如何使用运算放大器,BJT和三个电阻来监视电流

出处:维库电子市场网时间:2025-02-20
  该电路将电流转换为电压。如果您需要做的就是使用万用表或示波器手动观察当前的消费行为,则可以满足您当前的监控要求。我想您甚至可以使用数据收购设备和一些适当的软件记录和分析当前消费测量结果。
  如果您需要在记录和/或响应当前消费行为的能力上更自治的电路,则可能需要使用微控制器数字化测量值。如果仅需要基本功能,并且您不需要处理器,则可以使用比较器或模拟窗口检测器。
  电路


  这是我的LTSpice实施:

  乍一看,这看起来可能有些混乱,但是操作确实很简单。让我们走路:

  电流从电源到R1流向负载。 R1充当典型的电流传感器电阻,并且与其他电流电阻电阻一样,它具有非常低的电阻,以减少功率耗散并地减少其对测量值和负载电路的影响。
  应用于运算放大器的非反转输入端子的电压等于电源电压负(电源电流×R1)。
  不要让PNP晶体管分散您的注意力,即操作AMP确实具有负面反馈循环。负反馈的存在意味着我们可以应用虚拟短近似值,即,我们可以假设反转输入端子处的电压等于电源电压负(电源电流×R1)。
  由于R1和R2的上部端子都与电源电压相关R2与R1的比率。在上面显示的LTSPICE电路中,R2比R1大1000倍,这意味着电流至R2的速度将比电流至R1小1000倍。
  BJT的基本电流很小,因此我们可以说电流通过R3或多或少等于电流通过R2。因此,我们使用R3来创建与电流通过R2成正比的电压,而R2又与电流直接成正比。

  这是一个图表,应有助于澄清和加强这种解释:

  如您所见,V OUT的终方程是
 
  PNP到底在做什么?
  您可以通过两种方式考虑晶体管:作为可调节阀,允许运算放大器增加或减少流经R2和R3的电流,或者作为可变电压滴定设备,可以用来建立该设备在V OUT节点处正确电压。在这两种情况下,终结果都是相同的:晶体管是操作器可以强迫反转输入端子处电压等于在不转移输入端子处的电压的均值。

  晶体管确实是该电路中有趣的部分。我们经常在“开或关”应用中使用BJT ,重要的是要认识到该电路中的情况是完全不同的。运算放大器(当然,在负面反馈的帮助下)实际上是对PNP的发射器到碱基电压(V EB)进行了小而的调整。以下图显示了一系列负载电流的V EB (对应于50Ω至300Ω的负载电阻)。

  有关如何在水平轴上使用梯级参数创建图的信息,请参见此页面。

  请注意,对于硅PN连接的典型转交阈值(0.6 V),所有这些电压如何接近。这告诉您的是,运算放大器正在非常仔细地谈判BJT的阈值区域,以便在发射极到收集器电压下降中产生所需的(相对较大)的变化。 V eB值的整个范围仅为50 mV,并将?50 mV的变化与发射器与收集器电压的?4 V变化进行比较:

  

  当然,该电路的实际实现将具有导致负载电流与输出电压关系的错误源,以偏离上面给出的理想公式。即使是LTSpice电路也不是非常完美的,因为BJT模型中的现实行为(也许还有运算放大器模型)。但是,如果您具有高精度电阻器和良好的操作装置,我认为该电路可以非常准确。以下图将在同一负载抗性范围内传达模拟误差(请记住,“ V_Collector”与V OUT相同)。

  这两个迹线几乎完美地重叠,表明准确性良好。请注意,在电阻值下,橙色痕迹如何明显低于蓝色迹线;之所以发生这种情况,是因为50Ω的载荷电阻对应于5 V的输出电压,但是V OUT不能正好为5 V,因为必须在R2上和跨发射器 - 收集器交界处掉落至少一点电压。

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