CN209946259U - 一种高精度电流采样及控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种高精度电流采样及控制电路，包括负载，还包括微安表、毫安表，负载的一端连接直流电源，负载的另一端经检测电阻R2后，再经检测电阻R1接地；检测电阻R2和检测电阻R1的公共端经第一电压跟随器连接比较器，比较器的输出端控制继电器的线圈通断电，微安表的一端经继电器的第一常闭开关连接第一电压跟随器的输出端，微安表的另一端接地；负载和检测电阻R2的公共端连接第二电压跟随器的输入端，第二电压跟随器的输出端连接继电器的第一常开开关的一端，第一常开开关的另一端经毫安表连接第一电压跟随器的输出端。本实用新型能够根据负载的电流自动切换毫安表以及微安表，通过微安表能够达到微安级的测量精度。

Description

一种高精度电流采样及控制电路

技术领域

本实用新型涉及电流检测技术领域，具体涉及一种高精度电流采样及控制电路。

背景技术

学生需要经常做电路实验，电路实验会检测电路的电流值，但是电路实验的电流检测需要预先对电路的电流进行估计，先用大电流的档位对电路进行电流粗测，根据粗测结果再换用合适的电流表档位，但是有些学生往往没有按照操作规程来进行测试，如果将小电流的微安表直接接到毫安级电流的电路中，容易损坏微安表。

传统的电流采样电路只有一个采样电阻，当采样电阻需要达到毫安级的检测精度时，无法对微安级的电流进行采样；当针对为微安级电流设置采样电阻时，该系统无法达到毫安级的电流检测量程，即无法同时检测毫安级电流及微安级电流，需要通过档位切换开关切换采样电阻。目前采用多个采样电阻并联的电流采样电路，使用时切换到相应的采样电阻档位进行采样，此种电路虽然同时兼顾了毫安级电流和微安级电流的测量，但在连续切换档位开关测量时，容易出现电流测试不准确以及负载电压突变的状况，影响负载正常使用。

实用新型内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本实用新型的目的是提供一种高精度电流采样及控制电路，该电路能够根据负载的电流自动切换毫安表以及微安表，通过微安表能够达到微安级的测量精度，同时在切换过程中负载两端没有电压跳变的情况。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：一种高精度电流采样及控制电路，包括负载，其关键在于，还包括检测电阻R1、检测电阻R2、微安表、毫安表，负载的一端连接直流电源，负载的另一端连接检测电阻R2的一端，检测电阻R2的另一端经检测电阻R1接地；

检测电阻R2和检测电阻R1的公共端连接第一电压跟随器的输入端，第一电压跟随器的输出端连接比较器，比较器的输出端连接开关三极管Q1的基极，开关三极管Q1控制继电器的线圈通断电，微安表的一端经继电器的第一常闭开关连接第一电压跟随器的输出端，微安表的另一端接地；

负载和检测电阻R2的公共端连接第二电压跟随器的输入端，第二电压跟随器的输出端连接继电器的第一常开开关的一端，继电器的第一常开开关的另一端经毫安表连接第一电压跟随器的输出端；

检测电阻R2和毫安表的阻值相同，检测电阻R1和微安表的阻值相同。

通过比较器和继电器组成的控制电路能够完成微安表和毫安表的自动切换。

通过上述的结构设置，检测电阻R1和微安表的阻值相同，但是检测电阻R1能够通过的最大电流大于微安表的电流，检测电阻R1能够通过的最大电流值和检测电阻R2的最大电流值相同，检测电阻R2能够通过的最大电流值等于毫安表能够通过的最大电流值。

由于检测电阻R1和微安表的阻值相同，负载电流流过检测电阻R1和流过微安表产生的电压差相等，第一电压跟随器的输出端的电压等于输入端的电压，比较器用于监测该电压，比较器设置有电压阈值，该电压阈值等于微安表的最大检测电流与微安表的阻值的乘积，如果第一电压跟随器的输出端的电压小于设定的电压阈值，即小于微安表的最大检测电流与微安表的阻值的乘积，比较器的输出端控制开关三极管Q1截止，开关三极管Q1控制继电器的线圈断电，继电器的第一常闭开关闭合，微安表的一端连接第一电压跟随器的输出端，微安表的另一端接地；即通过微安表检测负载的电流。

第二电压跟随器的输出端的电压等于其输入端的电压，也就等于负载和检测电阻R2的公共端的电压；

由于检测电阻R2和毫安表的阻值相同，负载的电流流过毫安表时产生和电压降和流过检测电阻R2产生的电压降相同；因此通过毫安表能够检测负载的电流；

当第一电压跟随器的输出端的电压小于设定的电压阈值时，继电器的第一常开开关断开，毫安表断电；只通过微安表检测负载的电流。

反之，当第一电压跟随器的输出端的电压大于设定的电压阈值，即大于微安表的最大检测电流与微安表的阻值的乘积时，比较器的输出端控制开关三极管Q1导通，开关三极管Q1控制继电器的线圈通电，继电器的第一常闭开关断开，微安表断开；防止被烧毁。

