแสงอิเล็กตรอนซึ่งสร้างภาพของคุณค่า ตัวแปรบนจอแสดงผล

การวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ

ตามเอกสารกำกับดูแลแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายในครัวเรือนจะต้องเท่ากับ 220 โวลต์โดยมีความแม่นยำเบี่ยงเบน 10% นั่นคือแรงดันไฟฟ้าอาจแตกต่างกันในช่วง 198-242 โวลต์ หากแสงสว่างในบ้านของคุณหรี่ลง หลอดไฟเริ่มดับบ่อยครั้ง หรืออุปกรณ์ในครัวเรือนไม่เสถียร คุณต้องวัดแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายก่อนจึงจะระบุและแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้

ก่อนการวัด คุณควรเตรียมอุปกรณ์การวัดที่มีอยู่เพื่อใช้งาน:

• ตรวจสอบความสมบูรณ์ของฉนวนของสายควบคุมด้วยโพรบและปลาย
• ตั้งสวิตช์ไปที่แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ โดยมีขีดจำกัดบนอยู่ที่ 250 โวลต์หรือสูงกว่า
• เช่น ใส่สายวัดทดสอบเข้าไปในช่องเสียบของอุปกรณ์วัด เป็นต้น เพื่อหลีกเลี่ยงข้อผิดพลาดควรดูการกำหนดซ็อกเก็ตบนเคสจะดีกว่า
• เปิดอุปกรณ์

รูปภาพแสดงให้เห็นว่าขีดจำกัดการวัด 300 โวลต์ถูกเลือกบนเครื่องทดสอบ และ 700 โวลต์บนมัลติมิเตอร์ อุปกรณ์บางชนิดจำเป็นต้องตั้งค่าการวัดแรงดันไฟฟ้า ตำแหน่งที่ต้องการสวิตช์ต่างๆ มากมาย: ประเภทของกระแสไฟฟ้า ประเภทของการวัด และยังเสียบปลายสายไฟเข้าไปในซ็อกเก็ตบางตัวด้วย เสียบปลายปลายสีดำในมัลติมิเตอร์เข้าไปในช่องเสียบ COM (ช่องเสียบทั่วไป) ส่วนปลายสีแดงจะถูกเสียบเข้าไปในช่องเสียบที่มีเครื่องหมาย "V" ซ็อกเก็ตนี้ใช้ทั่วไปในการวัดแรงดันไฟฟ้าทุกประเภท ช่องเสียบที่มีเครื่องหมาย "ma" ใช้สำหรับวัดกระแสขนาดเล็ก ซ็อกเก็ตที่มีเครื่องหมาย "10 A" ใช้เพื่อวัดกระแสไฟฟ้าจำนวนมากซึ่งสามารถเข้าถึง 10 แอมแปร์

หากคุณวัดแรงดันไฟฟ้าโดยเสียบสายไฟเข้าไปในเต้ารับ "10 A" อุปกรณ์จะล้มเหลวหรือฟิวส์จะขาด ดังนั้นเมื่อดำเนินการแล้ว งานวัดคุณควรระวัง บ่อยครั้งที่ข้อผิดพลาดเกิดขึ้นในกรณีที่วัดความต้านทานครั้งแรกจากนั้นเมื่อลืมเปลี่ยนไปใช้โหมดอื่นจึงเริ่มวัดแรงดันไฟฟ้า ในกรณีนี้ตัวต้านทานที่รับผิดชอบในการวัดความต้านทานจะไหม้ภายในอุปกรณ์

หลังจากเตรียมอุปกรณ์แล้ว คุณสามารถเริ่มการวัดได้ หากไม่มีสิ่งใดปรากฏบนตัวบ่งชี้เมื่อคุณเปิดมัลติมิเตอร์ แสดงว่าแบตเตอรี่ที่อยู่ภายในอุปกรณ์หมดอายุและต้องเปลี่ยนใหม่ ส่วนใหญ่มัลติมิเตอร์จะมี "โครนา" ซึ่งสร้างแรงดันไฟฟ้า 9 โวลต์ อายุการใช้งานประมาณหนึ่งปีขึ้นอยู่กับผู้ผลิต หากไม่ได้ใช้มัลติมิเตอร์เป็นเวลานาน เม็ดมะยมอาจยังชำรุดอยู่ หากแบตเตอรี่ดี มัลติมิเตอร์ก็ควรแสดงไว้

ต้องเสียบโพรบสายไฟเข้ากับเต้ารับหรือสัมผัสด้วยสายไฟเปลือย

จอแสดงผลมัลติมิเตอร์จะแสดงค่าแรงดันไฟฟ้าของเครือข่ายทันที แบบฟอร์มดิจิทัล- บนไดอัลเกจ เข็มจะเบี่ยงเบนไปมุมหนึ่ง ตัวทดสอบพอยน์เตอร์มีสเกลแบบไล่ระดับหลายระดับ หากคุณดูให้ดีทุกอย่างก็จะชัดเจน เครื่องชั่งแต่ละอันได้รับการออกแบบสำหรับการวัดเฉพาะ: กระแส แรงดันไฟฟ้า หรือความต้านทาน

ขีด จำกัด การวัดบนอุปกรณ์ตั้งไว้ที่ 300 โวลต์ดังนั้นคุณต้องนับสเกลที่สองซึ่งมีขีด จำกัด อยู่ที่ 3 และการอ่านค่าของอุปกรณ์จะต้องคูณด้วย 100 สเกลมีค่าหารเท่ากับ 0.1 โวลต์ เราก็เลยได้ผลลัพธ์ตามรูป ประมาณ 235 โวลต์ ผลลัพธ์นี้อยู่ภายในขอบเขตที่ยอมรับได้ หากการอ่านมิเตอร์เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาระหว่างการวัดก็อาจเป็นเช่นนั้น การติดต่อที่ไม่ดีในการเชื่อมต่อสายไฟซึ่งอาจนำไปสู่ข้อผิดพลาดและเครือข่ายขัดข้อง

การวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสตรง

แหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าคงที่ ได้แก่ แบตเตอรี่ แรงดันต่ำ หรือแบตเตอรี่ที่มีแรงดันไฟฟ้าไม่เกิน 24 โวลต์ ดังนั้นการสัมผัสขั้วแบตเตอรี่จึงไม่เป็นอันตรายและไม่จำเป็นต้องมีมาตรการความปลอดภัยพิเศษ

ในการประเมินประสิทธิภาพของแบตเตอรี่หรือแหล่งอื่น จำเป็นต้องวัดแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วของแบตเตอรี่ สำหรับแบตเตอรี่ AA ขั้วไฟฟ้าจะอยู่ที่ปลายกล่อง ขั้วบวกมีเครื่องหมาย “+”

กระแสตรงวัดในลักษณะเดียวกับกระแสสลับ ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือการตั้งค่าอุปกรณ์ให้เป็นโหมดที่เหมาะสมและสังเกตขั้วของขั้วต่อ

แรงดันไฟฟ้าของแบตเตอรี่มักจะถูกทำเครื่องหมายไว้บนเคส แต่ผลการวัดยังไม่ได้บ่งบอกถึงความสมบูรณ์ของแบตเตอรี่เนื่องจากเป็นการวัด แรงเคลื่อนไฟฟ้าแบตเตอรี่ ระยะเวลาการทำงานของอุปกรณ์ที่จะติดตั้งแบตเตอรี่ขึ้นอยู่กับความจุของมัน

เพื่อประเมินประสิทธิภาพของแบตเตอรี่อย่างแม่นยำ จำเป็นต้องวัดแรงดันไฟฟ้าด้วยโหลดที่เชื่อมต่ออยู่ สำหรับ แบตเตอรี่ AAเป็นภาระ ปกติจะทำหลอดไฟไฟฉาย 1.5 โวลต์. หากแรงดันไฟฟ้าลดลงเล็กน้อยเมื่อเปิดไฟนั่นคือไม่เกิน 15% ดังนั้นแบตเตอรี่จึงเหมาะสำหรับการใช้งาน หากแรงดันไฟฟ้าลดลงอย่างมากแสดงว่าแบตเตอรี่ดังกล่าวสามารถใช้งานได้เท่านั้น นาฬิกาแขวนซึ่งใช้พลังงานน้อยมาก

