58
E l e k t r o n i k a d l a W s z y s t k i c h
Wrzesień 2002
Układ umożliwia pomiar wartości prą−
du w sytuacji, gdy pomiędzy obwo−
dem, z którego jest zasilany układ po−
miarowy, a obwodem, w którym jest
dokonywany pomiar prądu, występuje
napięcie o znacznej wartości. Sytua−
cja taka zdarza się w bardzo wielu za−
stosowaniach, jako przykład może
chociażby służyć zasilacz laboratoryj−
ny. Obwody pomiarowe są często zasi−
lane pojedynczym napięciem +5V, na−
tomiast pobór prądu przez zewnętrzne
układy jest mierzony w obwodach,
w których może występować kilka−
dziesiąt woltów, przy czym w obwo−
dach tych może występować zarówno
dodatnie, jak i ujemne napięcie wzglę−
dem masy układu pomiarowego. Pre−
zentowany układ umożliwia dokona−
nie precyzyjnego pomiaru w takich sy−
tuacjach, a dzięki dużej wartości tłu−
mienia sygnału wspólnego, układ ten
jest odporny na zakłócenia. Umożli−
wia to niezawodny pomiar również
w przypadku znaczngo oddalenia od
miejsca pomiaru. Szerokie pasmo pra−
cy układu daje możliwość pomiaru
prądu zmiennego dostarczanego do
obciążenia (np. głośnika).
Innym zastosowaniem prezentowa−
nego układu może być precyzyjna son−
da umożliwiająca obserwację prądu
pobieranego przez obciążenie. Zasto−
sowanie
odpowidniego
rezystora
pozwala na dostosowanie układu do
wymagań i potrzeb danej aplikacji.
Przyrząd ten charakteryzuje się nie−
wielkimi wymiarami, szerokim zakre−
sem napięć zasilających oraz niskim
poborem mocy. Te, jak i pozostałe pa−
rametry, umożliwiają bezproblemowe
wbudowanie do istniejących, jak rów−
nież nowo budowanych urządzeń.
Opis układu
W prezentowanym układzie do pomaru warto−
ści prądu pobieranego przez obciążenie wyko−
rzystana została jedna z najpopularniejszych
metod, a mianowicie kontrola spadku napięcia
na rezystorze włączonym szeregowo ze źródłem
zasilania. Rozwiązanie to jest powszechnie
wykorzystywane dzięki niewielkiej komplika−
cji układu współpracującego. Jak wiadomo,
na rezystorze − czujniku prądu, zgodnie
z prawem Ohma, występuje spadek napię−
cia równy U=I
∆∆
R. Ponieważ wartość R jest
stała, niezależnie od przyłożonego napięcia,
tak więc spadek napięcia na tym rezystorze
jest wprost proporcjonalny do przepływają−
cego przezeń prądu. W przypadku, gdy mię−
dzy układem dokonującym pomiaru a rezy−
storem − czujnikiem prądu występuje nie−
wielkie napięcie lub gdy układ pomiarowy
„pływa” na potencjale obciążenia, pomiar
ten jest sprawą trywialną. Prawdziwy pro−
blem pojawia się wtedy, gdy musimy zmie−
rzyć spadek napięcia w
obwodzie,
w którym występuje napięcie o wartości
znacznie wykraczającej poza napięcie zasila−
nia obwodu pomiarowego. W tym przypadku
z pomocą przychodzi wykorzystanie wzmac−
niacza różnicowego o dużej dopuszczalnej
wartości napięcia wspólnego. Wzmacniacz ta−
ki można wykonać z wykorzystaniem wzmac−
niacza operacyjnego. W tym przypadku zacho−
dzi jednak konieczność precyzyjnego dobrania
czterech rezystorów. Dokładność ich dopaso−
wania jest szczególnie istotna w sytuacji, gdy
napięcie w obwodzie, w którym mierzymy
wartość prądu, może się zmieniać w szerokich
granicach (np. w zasilaczu laboratoryjnym,
gdzie zakres napięcia wyjściowego często
osiąga lub przekracza 30V). W takim przypad−
ku, przy niedokładnym dopasowaniu wartości
rezystorów, zmiana napięcia wyjściowego
układu będzie powodowała również zmianę
wartości wskazywanego prądu. W przedsta−
wionym na rysunku 1 układzie problem dopa−
sowania rezystorów rozwiązano poprzez za−
stosowanie precyzyjnego wzmacniacza różni−
cowego typu AD629 firmy Analog Devices,
który jest zdolny do pracy przy napięciu
wspólnym (tzn. pojawiającym się jednocześnie
na obu jego wejściach), osiągającym ±270V.
Układ ten jest również w stanie przetrwać
przepięcia napięcia różnicowego, jak i wspól−
nego o wartości ±500V. Zakres napięć zasila−
nia tego układu wynosi od ±2,5V do ±18V. Na
rysunku 2 przedstawiono dopuszczalny za−
kres napięcia wspólnego w funkcji napięcia
zasilania.
Zastosowanie we wzmacniaczu wewnętrz−
nych rezystorów pozwoliło na osiągnięcie du−
żego współczynnika tłumienia sygnału wspól−
nego (CMRR − Common Mode Rejection
Ratio) osiągającego, zależnie od wersji, 77
lub 86 dB (są to wartości minimalne).
Na rysunku 3 przedstawiona jest zależ−
ność (typowa) tego współczynnika od często−
tliwości. Jako rezystor pełniący funkcję czuj−
nika prądu zastosowany został element prze−
znaczony specjalnie do precyzyjnych pomia−
rów prądu, wyposażony w wyprowadzenia
w konfiguracji Kelvina. Rezystor ten posiada
cztery wyprowadzenia, przez dwa z nich
przepływa prąd, wartość którego chcemy
FF
FF
o
o
o
o
rr
rr
u
u
u
u
m
m
m
m
C
C
C
C
zz
zz
yy
yy
tt
tt
e
e
e
e
ll
ll
n
n
n
n
ii
ii
k
k
k
k
ó
ó
ó
ó
w
w
w
w
Rys.1 Schemat ideowy
Rys.2 Dopuszczalne wspólne napięcie
wejściowe (CMRR) w funkcji na−
pięcia zasilania.
P
P
P
P
rr
rr
e
e
e
e
c
c
c
c
yy
yy
zz
zz
yy
yy
jj
jj
n
n
n
n
yy
yy
b
b
b
b
ii
ii
p
p
p
p
o
o
o
o
ll
ll
a
a
a
a
rr
rr
n
n
n
n
yy
yy
c
c
c
c
zz
zz
u
u
u
u
jj
jj
n
n
n
n
ii
ii
k
k
k
k
p
p
p
p
rr
rr
ą
ą
ą
ą
d
d
d
d
u
u
u
u
