電流測(cè)量在很多應(yīng)用中都是必要的，包括執(zhí)行器控制、測(cè)試與測(cè)量、傳感器信號(hào)調(diào)理以及電能計(jì)量(僅舉數(shù)例)。根據(jù)不同的應(yīng)用，設(shè)計(jì)工程師必須甄別檢測(cè)和調(diào)理電流的最佳方法。當(dāng)有多種選擇的時(shí)候，問(wèn)題就來(lái)了。例如，在精密電流測(cè)量中，可以使用分立式運(yùn)算放大器來(lái)構(gòu)建跨導(dǎo)放大器，或者從眾多的集成式放大器中選擇一款來(lái)使用；那么對(duì)于特定應(yīng)用而言，哪個(gè)放大器最適合進(jìn)行電流測(cè)量？

顯然，測(cè)量電流時(shí)，電流應(yīng)當(dāng)與電路串聯(lián)，并且不應(yīng)成為電路的負(fù)擔(dān)。小型分流器件(比如電阻)通常會(huì)產(chǎn)生小電壓，需對(duì)其進(jìn)行放大和/或電平轉(zhuǎn)換。分流電阻相對(duì)較低，以便最大程度地減少其負(fù)擔(dān)，并且在某些情況下使功耗最小化。無(wú)論何種情況，都面臨著處理小電壓的挑戰(zhàn)。此外，分流器可能不會(huì)接地，這就意味著必須以差分方式測(cè)量電壓，并將該電壓進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。根據(jù)應(yīng)用，電流的變化可能達(dá)到很多數(shù)量級(jí)，從阿安到數(shù)安(或更高)都有可能。為了簡(jiǎn)化選型過(guò)程，讓我們來(lái)回顧幾種選擇及其使用場(chǎng)景。

在電流路徑上插入一個(gè)分流器(如圖1a所示)，并使用運(yùn)算放大器緩沖或放大可能是最直接的方法，但這種方法不提供任何電平轉(zhuǎn)換。低端電流檢測(cè)可以采用這種方法。只需降低分流值同時(shí)提高放大器增益(如圖1b所示)，即可最小化負(fù)擔(dān)電壓；但通常會(huì)犧牲噪聲和精度性能。將負(fù)擔(dān)電壓降為最低的一種更好方法——尤其是存在低電流時(shí)——是采用跨導(dǎo)放大器電路(TIA)，亦稱為電流-電壓轉(zhuǎn)換器(或者I-V轉(zhuǎn)換器)。圖1c顯示了使用TIA如何等效于在運(yùn)算放大器周圍擺放分流器，其目的在于將負(fù)擔(dān)電壓降低至接近于零(或者幾乎為零，因?yàn)榉糯笃魇д{(diào)和折合到輸入的誤差無(wú)法消除)。只要電流低于運(yùn)算放大器的輸出限流(通常是mA級(jí)別)，它就能起作用。由于負(fù)擔(dān)電壓較低且不變，因此通常采用TIA來(lái)確保傳感器(比如光電二極管)的電流輸出具有極其精確的結(jié)果。TIA有時(shí)候可能無(wú)法實(shí)現(xiàn)，比如我們希望測(cè)量的電流不在負(fù)載的接地側(cè)。高端電流檢測(cè)或測(cè)量遠(yuǎn)程環(huán)路中的電流時(shí)便是這種情況。此時(shí)可使用儀表放大器，該器件便于使用且具備高精度(如圖1d所示)。這些器件已成功用于很多高精度電流測(cè)量中，包括4 mA至20 mA環(huán)路接收器、電能計(jì)量和傳感器接口(僅舉數(shù)例)。

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2017-2-20 16:13 上傳