การวัด การตรวจสอบ และการควบคุมกระแสเป็นงานทั่วไป แอพพลิเคชั่นต่างๆอิเล็กทรอนิกส์. บทความที่ผู้อ่านสนใจคือภาพรวมของโซลูชันวงจรและส่วนประกอบที่ใช้เพื่อวัตถุประสงค์เหล่านี้

วิธีหนึ่งในการวัดกระแสเข้า วงจรไฟฟ้า- เป็นการวัดแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานวัดกระแส (สับเปลี่ยน) ของความต้านทานที่ทราบซึ่งต่ออนุกรมกับโหลด เพื่อให้แน่ใจว่าความต้านทานสับเปลี่ยนมีผลกระทบต่อโหมดการทำงานของโหลดน้อยที่สุด จึงถูกเลือกให้ต่ำที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ซึ่งหมายถึงการขยายสัญญาณในภายหลัง

ตารางที่ 1 แสดงรายการผู้ผลิต ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์โดยผลิตทั้งผลิตภัณฑ์เฉพาะทางที่ออกแบบมาสำหรับการควบคุมกระแสและไมโครวงจรขยายสัญญาณที่เหมาะสมสำหรับจุดประสงค์นี้

ตารางที่ 1. ผู้ผลิตวงจรไมโครมอนิเตอร์ปัจจุบัน

ผู้ผลิต

อนาล็อก ดีไวเซส อิงค์

บูรณาการ Associates Inc.

วงจรเรียงกระแสระหว่างประเทศ

บริษัท ไอซิส คอร์ปอเรชั่น

บริษัท ลิเนียร์ เทคโนโลยี จำกัด

ผลิตภัณฑ์ครบวงจรของแม็กซิม

เซมิคอนดักเตอร์แห่งชาติ

บริษัท เซมเทค

เท็กซัส อินสทรูเมนท์สอิงค์

ซีเท็กซ์ เซมิคอนดักเตอร์

ผู้ผลิตเรียกวงจรไมโครเฉพาะสำหรับการตรวจสอบ (การวัด) เครื่องตรวจจับความรู้สึกกระแสไฟด้านข้างต่ำ (เครื่องขยายเสียง) ​​และเครื่องตรวจจับความรู้สึกกระแสไฟฟ้าด้านข้างสูง (เครื่องขยายเสียง) การแปลคำศัพท์เหล่านี้ตามตัวอักษรเป็นภาษารัสเซียให้ชื่อลึกลับเช่นเดียวกับ " สะพานใต้"วี เมนบอร์ดคอมพิวเตอร์.

Maxim กำหนดการตรวจจับกระแสด้านสูงเป็นการวัดกระแสไฟฟ้าโดยแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานที่เชื่อมต่อระหว่างแหล่งพลังงานและโหลด และการตรวจจับกระแสด้านต่ำเป็นการวัดกระแสด้วยแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานที่เชื่อมต่อระหว่างโหลด และสายสามัญ (“กราวด์”)

สำหรับคำอธิบายเพิ่มเติม เราจะใช้แนวคิดในการวัดกระแสในขั้วบวกและขั้วลบของโหลด โดยสมมติว่าพาวเวอร์บัสมีศักยภาพเชิงบวกสัมพันธ์กับ รถบัสทั่วไปซึ่งเป็นเรื่องจริงสำหรับคนสมัยใหม่ส่วนใหญ่ วงจรอิเล็กทรอนิกส์- ควรสังเกตว่าไดอะแกรมด้านล่างช่วยให้คุณควบคุมได้ไม่เพียงแต่คงที่เท่านั้น แต่ยังควบคุมได้ด้วย กระแสแรงกระตุ้นอย่างไรก็ตาม โดยมีความบิดเบือนที่สอดคล้องกันซึ่งกำหนดโดยแบนด์วิธขององค์ประกอบที่กำลังขยาย

การวัดกระแสในขั้วลบของโหลด

ข้อดี:

• แรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปอินพุตต่ำ
• สัญญาณอินพุตและเอาต์พุตมีกราวด์ร่วมกัน
• ใช้งานง่ายด้วยแหล่งจ่ายไฟเพียงอันเดียว

ข้อบกพร่อง:

• โหลดไม่มีการเชื่อมต่อโดยตรงกับ "กราวด์"
• ไม่มีความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนโหลดด้วยปุ่มในขั้วลบ
• ความเป็นไปได้ที่จะเกิดความล้มเหลวของวงจรการวัดเนื่องจากการลัดวงจรในโหลด

การวัดกระแสในขั้วลบของโหลดนั้นไม่ใช่เรื่องยาก ออปแอมป์หลากหลายรูปแบบที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานด้วยแรงดันไฟฟ้าโหมดร่วมอินพุตแหล่งเดียว รวมถึงศักย์ไฟฟ้าบัสร่วมมีความเหมาะสมสำหรับจุดประสงค์นี้ เช่นเดียวกับเครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัดหลายๆ ตัว ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีชิป Low-Side Sense Monitor (Amplifier) ​​แบบพิเศษเลย วงจรการวัดกระแสโดยใช้แอมพลิฟายเออร์ในการดำเนินงานและเครื่องมือจะแสดงในรูปที่ 1 1 และ 2 ตามลำดับ ทางเลือก ประเภทเฉพาะแอมพลิฟายเออร์ถูกกำหนดโดยความแม่นยำที่ต้องการ ซึ่งส่วนใหญ่ได้รับผลกระทบจากค่าออฟเซ็ตเป็นศูนย์ของแอมพลิฟายเออร์ ข้อผิดพลาดในการตั้งค่าอุณหภูมิและเกนของแอมพลิฟายเออร์ และความเร็วของวงจรที่ต้องการ ที่จุดเริ่มต้นของเครื่องชั่ง ข้อผิดพลาดในการแปลงที่สำคัญเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เกิดจากค่าแรงดันเอาต์พุตขั้นต่ำของเครื่องขยายเสียงที่ไม่เป็นศูนย์ ซึ่งไม่สำคัญสำหรับการใช้งานจริงส่วนใหญ่ เพื่อขจัดข้อเสียเปรียบนี้ จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟของเครื่องขยายเสียงแบบไบโพลาร์ หรือระดับสัญญาณเอาท์พุตถูกเลื่อนโดยการเชื่อมต่อพิน REF ของเครื่องขยายสัญญาณเครื่องมือวัดเข้ากับแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิง

ข้าว. 1. วงจรการวัดกระแสลบพร้อมแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ

ข้าว. 2. วงจรวัดกระแสในขั้วลบด้วยเครื่องขยายการวัด

การวัดกระแสในขั้วบวกของโหลด

ตรวจพบไฟฟ้าลัดวงจรในโหลด

ข้อบกพร่อง:

• แรงดันไฟฟ้าขาเข้าโหมดทั่วไปสูง (มักจะสูงมาก);
• ความจำเป็นในการเปลี่ยนสัญญาณเอาท์พุตให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้สำหรับการประมวลผลในระบบในภายหลัง (อ้างอิงถึงกราวด์)

ลองพิจารณาวงจรสำหรับการวัดกระแสในขั้วบวกของโหลดโดยใช้เครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงาน

ในแผนภาพในรูป 3 คุณสามารถใช้แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการใดๆ ที่เหมาะกับแรงดันไฟฟ้าและลักษณะความแม่นยำของแหล่งจ่ายที่อนุญาต ซึ่งออกแบบมาเพื่อใช้งานกับแหล่งจ่ายเดียวและแรงดันไฟฟ้าอินพุตโหมดทั่วไปสูงสุดถึงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่าย เช่น AD8603 แรงดันไฟฟ้าสูงสุดแหล่งจ่ายไฟวงจรต้องไม่เกินค่าสูงสุด แรงดันไฟฟ้าที่อนุญาตแหล่งจ่ายไฟของเครื่องขยายเสียง

ข้าว. 3. วงจรการวัดกระแสบวกพร้อมแอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการ

แอมพลิฟายเออร์อินพุตและเอาต์พุตแบบ Over-The-Top Rail-To-Rail (LT1494, LT1636, LT1637, LT1672, LT1782, LT1783, LT1784 จากเทคโนโลยีเชิงเส้น) ทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปอินพุตสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายอย่างมีนัยสำคัญ . ในวงจรที่ใช้ LT1637 op-amp ดังแสดงในรูปที่ 1 4 แรงดันไฟฟ้าของโหลดสามารถเข้าถึง 44 V เมื่อแรงดันไฟฟ้าของ op-amp อยู่ที่ 3 V.

