兼顾高精度与大量程的低位电流采样放大电路

2025-10-14 20:33:19

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1 :根据电流采样的需要设计放大电路

电流采样0.001a到2a

采样电阻0.01R/2w

2:计算采样电阻的压降

VL=0.01*0.001=0.00001V=10UV=0.01MV

VH=0.01*2=0.02V

使用5v电源的adc,那么adc满量程=5v

对于目前情况,一般单片机集成10bitadc,则分辨率为5/(2的10次方)=2/1024=4.883mv

对于第二步计算的1ma压降,放大4.883/0.01=488.3倍才可以得到4.883mv的电压,才能被adc捕捉到,此处我们选择放大500倍,

单级运放放大倍数不要超过100倍,否则,会不稳定。

所以此处选择20*25倍的两级放大。

对于0.02v的电压,放大500=10v,超过adc的量程,选择250倍放大。

为了省事,拿笔随便画一下示意图。

两级反相 输出为正。

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增益为Rf1/R1,平衡电阻R11=Rf1//R1(Rf1并R1的值)

Rf1计算为20k

R1=1k

R11使用精密电位器,用来调节运放输出的0位

第二级放大原理相同。

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开始使用仿真软件搭建仿真电路,设置恒流源的电流=0a

使第一级放大20倍,输出=0v,第二级放大25倍输出=0v

当然,不可能绝对=0,只能尽可能的接近。

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第一级放大250倍

恒流源输出1ma,可以看到,采样电阻10uv,第一级放大100.992/10=10.992倍,约等于101,误差在接受范围之内

输出2.435v

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第一级放大500倍

恒流源输出1ma,可以看到,采样电阻10uv,第一级放大210.961/10约等于21倍,误差在接受范围之内

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7、电流1a的仿真结果

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8、电流大于1a的时候,此处设置为1.5a,需要把放大倍数降到250倍,为了方便计算,第一级降到10倍,RF1设置为10k

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电流2a的仿真结果

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10、电压仿真的结果令人满意,但是此电路的性能如何?我们使用波形仿真一下

输入端断开恒流源和采样电阻

输入端接入函数发生器

第一级放大输出接示波器

第二级放大输出接示波器

放大倍数设置为250

输入波形设置为正弦

输入信号设置为50mv

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兼顾高精度与大量程的低位电流采样放大电路

11、黄线是最终输出,2v每格

和黄线同相的是原始信号 10mv每格

反相的是第一级放大  100mv每格

可以看处,信号的波形输出波形无失真,更无削波现象

所以此电路仿真通过

注意:仿真功过不代表实际电路的性能也达到计算值

因为要考虑电路的电阻,电容,还有走线的干扰,运放的批次和参数等等。

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