低電阻測量電路圖解說明

下面介紹的低電阻測量電路可用于以極高的精度測量1歐姆以下的所有毫歐電阻。要測量的電阻可低至 0.01 歐姆或 10 毫歐。

電路的輸出將電阻值轉(zhuǎn)換為完全相同的伏特，這意味著電路的輸出可以與DMM電壓表范圍連接，以極高的精度獲得電壓方面的低電阻值。

精度和分辨率

大多數(shù)數(shù)字萬用表可能僅正確測量低至五歐姆的電阻值。

低于 5 歐姆，您立即開始面臨數(shù)字萬用表分辨率問題，并開始看到垃圾電阻值。

我們說垃圾，因為以下原因：通常，當我們嘗試在數(shù)字萬用表上測量 0.1 歐姆電阻值時，我們需要將選擇開關(guān)旋轉(zhuǎn)到儀表的最低范圍（通常是 200
歐姆范圍）。

對于幾乎所有標準數(shù)字萬用表，分辨率規(guī)格都以 ±1 位數(shù)字的形式提供。簡而言之，當儀表顯示屏顯示 0.1 歐姆或 100 毫歐姆時，真實電阻值可能在 0
到 0.3 歐姆之間。這相當于 ±100% 的精度，這對大多數(shù)應(yīng)用程序來說并不是很有幫助。

同樣，如果您嘗試在 1 歐姆的 DMM 范圍內(nèi)測量 200 歐姆電阻器，您可能預(yù)期的最準確結(jié)果是 1.0 ±1
位的測量顯示;這意味著，最有效的準確度為 ±10%。因此，儀表分辨率會顯著降低測量的可靠性，盡管您可能會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)數(shù)字萬用表的精度在 ±1%
以內(nèi)，前提是我們測量的任何參數(shù)可能高于最低可用儀表范圍。

然而，您會發(fā)現(xiàn)許多情況下，精確測量低歐姆電阻變得至關(guān)重要。這些可能包括評估儀表分流電阻，構(gòu)建揚聲器分頻網(wǎng)絡(luò)和放大器輸出級，以及測試或維修電源或任何其他涉及大量使用低值電阻器的電路。

下面介紹的用于測量低于 1 歐姆的低值電阻的電路消除了標準數(shù)字萬用表的分辨率限制。您可以將電路直接插入數(shù)字萬用表的探頭槽，并測量低至 0.01 歐姆或
10 毫歐的小值電阻。

但是，低電阻測量電路有一個限制。當要測量的電阻值降低到10毫歐以下時，由于探頭的接觸電阻和連接線電阻引起的問題開始發(fā)展，從而導(dǎo)致最終結(jié)果的差異。

電路說明

下圖所示的低歐姆測量電路包括一個5 V穩(wěn)壓器級、一個使用二極管D、D2和晶體管Q1的恒流源級，以及一個運算放大器增益控制級（U1）。

該電路由9 V PP3電池供電。此 9 V 輸出由 5L78 穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)至 +05 V
（DC）。該調(diào)節(jié)可為恒流源級和運算放大器提供穩(wěn)定的電源。

電路的平衡僅在按下測試開關(guān) S1 后立即與電池連接。僅在測試電阻測量期間使用來自電池的電流，從而延長電池壽命。

恒流源級由D1、D2和晶體管Q1器件以及1k電阻R1構(gòu)成。

晶體管Q1配置為發(fā)射極-跟隨器級。其發(fā)射極側(cè)端子跟隨施加到其基極的電壓，由于固有的基極-發(fā)射極壓降，電壓降低了約 0.6
伏。串聯(lián)二極管D1和D2將Q1基極保持在低于+1 V DC電源線的恒定2.5 V。這可確保 Q1 發(fā)射器始終比 + 0 DC 線路低 6.5
伏。電阻R1通過兩個二極管D5和D1將電流固定在2 mA。

