小小的取樣電阻，確實(shí)有門道！

Pcbbar · 發(fā)表于 2020-2-8 18:41:57

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的電阻通過的電流為幾百毫安時(shí),這種設(shè)計(jì)是沒有問題的.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.我們可以通過降低電阻阻值來降低功率損耗,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.

二，長(zhǎng)期穩(wěn)定性

對(duì)于任何傳感器來說,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)不出來的.

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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.

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康銅絲電阻

說到電流/電壓的采樣電路，就像上圖中萬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，康銅絲電阻是選用高精密合金絲并經(jīng)過特殊工藝處理，其阻值低，精度高，溫度系數(shù)低，具有無電感，高過載能力。

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。

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；具有無電感，高過載能力。

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。

采樣電阻誰更好？

兩種電阻的性能用途無本質(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%。

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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)于普通愛好者來說，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，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：

是的，基本原理就是這樣的，通過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^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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