ข้าว. 4. วงจรวัดกระแสบวกพร้อมออปแอมป์แบบ Over-The-Top

แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด เช่น LTC2053, LTC6800 จาก Linear Technology และ INA337 จาก Texas Instruments เหมาะสำหรับการวัดกระแสในขั้วบวกของโหลดโดยมีข้อผิดพลาดน้อยมาก ในรูป รูปที่ 5 แสดงวงจรโดยใช้ LTC6800 แรงดันไฟฟ้าของวงจรต้องไม่เกินแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตของเครื่องขยายเสียง (5.5 V)

ข้าว. 5. วงจรการวัดกระแสบวกพร้อมแอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัด LTC6800

แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียลที่เหมาะสำหรับการสร้างวงจรมอนิเตอร์กระแสบวกแสดงอยู่ในตารางที่ 2 บางตัวมีมาก หลากหลายแรงดันไฟฟ้าโหมดร่วมอินพุตซึ่งขยายไปสู่ขอบเขตของค่าลบด้วย ซึ่งทำให้สามารถจัดระเบียบการวัดกระแสในโหลดที่เชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานที่มีขั้วลบได้ หากจำเป็น ประสิทธิภาพการบันทึกทำได้โดย LT1990 ซึ่งมีช่วงแรงดันไฟฟ้าอินพุตโหมดทั่วไปตั้งแต่ –37 ถึง 250 V เมื่อใช้แหล่งจ่ายเดียว และ ±250 V เมื่อใช้ไบโพลาร์ แผนผังการใช้งานแสดงไว้ในรูปที่ 1 6. AD629 และ INA117 ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟคู่ โดยมีช่วงแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปอินพุตอยู่ที่ ±270V และ ±200V

ข้าว. 6. วงจรการวัดกระแสบวกพร้อมแอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล LT1990

ตารางที่ 2. แอมพลิฟายเออร์ดิฟเฟอเรนเชียล

บูรณาการเกือบทุกคน ส่วนประกอบที่จำเป็นเป็นชิปตัวเดียวที่นำไปสู่การสร้างชิปมอนิเตอร์เฉพาะในปัจจุบัน โดยทั่วไปแล้ว ไอซีเหล่านี้ไม่ได้ให้ความแม่นยำที่ทำได้ด้วยแอมพลิฟายเออร์ที่มีความแม่นยำ อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานส่วนใหญ่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งหากคุณเพียงแต่ต้องควบคุมกระแสและไม่วัดกระแส ค่าที่แน่นอนความถูกต้องที่ผู้ผลิตประกาศไว้ก็เพียงพอแล้ว

ตามสัญญาณเอาต์พุต ไมโครวงจรสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม: ด้วยเอาต์พุตปัจจุบัน เอาต์พุตที่เป็นไปได้ และเอาต์พุต PWM

ลักษณะของวงจรไมโครที่มีเอาต์พุตปัจจุบันแสดงไว้ในตารางที่ 3 ในรูป. รูปที่ 7 แสดงวงจรที่ใช้ INA139 ซึ่งนอกเหนือจากการแบ่งกระแสแล้วยังเป็นวงจรเดียวอีกด้วย ส่วนประกอบภายนอก- ตัวต้านทาน ROUT ในแผนภาพในรูป 8 โดยใช้ LTC6101HV นอกจากนี้จำเป็นต้องมีตัวต้านทาน R IN ซึ่งเชื่อมต่อกับวงจรแหล่งกำเนิดกระแสในตัว

ข้าว. 7. จอภาพกระแสบวกพร้อมเอาต์พุตกระแส INA139

ข้าว. 8. จอภาพกระแสบวกพร้อมเอาต์พุตกระแส LTC6101HV

ตารางที่ 3. ชิปมอนิเตอร์ปัจจุบันพร้อมเอาต์พุตปัจจุบัน

เนื่องจาก ความต้านทานขาออกวงจรจะสูงถึงหลายสิบกิโลโอห์ม วงจรประมวลผลสัญญาณที่ตามมาจะต้องมีอิมพีแดนซ์อินพุตสูง

คุณสมบัติของไมโครวงจร ZXCT1008 และ ZXCT1009 สามพินจาก Zetex คือการไหลของการใช้กระแสไฟของไมโครวงจรเองผ่านตัวต้านทาน ROUT ซึ่งโดยธรรมชาติแล้วจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดเพิ่มเติม อย่างไรก็ตาม เนื่องจากมีการบริโภคที่ต่ำมาก ข้อผิดพลาดนี้จึงไม่มีนัยสำคัญ โดยเฉพาะเมื่อสิ้นสุดเครื่องชั่ง และค่อนข้างยอมรับได้ ในรูป ภาพที่ 9 แสดงการใช้งาน ZXCT1009 ในวงจร ที่ชาร์จสำหรับแบตเตอรี่ Li-Ion

ข้าว. 9. วงจรควบคุมเครื่องชาร์จ

ตารางที่ 4 แสดงคุณสมบัติของวงจรไมโครมอนิเตอร์ปัจจุบันที่มีเอาต์พุตที่เป็นไปได้ แตกต่างจากจอภาพปัจจุบันที่มีเอาต์พุตกระแสตรงที่มีตัวต้านทานภายใน R OUT และบางตัวมีแอมพลิฟายเออร์เอาต์พุตซึ่งทำให้สามารถลดความต้านทานเอาต์พุตเป็นหน่วยหรือแม้แต่เศษส่วนของโอห์มได้ เป็นตัวอย่าง องค์กรภายในในรูป รูปที่ 10 แสดงจอภาพปัจจุบัน MAX4372

ข้าว. 10. จอภาพกระแสบวกที่มีเอาต์พุต MAX4372 ที่เป็นไปได้

ตารางที่ 4. วงจรไมโครมอนิเตอร์ปัจจุบันที่มีเอาต์พุตที่เป็นไปได้

หากจำเป็น ให้ควบคุมกระแสที่เปลี่ยนทิศทางขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานของวงจร เช่น กระแสที่ไหลผ่านมอเตอร์ไฟฟ้าแบบพลิกกลับได้ หรือกระแสประจุ-คายประจุ แบตเตอรี่มีการใช้จอภาพปัจจุบันสองจอ แผนภาพสำหรับกรณีสุดท้ายจะแสดงในรูป 11. ในที่นี้ แต่ละจอภาพจะควบคุมกระแสในทิศทางของมัน ทางเลือกอื่น- การใช้จอภาพกระแสคู่ MAX4377 หรือจอภาพกระแสแบบสองทิศทาง (สองทิศทาง) แผนภาพการใช้งานซึ่งแสดงไว้ในรูปที่ 1 12. แรงดันอ้างอิงจะกำหนดระดับที่แรงดันเอาต์พุตจะแปรผัน สัญญาณเอาท์พุตของวงจรจะเพิ่มขึ้นตามกระแสที่เพิ่มขึ้นในทิศทางบวก และลดลงตามกระแสที่เพิ่มขึ้นในทิศทางลบ ผลลัพธ์ที่คล้ายกันสามารถรับได้โดยใช้เครื่องขยายสัญญาณดิฟเฟอเรนเชียลและเครื่องมือวัดโดยเชื่อมต่อพิน REF เข้ากับแหล่งจ่ายแรงดันอ้างอิง ดังแสดงในรูปที่ 1 6.

ข้าว. 11. วงจรตรวจสอบกระแสประจุ / คายประจุแบตเตอรี่

ข้าว. 12. วงจรตรวจสอบกระแสแบบสองทิศทาง

จอภาพปัจจุบันยังสามารถใช้ได้ที่แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟที่สูงกว่าแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปอินพุตสูงสุด ตามที่อธิบายไว้ในเอกสารประกอบ ใน เอกสารล่าสุดแสดงการใช้งานชิป MAX4172 กับไฟ 100-250 V.

