如何構(gòu)建一個低電阻表

您可能已經(jīng)有了用于測量電阻的 DMM，但它可以用于 1Ω 以下的電阻嗎？如果是這樣，這些低歐姆讀數(shù)是否可靠？

該項目將向您展示如何制作自己的低電阻表；它僅使用少量組件，可以測量低至 0.1Ω 的電阻。

示意圖

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理論

可以使用多種方法（惠斯通電橋、RC 計算）來測量電阻，但在這個項目中，選擇的方法是使用電子學(xué)中最基本的方程：

V=IRV=IR

恒流源將通過被測電阻建立電流并測量電阻產(chǎn)生的電壓降。然后，該電壓降將被放大并饋入標(biāo)準(zhǔn)萬用表。電壓的大小將等于以歐姆為單位的電阻（例如，1V = 1Ω）。我們需要為恒流級之后的放大器級選擇一個產(chǎn)生合理電壓的電流，我們可以通過使用上述公式并插入 R 的預(yù)期值（即小于幾歐姆）來做到這一點。

一個重要的考慮因素是運算放大器的輸入失調(diào)電壓，它被建模為與運算放大器的反相或同相輸入端子串聯(lián)的電壓源。這個電壓乘以運算放大器的同相增益，它是一個誤差源，因為它可以使輸出電壓低于或高于我們對理想電路的預(yù)期。所以我們想設(shè)計我們的電路，使這個偏移電壓的影響很小。如果您的運算放大器具有零偏移功能，您可以使用它來降低偏移電壓的幅度，但我們使用的是 LM358，它不包括零偏移引腳。相反，我們可以通過確保感興趣的信號遠(yuǎn)大于偏移電壓（LM358 為 ±2mV）來輕松降低偏移電壓的影響。

我們的目標(biāo)是測量低至 0.1Ω 的電阻。這意味著我們必須選擇一個恒流源，當(dāng)電流通過 0.1Ω 的電阻時，它會產(chǎn)生明顯大于 2mV 的電壓。這是一種權(quán)衡，因為較高的電流有缺點，而較低的電流會降低被測電阻上的電壓降。大電流的問題如下：

更高的功耗，而更低的功耗有助于便攜性。

較低的電流導(dǎo)致恒流源電路產(chǎn)生的熱量較少。

較低的電流會降低功耗，從而降低被測電阻的溫度升高；使用較低的電流，我們可以測量更容易受到熱損壞的電路元件（例如細(xì)線）的電阻。

為該電路選擇的電流為 100 mA。這個電流量并不太高，但它會在 0.1Ω 電阻上產(chǎn)生 10mV，考慮到我們的 ±2mV 偏移電壓，10mV 就足夠了。

恒流源包括

U1A – LM358

Q1 – 2N3055（TO-3 封裝）

RV1 – 用于調(diào)整施加到運算放大器同相端的參考電壓的電位器

R1 & R2 – 分壓器（來自 RV1 的 1V 對應(yīng)于 100mA 的恒定電流）

R3 – 檢測電阻器（1Ω，1W，金屬膜，1% 容差）

P2——連接被測電阻的兩個端子

通過 1Ω 檢測電阻的 100mA 恒定電流，功耗為 0.1W（因此選擇 1W）。Q1只要接一個電阻到P2就會導(dǎo)通100mA，我選擇了TO-3封裝來保證晶體管不會過熱。用于 Q1 的特定部分并不重要，只要晶體管可以處理 100mA 的集電極電流并且是 NPN。

恒流源之后的下一級是增益為 1 和失調(diào)電壓調(diào)整的差分放大器。我們在這里使用“差分”放大器，因為我們想檢測被測電阻兩端的電壓降，即電阻一側(cè)的電壓與電阻另一側(cè)的電壓之間的差值。

差分放大器包括

U1B – 運算放大器

R4、R5、R6 和 R7——這些電阻器將 U1B 配置為差分放大器

R8、R9 和 RV2 – 偏移調(diào)整

由 R8、R9 和 RV2 組成的電路允許我們在差分放大器的輸出端添加一個可調(diào)偏移電壓。此功能可用于補償運算放大器的輸入失調(diào)電壓或其他誤差源。有關(guān)如何實現(xiàn)此補償電路的詳細(xì)信息，請參閱校準(zhǔn)部分（下文）。