根據(jù)開關(guān) S0-a 的選擇，在其中一個多圈微調(diào)電位計 R6 或 R2 上產(chǎn)生的 3.2 V 直流電壓。0.6
V通過Q1和被測電阻Rx固定電流。

如果選擇R2，則測試電流變?yōu)? mA;選擇R3后，測試電流變?yōu)?0 mA。在底部的一對范圍（x 1 和 10）中，被測電阻兩端的電壓 Rx
通過香蕉插頭直接執(zhí)行到 DMM 端子。

在從頂部開始的幾個范圍內(nèi)，運算放大器增益級（U1）接通，使數(shù)字萬用表能夠讀取運算放大器輸出（引腳6）上的電壓，并提供測試電阻Rx的測量日期。

運算放大器U1配置為同相運算放大器級，恒定增益為1 + 10，000/100 =
101。由于我們希望增益正好為100，因此我們確定運算放大器輸出與Rx兩端電壓之間的電壓。

因此，如果將開關(guān)S2移至位置3（x 100），則通過恒流源建立的電流變?yōu)? mA;Rx 的乘法元素將是 x100。當 S2 轉(zhuǎn)到位置 4
（x1000） 時，電流將為 10 mA，乘法寬高比將為 100 x 10 =
1000。多圈微調(diào)電位器R6修改運算放大器的失調(diào)參數(shù)，以確保當Rx兩端的電壓為零時（即當測量探頭短路時），輸出也變?yōu)榱恪?/p>

外殼

完整的電路毫歐表電路可以封裝在一個微小的塑料盒內(nèi)。在盒子的前面板上可以固定幾個多路接線柱端子，待測電阻器（Rx）可以連接在這些端子上。

此外，還將有一個具有 4 向范圍（x1、x10、x100 和 x1000）的旋轉(zhuǎn)開關(guān)以及一個 TEST
按鈕。可以使用一對香蕉插頭從盒子背面以直角突出;可以相距一定距離放置，以便將整個低電阻電路輕松插入幾乎任何標準數(shù)字萬用表或 DMM 端子孔中。

低電阻測量電路的輸出產(chǎn)生的電壓直接等同于被測的低電阻。實際上，該電路經(jīng)過校準，以確保1 Ω產(chǎn)生1 mV的輸出乘以量程開關(guān)設(shè)置中提供的校準。例如，在
x1000 范圍內(nèi)，1 歐姆對應(yīng)于 1 mV x 1000 = 1 伏。在 x10 范圍內(nèi)，1 歐姆類似于 10 mV，依此類推。

如何校準

按下按鈕 S1 打開電源。驗證穩(wěn)壓器（U2）是否在其輸出端產(chǎn)生所需的+5V電壓，并且與二極管D3和D8串聯(lián)的1K電阻（R1）兩端產(chǎn)生約1.2 V
DC。

接下來，在 Rx 測試端子上連接數(shù)字萬用表，并將其設(shè)置為 DC 2mA 刻度。將開關(guān) S2 調(diào)整到 x1 位置并設(shè)置 R2 以獲得 1 mA
的顯示。完成這些操作后，將數(shù)字萬用表調(diào)整為DC 20 mA刻度，將S2設(shè)置為x10位置并調(diào)整R3以獲得10mA的讀數(shù)顯示。

完成這些步驟后，可以通過微調(diào)失調(diào)電壓來完成校準。為此，請將儀表從上述位置移除，并將其設(shè)置為DC 200 mV范圍。

完成此操作后，將電路的S2開關(guān)調(diào)整到x100位置，用銅線使Rx端子短路，然后將低歐姆測量電路的香蕉插頭推入數(shù)字萬用表的COM和VDC端子輸入。

開始旋轉(zhuǎn)電位計R6，以確保DMM顯示屏上的起始讀數(shù)略高于0 mV.。..在此之后立即將R6旋轉(zhuǎn)回去，以使DMM顯示屏上的讀數(shù)正好為0 mV。

這樣就完成了校準過程。

印刷電路板設(shè)計

零件清單