ไมโครวงจร - มอนิเตอร์ปัจจุบันด้วย ค่าต่ำสุดอินพุตแรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไป เท่ากับศูนย์สามารถใช้ตรวจสอบกระแสในขั้วลบของโหลดได้ และยังสามารถใช้ INA193–INA198 เพื่อตรวจสอบกระแสในโหลดที่รวมอยู่ในวงจรแหล่งจ่ายแรงดันลบได้ถึง –16 V อีกด้วย

จอภาพบางรุ่นในปัจจุบันมีให้ คุณสมบัติเพิ่มเติม- อัตราขยายแบบสลับได้ช่วยให้คุณเปลี่ยนอัตราขยายของจอภาพได้ทันที เพิ่มความแม่นยำในการวัดที่จุดเริ่มต้นของสเกล การมีหมุดปิดเครื่องทำให้สามารถประหยัดพลังงานเมื่อไม่จำเป็นต้องวัดกระแสไฟฟ้า แรงดันอ้างอิงในตัวใช้เพื่อตั้งค่าระดับเอาต์พุตของจอภาพแบบสองทิศทางหรือเกณฑ์การตอบสนองของตัวเปรียบเทียบในตัวหรือภายนอก

ชิป MAX4210 ช่วยให้คุณควบคุมทั้งกระแสและพลังงานที่ใช้โดยโหลดได้พร้อมกันและ MAX4211 ยังมีตัวเปรียบเทียบสองตัวสำหรับการจัดระเบียบอุปกรณ์เกณฑ์

จอภาพปัจจุบัน IA2410 ยังสามารถทำงานเป็นเซ็นเซอร์อุณหภูมิได้โดยการสลับจากโหมดจอภาพปัจจุบันเป็นโหมดควบคุมอุณหภูมิโดยการใช้พัลส์ผสมกับอินพุต SHDN

จอภาพปัจจุบันพร้อมเอาต์พุต PWM

การปรับความกว้างพัลส์ของสัญญาณเอาท์พุตมีข้อดีเมื่อเชื่อมต่อจอภาพปัจจุบันกับไมโครโปรเซสเซอร์ ลักษณะของวงจรไมโคร PWM แสดงไว้ในตารางที่ 5 และตัวอย่างการใช้ตัวตรวจสอบกระแส IR2175 เพื่อตรวจสอบกระแสเฟสของมอเตอร์แสดงในรูปที่ 1 13.

ข้าว. 13. วงจรควบคุมกระแสด้วย IR2175

ตารางที่ 5. มอนิเตอร์ปัจจุบันพร้อมเอาต์พุต PWM

ควรกล่าวถึงกฎสำหรับการเลือกสับเปลี่ยนการวัดกระแสด้วย โดยธรรมชาติแล้ว ยิ่งความต้านทานแบ่งต่ำลงเท่าใด อิทธิพลของความต้านทานของสายไฟก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น สำหรับ การวัดที่แม่นยำใช้ตัวต้านทานสี่ขั้ว

ถ้า ข้อกำหนดพิเศษไม่จำเป็นต้องมีความแม่นยำ สามารถแบ่งสับเปลี่ยนในรูปแบบของแทร็กได้ แผงวงจรพิมพ์- ในกรณีนี้ค่าเบี่ยงเบนความต้านทานจากค่าที่คำนวณได้ในชุดผลิตภัณฑ์อาจถึง± 5% นอกจากนี้ค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิของความต้านทานของทองแดงยังค่อนข้างใหญ่ เหตุการณ์สุดท้ายในบางกรณีก็ไม่สำคัญ ตัวอย่างเช่น ชิป ZXCT1008–ZXCT1010 มีการดริฟท์อุณหภูมิเชิงลบของค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านในช่วงอุณหภูมิบวก ซึ่งจะชดเชยค่าสัมประสิทธิ์อุณหภูมิบวกของความต้านทานทองแดงในระดับหนึ่ง

การวัดกระแสไฟ AC

Linear Technology ผลิตไอซีคอนเวอร์เตอร์ RMS ที่มีความแม่นยำ แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับเป็นค่าคงที่ - LTC1966 และ LTC1967 ซึ่งคุณสมบัติดังกล่าวได้รับในตารางที่ 6 ค่าสัมประสิทธิ์การส่งผ่านของวงจรไมโครถูกกำหนดโดยสูตร

ในรูป รูปที่ 14 แสดงแผนภาพการเดินสายไฟของ LTC1966 สำหรับการวัดกระแสไฟ AC โดยใช้หม้อแปลงกระแสไฟฟ้า

ข้าว. 14. วงจรวัดกระแสไฟ AC พร้อม LTC1966

ตารางที่ 6. ไมโครวงจรสำหรับการวัดกระแสสลับ

ปริมาณมาก แผนการปฏิบัติการควบคุมและการควบคุมกระแส การใช้วงจรไมโครมอนิเตอร์ปัจจุบันมีระบุไว้ในเอกสาร

มีชิปเซ็นเซอร์อื่นๆ ในปัจจุบันที่ใช้เอฟเฟกต์ฮอลล์และเอฟเฟกต์แรงต้านทานแม่เหล็ก "ยักษ์" ใช้สำหรับการวัดกระแสไฟฟ้าแบบไม่สัมผัส อย่างไรก็ตาม การอภิปรายเกี่ยวกับคุณลักษณะและการประยุกต์นั้นอยู่นอกเหนือขอบเขตของบทความนี้

วรรณกรรม

1. AN-39. คู่มือการประยุกต์ใช้งานการวัดปัจจุบัน ซีเท็กซ์ เซมิคอนดักเตอร์
2. AN-3331. เครื่องขยายสัญญาณตรวจจับกระแสด้านสูงทำงานที่ไฟฟ้าแรงสูง ผลิตภัณฑ์ครบวงจรของแม็กซิม
3. AN-105. คอลเลกชันวงจรความรู้สึกปัจจุบัน เทคโนโลยีเชิงเส้น
4. AN-746. การวัดกระแสด้านสูง: วงจรและหลักการ ผลิตภัณฑ์ครบวงจรของแม็กซิม

• บทช่วยสอน

การแนะนำ

สวัสดีทุกคน! หลังจากเสร็จสิ้นวงจรเซ็นเซอร์ มีคำถามมากมายเกี่ยวกับการวัดพารามิเตอร์การบริโภคของครัวเรือนและไม่ใช่เครื่องใช้ไฟฟ้ามากนัก ใครใช้ไปมากน้อยเพียงใด วิธีเชื่อมโยงสิ่งที่จะวัด มีรายละเอียดปลีกย่อยอะไรบ้าง และอื่นๆ ถึงเวลาเปิดเผยการ์ดทั้งหมดในพื้นที่นี้
ในบทความชุดนี้เราจะดูหัวข้อการวัดพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า พารามิเตอร์เหล่านี้มีค่ามากจริงๆ จำนวนมากซึ่งผมจะค่อยๆ เล่าเป็นชุดเล็กๆ นะครับ
จนถึงขณะนี้มีการวางแผนไว้ 3 ซีรี่ส์:

• การวัดค่าไฟฟ้า
• คุณภาพไฟฟ้า
• อุปกรณ์สำหรับวัดค่าพารามิเตอร์ทางไฟฟ้า

ในกระบวนการวิเคราะห์เราจะตัดสินใจอย่างใดอย่างหนึ่ง ปัญหาในทางปฏิบัติบนไมโครคอนโทรลเลอร์จนกว่าจะได้ผลลัพธ์ แน่นอนว่าซีรีย์นี้ส่วนใหญ่จะเน้นการวัดแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับและอาจเป็นประโยชน์กับทุกคนที่ชอบควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้า บ้านอัจฉริยะ.
จากผลลัพธ์ของวงจรทั้งหมด เราจะผลิตมิเตอร์ไฟฟ้าอัจฉริยะบางประเภทพร้อมอินเทอร์เน็ต แฟนตัวยงในการควบคุมเครื่องใช้ไฟฟ้าในบ้านอัจฉริยะของพวกเขาสามารถให้ความช่วยเหลือที่เป็นไปได้ทั้งหมดในการใช้ส่วนการสื่อสารบนฐาน เช่น MajorDomo มาสร้างเป็น OpenSource กันเถอะ บ้านอัจฉริยะดีกว่าพูดอย่างนั้น
ในซีรีส์สองตอนนี้ เราจะสำรวจคำถามต่อไปนี้:

• การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กระแสและแรงดันในอุปกรณ์ ดี.ซีเช่นเดียวกับเฟสเดียวและ วงจรสามเฟสเครื่องปรับอากาศ;
• การวัดค่าประสิทธิผลของกระแสและแรงดัน
• การวัดตัวประกอบกำลัง
• กำลังไฟฟ้าทั้งหมด แอคทีฟและรีแอกทีฟ
• ปริมาณการใช้ไฟฟ้า