继电器的第一常开开关闭合，毫安表通电；只通过毫安表检测负载的电流。完成了微安表和毫安表的自动切换，由于没有通过换档开关给负载通电和断电，在切换过程中负载两端没有电压跳变的情况。

所述负载和检测电阻R2的公共端连接继电器的第二常闭开关的一端，继电器的第二常闭开关的另一端连接检测电阻R2和检测电阻R1的公共端。

当第一电压跟随器的输出端的电压小于设定的电压阈值时，也就是负载电流小于微安表的量程时，继电器的第二常闭开关闭合，使检测电阻R2的两端短接，在测量微安级的负载电流时，提高微安表的测量精度，反之，继电器的第二常闭开关断开。

所述比较器包括第三集成运放，第一电压跟随器的输出端连接第三集成运放的同相输入端，第三集成运放的反相输入端连接有参比电路，第三集成运放的输出端连接开关三极管Q1的基极。

参比电路用于产生一比较电压，即设定的电压阈值，当第一电压跟随器的输出端的电压小于电压阈值时，第三集成运放的输出端输出负电压，反之，第三集成运放的输出端输出正电压。

所述负载和检测电阻R2的公共端连接蜂鸣器的一端，蜂鸣器的另一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接稳压管D1的负极，稳压管D1的正极接地。

当负载的检测电流远大于毫安表的检测电流时，或者检测电阻R2和检测电阻R1直接被连接到直流电源上时，稳压管D1导通，蜂鸣器鸣叫报警。发出检测电流超标报警。

显著效果:本实用新型提供了一种高精度电流采样及控制电路，该电路能够根据负载的电流自动切换毫安表以及微安表，通过微安表能够达到微安级的测量精度，同时在切换过程中负载两端没有电压跳变的情况。

附图说明

图1为本实用新型的电路结构图；

图2为第一运算放大器的电路图；

图3为第一ICL7107数字转换芯片和第一数码管的电路图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1-图3所示，一种高精度电流采样及控制电路，包括负载1，还包括检测电阻R1、检测电阻R2、微安表2、毫安表3，负载1的一端连接直流电源，负载1的另一端连接检测电阻R2的一端，检测电阻R2的另一端经检测电阻R1接地；

检测电阻R2和检测电阻R1的公共端连接第一电压跟随器4的输入端，第一电压跟随器4的输出端连接比较器5，比较器5的输出端连接开关三极管Q1的基极，开关三极管Q1控制继电器的线圈J1-1通断电，微安表2的一端经继电器的第一常闭开关J1-2连接第一电压跟随器4的输出端，微安表2的另一端接地；

负载1和检测电阻R2的公共端连接第二电压跟随器6的输入端，第二电压跟随器6的输出端连接继电器的第一常开开关J1-4的一端，继电器的第一常开开关J1-4的另一端经毫安表3连接第一电压跟随器4的输出端；

检测电阻R2和毫安表3的阻值相同，检测电阻R1和微安表2的阻值相同。

通过上述的结构设置，检测电阻R1和微安表2的阻值相同，但是检测电阻R1能够通过的最大电流大于微安表2的电流，即检测电阻R1的功率大于微安表2电阻的功率，检测电阻R1能够通过的最大电流值和检测电阻R2的最大电流值相同，检测电阻R2能够通过的最大电流值等于毫安表3能够通过的最大电流值。

由于检测电阻R1和微安表2的阻值相同，负载电流流过检测电阻R1和流过微安表2产生的电压差相等，第一电压跟随器4的输出端的电压等于输入端的电压，比较器5用于监测该电压，比较器5设置有电压阈值，该电压阈值等于微安表2的最大检测电流与微安表2的阻值的乘积，如果第一电压跟随器4的输出端的电压小于设定的电压阈值，即小于微安表2的最大检测电流与微安表2的阻值的乘积，比较器5的输出端控制开关三极管Q1截止，开关三极管Q1控制继电器的线圈J1-1断电，继电器的第一常闭开关J1-2闭合，微安表2的一端连接第一电压跟随器4的输出端，微安表2的另一端接地；即通过微安表2检测负载1的电流。