最后一級是增益為 10 的放大器。這個附加增益將整體測量比設(shè)置為方便的 1:1 值，即 1Ω 的電阻在輸出端產(chǎn)生 1V。

U2A、RV3 和 R10 – 增益為 10 的同相放大器（RV3 設(shè)置為 90K）

U2B – 輸出緩沖器

BOM（材料清單）

建造

電路的構(gòu)建方式取決于您，但這里有一些想法：

項目盒 - 使用內(nèi)部 9V 電池和外部連接器將電路保持在一個小盒子中。

萬用表附件——使用幾個香蕉插頭，您可以創(chuàng)建一個直接安裝在萬用表上的電路。

一個儀表 - 一路走來，您可以購買一個小型電壓表并將整個項目放在自己的包裝中，以制作您自己的測量設(shè)備！

低電阻表作為面包板電路。

上圖顯示了三個電位器：

左邊的那個控制恒流源

中間的那個控制差分放大器偏移

右邊的那個控制輸出級的增益

離開面包板的紅色、綠色和黑色電線分別用于 +5V、0V 和 -5V。朝向圖像頂部的棕色和紅色導(dǎo)線用于測試電阻，右側(cè)的綠色導(dǎo)線用于將低電阻表的輸出連接到萬用表的輸入。

注意：您需要確保萬用表的公共輸入端連接到低電阻表的接地端。

力量

該電路需要一個分離電源來實現(xiàn)全部功能。但是，請注意，負(fù)軌僅用于將可調(diào)偏移電壓添加到差分放大器輸出的電路中。如果沒有這個補償電路就可以獲得足夠的性能，則不需要負(fù)軌。如果您不使用 LM358，請記住運算放大器的輸入共模電壓范圍必須幾乎一直延伸到 0V，因為我們正在處理接近 100 mV 的輸入電壓。

電源要求相當(dāng)靈活（但不要超過運算放大器的最大電源電壓）。您需要確保電源能夠提供足夠的電流（至少 200mA，考慮到電流源單獨需要 100mA）。此外，請注意 Q1 的功耗與正電源電壓成正比，因此保持輸入電壓盡可能低會降低 Q1 的功耗。

我推薦±5V電源；對于負(fù)軌，您可以使用負(fù)電壓發(fā)生器。

校準(zhǔn)

校準(zhǔn)電路的第一部分是恒流源。最簡單的方法是用萬用表（接P2）測量恒流。

調(diào)整 RV1 的值，直到測得的電流為 100mA。從調(diào)整到其最小電阻的 RV1 開始。這最大限度地減少了初始恒定電流設(shè)置，從而防止?jié)撛诘挠泻﹄娏髁客ㄟ^ Q1 和 R3；此外，由此產(chǎn)生的功率耗散會導(dǎo)致組件溫度升高，并且熱晶體管會導(dǎo)致嚴(yán)重的觸點燒傷。

設(shè)置恒定電流后，我們需要補償差分放大器輸出中的誤差。您可以通過測量已知電阻然后調(diào)整 RV2 直到差分放大器的輸出對應(yīng)于已知電阻（例如，1Ω 的電阻應(yīng)該產(chǎn)生 100mV 的差分輸出）來做到這一點，或者您可以測量兩端的電壓使用精密電壓表調(diào)整小電阻，然后調(diào)整 RV2，使差分放大器的輸出等于測得的電壓。

最后的校準(zhǔn)步驟是調(diào)整 RV3，使 U2A 放大器的增益等于 10。測量 U2A 的同相輸入電壓并調(diào)整 RV3，直到輸出為輸入值的 10 倍。

概括

電路完成后，您現(xiàn)在可以測試電路以查看其是否正常工作。如果一切順利，您現(xiàn)在應(yīng)該擁有一個與精確萬用表配合使用的低電阻表。

那么這個可以用在什么地方呢？就個人而言，我構(gòu)建了這個電路，以便我可以測量電源線的電阻（當(dāng)然，當(dāng)沒電時?。┯糜谝恍?a target="_blank">電工練習(xí)。無需購買非常昂貴的電氣套件（至少花費 500 美元），該電路使我可以以幾美元的價格進(jìn)行練習(xí)。

該電路可與一對小型彈簧針一起使用，以探測小型 PCB 走線。它還可用于測量接觸電阻??（有時會導(dǎo)致依賴機械接觸的電路出現(xiàn)問題）。