คุณจะพบคำตอบสำหรับสองคำถามแรกโดยคลิกด้านล่าง รายการนี้- ฉันไม่ได้ตั้งใจพูดถึงปัญหาของความแม่นยำในการวัดตัวบ่งชี้ และจากซีรีส์นี้ฉันพอใจกับผลลัพธ์ที่ได้รับด้วยความแม่นยำของรองเท้าบาสบวกหรือลบเท่านั้น ฉันจะอุทิศบทความแยกต่างหากสำหรับฉบับนี้ในชุดที่สามอย่างแน่นอน

1. การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์

ในซีรี่ส์ที่แล้วเกี่ยวกับเซ็นเซอร์แรงดันและกระแส ฉันได้พูดถึงประเภทของเซ็นเซอร์ แต่ไม่ได้พูดถึงวิธีใช้งานและตำแหน่งที่จะวางเซ็นเซอร์ ถึงเวลาแก้ไขแล้ว

การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ DC

เป็นที่ชัดเจนว่าซีรีส์ทั้งหมดจะเน้นไปที่ระบบ AC แต่เราจะมาดูวงจร DC กันอย่างรวดเร็ว เนื่องจากอาจเป็นประโยชน์สำหรับเราในการพัฒนาแหล่งจ่ายไฟ DC ยกตัวอย่างตัวแปลงบั๊ก PWM แบบคลาสสิก:


รูปที่ 1 ตัวแปลงบั๊ก PWM
หน้าที่ของเราคือจัดให้มีแรงดันเอาต์พุตที่เสถียร นอกจากนี้ตามข้อมูลจากเซ็นเซอร์ปัจจุบัน สามารถควบคุมโหมดการทำงานของตัวเหนี่ยวนำ L1 ป้องกันความอิ่มตัว และใช้การป้องกันกระแสของตัวแปลงได้ด้วย และบอกตามตรงว่าไม่มีตัวเลือกในการติดตั้งเซ็นเซอร์จริงๆ
เซ็นเซอร์แรงดันไฟฟ้าในรูปแบบของตัวแบ่งตัวต้านทาน R1-R2 ซึ่งเป็นตัวเดียวที่สามารถทำงานที่กระแสตรงได้รับการติดตั้งที่เอาต์พุตของตัวแปลง ตามกฎแล้วชิปตัวแปลงพิเศษจะมีอินพุต ข้อเสนอแนะและใช้ความพยายามทุกวิถีทางเพื่อให้แน่ใจว่าอินพุตนี้ (3) มีระดับแรงดันไฟฟ้าที่แน่นอนตามที่ระบุไว้ในเอกสารประกอบสำหรับไมโครวงจร เช่น 1.25V. หากแรงดันเอาต์พุตของเราตรงกับระดับนี้ ทุกอย่างก็ปกติดี - เราจะใช้แรงดันเอาต์พุตกับอินพุตนี้โดยตรง ถ้าไม่เช่นนั้นให้ตั้งค่าตัวแบ่ง หากเราต้องการให้แรงดันเอาต์พุตเป็น 5V ตัวหารจะต้องมีตัวประกอบการหารเป็น 4 เช่น ตัวอย่างเช่น R1 = 30k, R2 = 10k
โดยปกติเซ็นเซอร์ปัจจุบันจะติดตั้งระหว่างแหล่งจ่ายไฟและตัวแปลงและบนชิป ขึ้นอยู่กับความต่างศักย์ระหว่างจุดที่ 1 และ 2 และด้วยความต้านทานที่ทราบของตัวต้านทาน Rs จึงเป็นไปได้ที่จะกำหนดค่าปัจจุบันของกระแสของตัวเหนี่ยวนำของเรา การติดตั้งเซ็นเซอร์กระแสระหว่างแหล่งกำเนิดและโหลดนั้นไม่ใช่วิธีที่ดีที่สุด เป็นความคิดที่ดีเนื่องจากตัวเก็บประจุตัวกรองจะถูกตัดออกโดยตัวต้านทานจากผู้บริโภคกระแสพัลส์ การติดตั้งตัวต้านทานในช่องว่างของสายไฟทั่วไปก็ไม่ได้เป็นลางดีเช่นกัน - จะมีระดับกราวด์สองระดับซึ่งคนจรจัดจะยินดี
ปัญหาแรงดันไฟฟ้าตกสามารถหลีกเลี่ยงได้โดยใช้เซ็นเซอร์กระแสแบบไม่สัมผัส เช่น เซ็นเซอร์ฮอลล์:


รูปที่ 2 เซ็นเซอร์ปัจจุบันแบบไม่สัมผัส
อย่างไรก็ตามยังมีอีกมาก วิธีที่ยุ่งยากการวัดปัจจุบัน ท้ายที่สุดแล้ว แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมทรานซิสเตอร์ในลักษณะเดียวกันทุกประการ และกระแสเดียวกันจะไหลผ่านทรานซิสเตอร์ในลักษณะเดียวกับตัวเหนี่ยวนำ ดังนั้นค่ากระแสของกระแสจึงสามารถกำหนดได้จากแรงดันตกคร่อม ถ้าจะมองตามตรง. โครงสร้างภายในตัวอย่างเช่นชิปแปลงจาก Texas Instruments - จากนั้นวิธีนี้จะพบได้บ่อยเท่ากับวิธีก่อนหน้า แน่นอนว่าความแม่นยำของวิธีนี้ไม่ได้สูงที่สุด แต่ก็เพียงพอแล้วสำหรับการตัดกระแสในปัจจุบัน


รูปที่ 3 ทรานซิสเตอร์เป็นเซ็นเซอร์ปัจจุบัน
เราทำแบบเดียวกันในวงจรอื่นๆ ของคอนเวอร์เตอร์ที่คล้ายกัน ไม่ว่าจะบูสต์หรือกลับด้าน
อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องกล่าวถึงตัวแปลงไปข้างหน้าและตัวแปลงฟลายแบ็คแยกกัน


รูปที่ 4 การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ปัจจุบันในตัวแปลงฟลายแบ็ค
นอกจากนี้ยังสามารถใช้ความต้านทานภายนอกหรือทรานซิสเตอร์ในบทบาทของมันได้อีกด้วย
นี่คือจุดที่เราทำการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์เข้ากับตัวแปลง DC-DC หากคุณมีข้อเสนอแนะสำหรับตัวเลือกอื่น ๆ ฉันยินดีที่จะเสริมบทความนี้ด้วย

1.2 การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับเฟสเดียว

ในวงจรไฟฟ้ากระแสสลับ เรามีเซ็นเซอร์ที่เป็นไปได้ให้เลือกมากมาย ลองพิจารณาหลายตัวเลือก
วิธีที่ง่ายที่สุดคือการใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบต้านทานและตัวแบ่งกระแส


รูปที่ 5 การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ตัวต้านทาน
อย่างไรก็ตาม มีข้อเสียที่สำคัญอยู่ 2-3 ประการ:
ประการแรกเราจะจัดเตรียมแอมพลิจูดที่มีนัยสำคัญของสัญญาณจากการแบ่งปัจจุบันโดยการจัดสรรพลังงานจำนวนมากให้กับมัน หรือเราจะพอใจกับแอมพลิจูดของสัญญาณเล็กน้อยแล้วจึงขยายสัญญาณในภายหลัง และประการที่สอง ตัวต้านทานจะสร้างความแตกต่างที่อาจเกิดขึ้นระหว่างเครือข่ายที่เป็นกลางกับอุปกรณ์ที่เป็นกลาง หากแยกอุปกรณ์ออกก็ไม่สำคัญ แต่ถ้าอุปกรณ์มีขั้วต่อสายดินเราก็เสี่ยงที่จะถูกทิ้งไว้โดยไม่มีสัญญาณจากเซ็นเซอร์ปัจจุบันเนื่องจากเราจะลัดวงจร มันอาจจะคุ้มค่าที่จะลองใช้เซ็นเซอร์ที่ทำงานบนหลักการอื่น
ตัวอย่างเช่น เราจะใช้หม้อแปลงกระแสและแรงดัน หรือเซ็นเซอร์กระแสฮอลล์เอฟเฟกต์และหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้า มีมาก ความเป็นไปได้มากขึ้นสำหรับการทำงานกับอุปกรณ์เนื่องจากลวดที่เป็นกลางไม่มีการสูญเสียและที่สำคัญที่สุดในทั้งสองกรณีจะมีการแยกอุปกรณ์วัดด้วยไฟฟ้าซึ่งมักจะมีประโยชน์ อย่างไรก็ตาม จะต้องคำนึงว่าเซ็นเซอร์กระแสและแรงดันไฟฟ้าของหม้อแปลงมีจำกัด การตอบสนองความถี่และหากเราต้องการวัดองค์ประกอบฮาร์มอนิกของการบิดเบือน เราก็ไม่แน่ใจว่าจะเกิดอะไรขึ้น


