電池采樣電路為什么測(cè)量結(jié)果不對(duì)？

這個(gè)是上周群友在群里描述的問題，也算是很經(jīng)典很容易犯的錯(cuò)誤。所以再三分享給大家，希望大家注意。下面是群友的問題：

問題一：通過萬用表測(cè)量發(fā)現(xiàn)，電壓跟隨器輸出的電壓和電阻分壓點(diǎn)的電壓對(duì)應(yīng)不上，但是電壓跟隨器輸出的電壓和理論計(jì)算值基本對(duì)應(yīng)得上。

問題二：單片機(jī)采集回來的電壓比電壓跟隨器輸出的電壓要高一些，且不同板子讀回來的數(shù)據(jù)也不一樣。

電路圖如下，是電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，然后接電壓跟隨器然后過RC濾波后給單片機(jī)ADC采集：

問題一：電池電壓為15.36V，由兩顆1%精度的電阻分壓后理論計(jì)算電壓值為1.28V（忽略電阻精度誤差），萬用表之所以測(cè)試電壓為1.25V是因?yàn)檫@個(gè)R5和R8組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)的輸出阻抗太大了（根據(jù)戴維南定理可知，其輸出阻抗為200k//2.2M≈183.3k），戴維南定理見下圖，摘選自《運(yùn)算放大器權(quán)威指南》第三版第9頁：

根據(jù)上圖，可知這個(gè)R5和R8構(gòu)成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)等效為一個(gè)串聯(lián)了183.3k電阻的，電壓值為1.28V的電壓源。雖然我們理想中的電壓檔輸入阻抗為無窮大（可以分得更多的電壓），然而一般手持式萬用表的輸入阻抗為10MΩ左右，所以這實(shí)際上是儀器誤差導(dǎo)致的測(cè)試電壓值偏小。仿真如下圖：

有其他的群友也提到了問題一是不是運(yùn)放的參數(shù)導(dǎo)致的，不過運(yùn)放的參數(shù)并不是問題一的根本原因，從LM321R的數(shù)據(jù)手冊(cè)可以看出，其輸入偏置和失調(diào)電流帶來的影響微乎其微（乘183.3kΩ后為uV級(jí)），輸入失調(diào)電壓最大也就3mV。所以運(yùn)放參數(shù)帶來的誤差不大。

問題二：初步考慮是基準(zhǔn)源Vref導(dǎo)致的ADC計(jì)算偏差，于是問了一下群友的芯片基準(zhǔn)源是誰提供的，群友說是3.3V電源LDO直接提供的，萬用表測(cè)量有3.33V。由于ADC公式為：Vref*ADCx/4096。所以說如果提供的Vref偏大比如3.35V，而代碼中的Vref寫的是3.3V，那勢(shì)必會(huì)造成ADC轉(zhuǎn)化后的數(shù)據(jù)偏小。不過這個(gè)又和問題二的結(jié)果不相符（問題二是ADC的測(cè)試結(jié)果偏大）。不過后來群友自己解決了這個(gè)問題，他說是由于軟件里沒有執(zhí)行ADC校準(zhǔn)函數(shù)導(dǎo)致的。

至此，群友的問題大致就圓滿解決了。 下面我的一些對(duì)測(cè)試設(shè)備的感悟： 1.示波器的輸入阻抗一般為1MΩ，或者50Ω，有的也有10MΩ。 2.手持式萬用表電壓檔輸入阻抗一般為10MΩ，臺(tái)式萬用表例如安捷倫34401A輸入阻抗為10MΩ默認(rèn)，可調(diào)為10GΩ，下電不保存（其他型號(hào)可見其說明書）。例如下圖，摘取自34401A說明書：

3.就算是臺(tái)式萬用表也不止精度之分，在一些功能上更會(huì)有所不同，就例如安捷倫34401A的四線法測(cè)電阻，就沒有電阻偏移補(bǔ)償。而安捷倫34410A的四線法測(cè)電阻就有電阻偏移補(bǔ)償。這在測(cè)量一些具有熱電勢(shì)的電阻場(chǎng)合就會(huì)有差別（還有其他的差別，不一一列舉）。

最后感謝大家的耐心閱讀，大家對(duì)測(cè)試設(shè)備有什么比較好的心得體會(huì)也歡迎評(píng)論區(qū)留言。