รูปที่ 6 การเชื่อมต่อหม้อแปลงและเซ็นเซอร์กระแสและแรงดันไฟฟ้าแบบไม่สัมผัส

1.3 การเชื่อมต่อเซ็นเซอร์กับวงจรไฟฟ้ากระแสสลับหลายเฟส

ในเครือข่ายหลายเฟส ความสามารถของเราในการเชื่อมต่อเซ็นเซอร์ปัจจุบันจะน้อยกว่าเล็กน้อย นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่ามันเป็นไปไม่ได้เลยที่จะใช้การสับเปลี่ยนกระแสไฟฟ้าเลย เนื่องจากความต่างศักย์ระหว่างการสับเปลี่ยนเฟสจะผันผวนภายในหลายร้อยโวลต์ และฉันไม่รู้จักตัวควบคุมใด ๆ การใช้งานทั่วไปซึ่งอินพุตแบบอะนาล็อกสามารถทนต่อการละเมิดดังกล่าวได้
แน่นอนว่ามีวิธีหนึ่งในการใช้ shunts ปัจจุบัน - สำหรับแต่ละช่องสัญญาณคุณต้องสร้างอินพุตอะนาล็อกที่แยกทางไฟฟ้า แต่การใช้เซ็นเซอร์อื่นง่ายกว่าและเชื่อถือได้มากกว่ามาก
ในเครื่องวิเคราะห์คุณภาพของฉัน ฉันใช้ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้าแบบต้านทานและ เซ็นเซอร์ระยะไกลกระแสบนเอฟเฟ็กต์ฮอลล์

รูปที่ 7 เซ็นเซอร์ปัจจุบันในเครือข่ายสามเฟส
ดังที่คุณเห็นจากภาพ เรากำลังใช้การเชื่อมต่อแบบสี่สาย แน่นอน แทนที่จะใช้เซนเซอร์วัดกระแส Hall effect คุณสามารถใช้หม้อแปลงกระแสหรือลูป Rogowski ได้
แทนที่จะใช้ตัวแบ่งความต้านทานสามารถใช้หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าได้ทั้งสำหรับระบบสี่สายและสามสาย
ในกรณีหลังนี้ ขดลวดปฐมภูมิของหม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าจะเชื่อมต่อกับสามเหลี่ยม และขดลวดทุติยภูมิที่มีดาวซึ่งจุดร่วมคือจุดร่วมของวงจรการวัด


รูปที่ 8การใช้หม้อแปลงแรงดันไฟฟ้าในเครือข่ายสามเฟส

ค่ากระแสและแรงดัน 2 RMS

ถึงเวลาแก้ปัญหาการวัดสัญญาณของเราแล้ว สิ่งสำคัญในทางปฏิบัติสำหรับเราประการแรกคือค่าประสิทธิผลของกระแสและแรงดันไฟฟ้า
ฉันขอเตือนคุณเกี่ยวกับอุปกรณ์จากซีรีส์เกี่ยวกับเซ็นเซอร์ เมื่อใช้ ADC ของไมโครคอนโทรลเลอร์ เราจะบันทึกค่าแรงดันไฟฟ้าทันทีในช่วงเวลาสม่ำเสมอ ดังนั้นในช่วงเวลาการวัดเราจะมีข้อมูลอาร์เรย์เกี่ยวกับระดับของค่าแรงดันไฟฟ้าทันที (สำหรับกระแสทุกอย่างจะคล้ายกัน)


รูปที่ 9 ชุดของค่าแรงดันไฟฟ้าทันที
หน้าที่ของเราคือการนับ มูลค่าที่มีประสิทธิภาพ- ขั้นแรก ลองใช้สูตรอินทิกรัล:
(1)
ใน ระบบดิจิตอลเราต้องจำกัดตัวเองให้อยู่ในควอนตัมของเวลาที่แน่นอน ดังนั้นเราจึงมุ่งไปสู่ผลรวม:
(2)
โดยที่ระยะเวลาสุ่มตัวอย่างสัญญาณของเราคือจำนวนตัวอย่างในช่วงเวลาการวัด ที่ไหนสักแห่งในวิดีโอนี้ ฉันเริ่มพูดเรื่องไร้สาระเกี่ยวกับความเท่าเทียมกันของพื้นที่ต่างๆ วันนั้นฉันควรจะนอนได้แล้ว -
ในไมโครคอนโทรลเลอร์ MSP430FE4252 ซึ่งใช้ในมิเตอร์ไฟฟ้าเฟสเดียวของเมอร์คิวรี มีการนับ 4096 ครั้งในระยะเวลาการวัด 1, 2 หรือ 4 วินาที เราจะอาศัย T=1c และ N=4096 ในสิ่งที่ต่อไปนี้ ยิ่งไปกว่านั้น 4,096 คะแนนต่อวินาทีจะทำให้เราใช้อัลกอริธึมได้ การแปลงอย่างรวดเร็วฟูริเยร์เพื่อกำหนดสเปกตรัมฮาร์มอนิกจนถึงฮาร์มอนิกลำดับที่ 40 ตามที่ GOST กำหนด แต่จะมีเพิ่มเติมในตอนต่อไป
มาร่างอัลกอริทึมสำหรับโปรแกรมของเรากัน เราจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการเปิดตัว ADC มีความเสถียรทุกๆ 1/8192 วินาที เนื่องจากเรามีสองช่องทางและเราจะวัดข้อมูลนี้สลับกัน ในการดำเนินการนี้ ให้ตั้งเวลา จากนั้นสัญญาณขัดจังหวะจะรีสตาร์ท ADC โดยอัตโนมัติ ADC ทั้งหมดสามารถทำได้
เขียน โปรแกรมในอนาคตเราจะใช้ Arduino เนื่องจากมีคนจำนวนมากอยู่ในมือ สำหรับตอนนี้ความสนใจของเราเป็นเพียงวิชาการเท่านั้น
การมีความถี่ควอตซ์ของระบบ 16 MHz และตัวจับเวลา 8 บิต (เพื่อให้ชีวิตไม่ดูเหมือนน้ำผึ้ง) เราจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าการขัดจังหวะตัวจับเวลาทำงานที่ความถี่ 8192 Hz
เราเสียใจที่ 16 MHz ไม่ได้ถูกแบ่งตามที่เราต้องการ และความถี่การทำงานสุดท้ายของตัวจับเวลาคือ 8198 Hz เราหลับตาไปที่ข้อผิดพลาด 0.04% และยังคงอ่านตัวอย่างได้ 4,096 รายการต่อช่องสัญญาณ
เราเสียใจที่การขัดจังหวะโอเวอร์โฟลว์ใน Arduino กำลังยุ่งอยู่กับการคำนวณเวลา (รับผิดชอบเป็นมิลลิวินาทีและความล่าช้า ดังนั้นมันจะหยุดทำงานตามปกติ) ดังนั้นเราจึงใช้การขัดจังหวะการเปรียบเทียบ
และทันใดนั้นเราก็ตระหนักได้ว่าสัญญาณที่มาถึงเรานั้นเป็นสัญญาณแบบไบโพลาร์ และ msp430fe4252 ก็รับมือได้อย่างสมบูรณ์แบบ เราพอใจกับ ADC แบบขั้วเดียว เครื่องขยายเสียงในการดำเนินงานมาประกอบตัวแปลงสัญญาณไบโพลาร์เป็นยูนิโพลาร์อย่างง่าย:


รูปที่ 10 ตัวแปลงสัญญาณไบโพลาร์เป็นยูนิโพลาร์
ยิ่งกว่านั้น งานของเราคือตรวจสอบให้แน่ใจว่าไซนูซอยด์ของเราแกว่งสัมพันธ์กับแรงดันอ้างอิงครึ่งหนึ่ง จากนั้นเราจะลบช่วงครึ่งหนึ่งหรือเปิดใช้งานตัวเลือกในการตั้งค่า ADC และรับค่าที่เซ็นชื่อ
Arduino มี ADC 10 บิต ดังนั้นเราจะลบครึ่งหนึ่งจากผลลัพธ์ที่ไม่ได้ลงนามในช่วง 0-1023 และรับ -512-511
เราตรวจสอบโมเดลที่ประกอบใน LTSpiceIV และตรวจสอบให้แน่ใจว่าทุกอย่างทำงานได้ตามปกติ ในเนื้อหาวิดีโอ เราตรวจสอบสิ่งนี้เพิ่มเติมโดยการทดลอง


รูปที่ 11 ผลการจำลอง สีเขียวคือสัญญาณต้นทาง สีน้ำเงินคือสัญญาณเอาท์พุต

Sketch สำหรับ Arduino สำหรับหนึ่งช่อง

การตั้งค่าเป็นโมฆะ () ( autoadcsetup (); DDRD | = (1<

โปรแกรมนี้เขียนใน Arduino IDE สำหรับไมโครคอนโทรลเลอร์ ATmega1280 บนบอร์ดดีบักของฉัน 8 ช่องแรกถูกกำหนดเส้นทางสำหรับความต้องการภายในของบอร์ด ดังนั้นจึงใช้ช่อง ADC8 คุณสามารถใช้ภาพร่างนี้กับบอร์ดที่มี ATmega168 ได้ แต่คุณต้องเลือกช่องสัญญาณที่ถูกต้อง
ภายในการขัดจังหวะ เราบิดเบือนพินบริการสองสามรายการเพื่อให้เห็นความถี่ในการแปลงเป็นดิจิทัลอย่างชัดเจน
คำสองสามคำเกี่ยวกับที่มาของค่าสัมประสิทธิ์ 102 ในการเริ่มต้นครั้งแรกสัญญาณของแอมพลิจูดต่างๆ ถูกส่งมาจากเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ค่าแรงดันไฟฟ้าที่มีประสิทธิภาพถูกอ่านจากออสซิลโลสโคป และค่าที่คำนวณได้ในหน่วย ADC สัมบูรณ์ถูกนำมาจากคอนโซล .

ยูแม็กซ์, วี	เอิร์มส์, บี	นับแล้ว
3	2,08	212
2,5	1,73	176
2	1,38	141
1,5	1,03	106
1	0,684	71
0,5	0,358	36
0,25	0,179	19

การหารค่าของคอลัมน์ที่สามด้วยค่าของวินาทีเราจะได้ค่าเฉลี่ย 102 นี่จะเป็นค่าสัมประสิทธิ์ "การสอบเทียบ" ของเรา อย่างไรก็ตาม คุณจะสังเกตได้ว่าเมื่อแรงดันไฟฟ้าลดลง ความแม่นยำจะลดลงอย่างรวดเร็ว นี่เป็นเพราะความไวของ ADC ของเราต่ำ ในความเป็นจริง 10 หลักสำหรับการคำนวณที่แม่นยำนั้นมีขนาดเล็กมากและหากเป็นไปได้ที่จะวัดแรงดันไฟฟ้าในซ็อกเก็ตด้วยวิธีนี้ การใช้ ADC 10 บิตในการวัดกระแสที่ใช้โดยโหลดจะเป็นอาชญากรรมต่อมาตรวิทยา .

ณ จุดนี้เราจะหยุดพัก ในส่วนถัดไป เราจะพิจารณาคำถามอีกสามข้อในชุดนี้ และจะเดินหน้าไปสู่การสร้างอุปกรณ์ได้อย่างราบรื่น

คุณจะพบเฟิร์มแวร์ที่นำเสนอรวมถึงเฟิร์มแวร์อื่น ๆ สำหรับซีรีย์นี้ (เนื่องจากฉันถ่ายวิดีโอเร็วกว่าที่ฉันเตรียมบทความ) ในพื้นที่เก็บข้อมูลบน GitHub

วิธีที่ง่ายที่สุดวิธีหนึ่งในการวัดกระแสในวงจรไฟฟ้าคือการวัดแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานแบบอนุกรมกับโหลด แต่เมื่อกระแสไหลผ่านตัวต้านทานนี้ พลังงานที่ไม่มีประโยชน์จะถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อน ดังนั้นจึงถูกเลือกให้เป็นค่าต่ำสุดที่เป็นไปได้ ซึ่งจะนำไปสู่การขยายสัญญาณในภายหลัง ควรสังเกตว่าวงจรที่ให้ไว้ด้านล่างทำให้สามารถควบคุมไม่เพียงแต่กระแสตรงเท่านั้น แต่ยังรวมถึงกระแสพัลส์ด้วย โดยมีความบิดเบือนที่สอดคล้องกันซึ่งกำหนดโดยแบนด์วิธขององค์ประกอบขยาย

การวัดกระแสในขั้วลบของโหลด

วงจรสำหรับวัดกระแสโหลดในขั้วลบแสดงในรูปที่ 1

แผนภาพนี้และข้อมูลบางส่วนยืมมาจากนิตยสาร “ส่วนประกอบและเทคโนโลยี” ฉบับที่ 10 พ.ศ. 2549 มิคาอิล ปุชคาเรฟ [ป้องกันอีเมล]
ข้อดี:
แรงดันไฟฟ้าโหมดทั่วไปอินพุตต่ำ
สัญญาณอินพุตและเอาต์พุตมีกราวด์ร่วมกัน
ใช้งานง่ายด้วยแหล่งจ่ายไฟเพียงอันเดียว
ข้อบกพร่อง:
โหลดไม่มีการเชื่อมต่อโดยตรงกับ "กราวด์"
ไม่มีความเป็นไปได้ในการเปลี่ยนโหลดด้วยปุ่มในขั้วลบ
ความเป็นไปได้ที่จะเกิดความล้มเหลวของวงจรการวัดเนื่องจากการลัดวงจรในโหลด

การวัดกระแสในขั้วลบของโหลดนั้นไม่ใช่เรื่องยาก ออปแอมป์หลายตัวที่ออกแบบมาเพื่อใช้งานกับแหล่งจ่ายไฟเดี่ยวเหมาะสำหรับจุดประสงค์นี้ วงจรสำหรับการวัดกระแสโดยใช้แอมพลิฟายเออร์สำหรับการปฏิบัติงานจะแสดงในรูปที่ 1 1. การเลือกประเภทของแอมพลิฟายเออร์เฉพาะนั้นพิจารณาจากความแม่นยำที่ต้องการ ซึ่งส่วนใหญ่จะได้รับผลกระทบจากค่าชดเชยศูนย์ของแอมพลิฟายเออร์ การเบี่ยงเบนของอุณหภูมิและข้อผิดพลาดในการตั้งค่าเกน และความเร็วของวงจรที่ต้องการ ที่จุดเริ่มต้นของเครื่องชั่ง ข้อผิดพลาดในการแปลงที่สำคัญเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้ เกิดจากค่าแรงดันเอาต์พุตขั้นต่ำของเครื่องขยายเสียงที่ไม่เป็นศูนย์ ซึ่งไม่สำคัญสำหรับการใช้งานจริงส่วนใหญ่ เพื่อขจัดข้อเสียเปรียบนี้ จำเป็นต้องใช้แหล่งจ่ายไฟของเครื่องขยายเสียงแบบไบโพลาร์

การวัดกระแสในขั้วบวกของโหลด

ข้อดี:
โหลดถูกต่อสายดิน
ตรวจพบไฟฟ้าลัดวงจรในโหลด
ข้อบกพร่อง:
แรงดันไฟฟ้าขาเข้าโหมดทั่วไปสูง (มักจะสูงมาก);
ความจำเป็นในการเปลี่ยนสัญญาณเอาท์พุตให้อยู่ในระดับที่ยอมรับได้สำหรับการประมวลผลในระบบในภายหลัง (อ้างอิงถึงกราวด์)
ลองพิจารณาวงจรสำหรับการวัดกระแสในขั้วบวกของโหลดโดยใช้เครื่องขยายสัญญาณในการดำเนินงาน

ในแผนภาพในรูป 2 คุณสามารถใช้แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการใดๆ ที่เหมาะกับแรงดันไฟฟ้าที่อนุญาต ซึ่งออกแบบมาเพื่อใช้งานกับแหล่งจ่ายไฟเดี่ยวและแรงดันไฟฟ้าอินพุตโหมดทั่วไปสูงสุดถึงแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟ เช่น AD8603 แรงดันไฟฟ้าสูงสุดของวงจรต้องไม่เกินแรงดันไฟฟ้าสูงสุดที่อนุญาตของเครื่องขยายเสียง

แต่มีออปแอมป์บางตัวที่สามารถทำงานที่แรงดันไฟฟ้าโหมดร่วมอินพุตสูงกว่าแรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟอย่างมาก ในวงจรที่ใช้ LT1637 op-amp ดังแสดงในรูปที่ 1 3 แรงดันไฟฟ้าของโหลดสามารถเข้าถึง 44 V โดยมีแรงดันไฟฟ้าของ op-amp 3 V. แอมพลิฟายเออร์เครื่องมือวัดเช่น LTC2053, LTC6800 จาก Linear Technology, INA337 จาก Texas Instruments เหมาะสำหรับการวัดกระแสในขั้วบวกของโหลดด้วย ข้อผิดพลาดเล็กน้อยมาก นอกจากนี้ยังมีวงจรไมโครเฉพาะสำหรับการวัดกระแสในขั้วบวก เช่น INA138 และ INA168

INA138 และ INA168

- เครื่องวัดกระแสไฟฟ้าแรงสูงแบบยูนิโพลาร์ แรงดันไฟฟ้าอินพุตที่หลากหลาย การใช้กระแสไฟต่ำ และขนาดที่เล็ก - SOT23 ทำให้ชิปนี้สามารถใช้งานได้ในหลายวงจร แรงดันไฟฟ้าของแหล่งจ่ายไฟอยู่ระหว่าง 2.7 V ถึง 36 V สำหรับ INA138 และจาก 2.7 V ถึง 60 V สำหรับ INA168 กระแสอินพุตไม่เกิน 25 µA ซึ่งช่วยให้คุณวัดแรงดันตกคร่อมวงจรสับเปลี่ยนได้โดยมีข้อผิดพลาดน้อยที่สุด ไมโครวงจรเป็นตัวแปลงแรงดันไฟฟ้าปัจจุบันที่มีค่าสัมประสิทธิ์การแปลงตั้งแต่ 1 ถึง 100 หรือมากกว่า INA138 และ INA168 ในบรรจุภัณฑ์ SOT23-5 มีช่วงอุณหภูมิในการทำงานที่ -40°C ถึง +125°C
แผนภาพการเชื่อมต่อทั่วไปนำมาจากเอกสารประกอบสำหรับไมโครวงจรเหล่านี้และแสดงในรูปที่ 4

โอป้า454

- แอมพลิฟายเออร์ปฏิบัติการแรงดันสูงราคาประหยัดตัวใหม่จาก Texas Instruments ที่มีกระแสเอาต์พุตมากกว่า 50 mA และแบนด์วิดท์ 2.5 MHz ข้อดีประการหนึ่งคือความเสถียรสูงของ OPA454 ที่ได้รับความสามัคคี

การป้องกันอุณหภูมิเกินและกระแสไฟเกินถูกจัดระเบียบไว้ภายใน op-amp IC ทำงานบนแรงดันไฟฟ้าที่หลากหลายตั้งแต่ ±5 ถึง ±50 V หรือในกรณีของแหล่งจ่ายไฟเดียว ตั้งแต่ 10 ถึง 100 V (สูงสุด 120 V) OPA454 มีพิน “สถานะสถานะ” เพิ่มเติม ซึ่งเป็นเอาต์พุตสถานะ op-amp แบบ open-drain ซึ่งช่วยให้คุณทำงานกับลอจิกได้ทุกระดับ แอมพลิฟายเออร์สำหรับการดำเนินงานไฟฟ้าแรงสูงนี้มีความแม่นยำสูง ช่วงแรงดันไฟฟ้าเอาท์พุตที่กว้าง และไม่มีปัญหาการกลับเฟสที่มักพบในแอมพลิฟายเออร์แบบธรรมดา
คุณสมบัติทางเทคนิคของ OPA454:
ช่วงแรงดันไฟฟ้าจ่ายกว้างตั้งแต่ ±5 V (10 V) ถึง ±50 V (100 V)
(สูงสุดไม่เกิน 120 โวลต์)
กระแสไฟเอาท์พุตสูงสุดขนาดใหญ่ > ±50 mA
ช่วงอุณหภูมิการทำงานที่หลากหลายตั้งแต่ -40 ถึง 85°C (สูงสุดตั้งแต่ -55 ถึง 125°C)
การออกแบบแพ็คเกจ SOIC หรือ HSOP (PowerPADTM)
ข้อมูลของไมโครวงจรอยู่ใน “ข่าวอิเล็กทรอนิกส์” หมายเลข 7 ปี 2551 เซอร์เกย์ พิชูจิน

เครื่องขยายสัญญาณแบ่งกระแสบนบัสกำลังหลัก

ในการฝึกปฏิบัติวิทยุสมัครเล่น สำหรับวงจรที่มีพารามิเตอร์ไม่เข้มงวด ออปแอมป์คู่ LM358 ราคาถูกจึงเหมาะสม ซึ่งช่วยให้สามารถทำงานด้วยแรงดันไฟฟ้าอินพุตสูงถึง 32V รูปที่ 5 แสดงหนึ่งในหลาย ๆ แผนการมาตรฐานการเปิดชิป LM358 เป็นมอนิเตอร์กระแสโหลด อย่างไรก็ตามไม่ใช่ว่า "เอกสารข้อมูล" ทั้งหมดจะมีไดอะแกรมสำหรับเปิดใช้งาน วงจรนี้เป็นต้นแบบของวงจรที่นำเสนอในนิตยสาร Radio โดย I. Nechaev และที่ผมกล่าวถึงในบทความ " ตัวบ่งชี้ขีดจำกัดปัจจุบัน».
วงจรที่ให้มานั้นสะดวกมากที่จะใช้ในแหล่งจ่ายไฟแบบโฮมเมดสำหรับการตรวจสอบ การวัดและส่งข้อมูลทางไกล และการวัดกระแสโหลด เพื่อสร้างวงจรป้องกัน ลัดวงจร- เซ็นเซอร์กระแสในวงจรเหล่านี้อาจมีความต้านทานน้อยมาก และไม่จำเป็นต้องปรับตัวต้านทานนี้ เช่นเดียวกับที่ทำในกรณีของแอมป์มิเตอร์ทั่วไป ตัวอย่างเช่น แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทาน R3 ในวงจรในรูปที่ 5 เท่ากับ: Vo = R3∙R1∙IL / R2 เช่น Vo = 1,000∙0.1∙1A / 100 = 1V กระแสไฟฟ้าหนึ่งแอมแปร์ที่ไหลผ่านเซ็นเซอร์สอดคล้องกับแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน R3 หนึ่งโวลต์ ค่าของอัตราส่วนนี้ขึ้นอยู่กับค่าของตัวต้านทานทั้งหมดที่รวมอยู่ในวงจรคอนเวอร์เตอร์ ตามมาด้วยการทำให้ตัวต้านทาน R2 เป็นทริมเมอร์ คุณสามารถใช้มันเพื่อชดเชยการแพร่กระจายของความต้านทานของตัวต้านทาน R1 ได้อย่างง่ายดาย นอกจากนี้ยังใช้กับวงจรที่แสดงในรูปที่ 2 และ 3 ในวงจรที่แสดงในรูปที่ 1 4 สามารถเปลี่ยนความต้านทานของตัวต้านทานโหลด RL ได้ เพื่อลดการจุ่มแรงดันเอาต์พุตของแหล่งจ่ายไฟโดยทั่วไปจะดีกว่าถ้าใช้ความต้านทานของเซ็นเซอร์ปัจจุบัน - ตัวต้านทาน R1 ในวงจรในรูปที่ 5 เท่ากับ 0.01 โอห์มในขณะที่เปลี่ยนค่าของตัวต้านทาน R2 เป็น 10 โอห์ม หรือเพิ่มค่าตัวต้านทาน R3 เป็น 10 kOhm