第二电压跟随器6的输出端的电压等于其输入端的电压，也就等于负载1和检测电阻R2的公共端的电压；

由于检测电阻R2和毫安表3的阻值相同，负载1的电流流过毫安表3时产生和电压降和流过检测电阻R2产生的电压降相同；因此通过毫安表3能够检测负载1的电流；

当第一电压跟随器4的输出端的电压小于设定的电压阈值时，继电器的第一常开开关J1-4断开，毫安表3断电；只通过微安表2检测负载1的电流。

反之，当第一电压跟随器4的输出端的电压大于设定的电压阈值，即大于微安表2的最大检测电流与微安表2的阻值的乘积时，比较器5的输出端控制开关三极管Q1导通，开关三极管Q1控制继电器的线圈J1-1通电，继电器的第一常闭开关J1-2断开，微安表2断开；防止被烧毁。

继电器的第一常开开关J1-4闭合，毫安表3通电；只通过毫安表3检测负载1的电流。完成了微安表2和毫安表3的自动切换，由于没有通过换档开关给负载1通电和断电，在切换过程中负载1的两端没有电压跳变的情况。

所述微安表2为指针式微安表；所述毫安表3为指针式毫安表。

指针式微安表和指针式毫安表结构简单，性能可靠。

所述微安表2为电子式微安表；所述毫安表3为电子式毫安表；

如图2和图3所示，所述电子式微安表包括第一运算放大器，第一运算放大器连接有第一ICL7107数字转换芯片；第一ICL7107数字转换芯片连接有第一数码管。

第一运算放大器的第一输入端经继电器的第一常闭开关J1-2连接第一电压跟随器4的输出端，第一运算放大器的第二输入端接地；

第一运算放大器的两个输出端与第一ICL7107数字转换芯片的两个信号输入端即31脚和30脚相连。

所述电子式毫安表包括第二运算放大器，第二运算放大器连接有第二ICL7107数字转换芯片；第二ICL7107数字转换芯片连接有第二数码管。

其中第二运算放大器与第一运算放大器的电路结构相同，只是放大倍数不同。第一运算放大器的放大倍数大于第二运算放大器的放大倍数。

第二ICL7107数字转换芯片、第二数码管与第一ICL7107数字转换芯片、第一数码管的电路结构相同，因此电路图略。

继电器的第一常开开关J1-4的另一端连接第二运算放大器的第一输入端，第二运算放大器的第二输入端连接第一电压跟随器4的输出端；

第二运算放大器的两个输出端与第二ICL7107数字转换芯片的两个信号输入端即31脚和30脚相连。

第一ICL7107数字转换芯片、第二ICL7107数字转换芯片与数字万用表中的ICL7107数字转换芯片的原理是相同的，检测电阻R1、检测电阻R2相当于数字万用表中与ICL7107数字转换芯片相连的转换电阻的阻值，将检测电流转换为电压后，经模数转换器转换，通过第一数码管、第二数码管显示电流值。

所述负载1和检测电阻R2的公共端连接继电器的第二常闭开关J1-3的一端，继电器的第二常闭开关J1-3的另一端连接检测电阻R2和检测电阻R1的公共端。

当第一电压跟随器4的输出端的电压小于设定的电压阈值时，也就是负载1的电流小于微安表2的量程时，继电器的第二常闭开关J1-3闭合，使检测电阻R2的两端短接，在测量微安级的负载电流时，提高微安表2的测量精度。

反之，当第一电压跟随器4的输出端的电压大于设定的电压阈值时，也就是负载1的电流大于微安表2的量程时，继电器的第二常闭开关J1-3断开，可以通过毫安表3检测负载1的电流。

当测量毫安级的电流时，串接的检测电阻R1的精度影响可以忽略。

所述比较器5包括第三集成运放，第一电压跟随器4的输出端连接第三集成运放的同相输入端，第三集成运放的反相输入端连接有参比电路，第三集成运放的输出端连接开关三极管Q1的基极。

如图1所示，所述第一电压跟随器4由第一集成运放制成，第二电压跟随器6由第二集成运放制成。

参比电路用于产生一比较电压，即设定的电压阈值，等于微安表2的最大检测电流与微安表2的阻值的乘积，当第一电压跟随器4的输出端的电压小于电压阈值时，第三集成运放的输出端输出负电压，三极管Q1截止，反之，第三集成运放的输出端输出正电压，三极管Q1导通。

如图1所示，参比电路包括电阻R3、可调电阻R4以及稳压管D2，调节可调电阻R4的输出端可以获得不同的电压阈值。

所述负载1和检测电阻R2的公共端连接蜂鸣器7的一端，蜂鸣器7的另一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接稳压管D1的负极，稳压管D1的正极接地。

当负载1的检测电流远大于毫安表3的检测电流时，或者检测电阻R2和检测电阻R1直接被连接到直流电源上时，稳压管D1导通，蜂鸣器7鸣叫报警，发出检测电流超标报警。

指针式毫安表采用C65直流毫安表，C65直流毫安表采用10毫安量程，检测电阻R2和10毫安量程时的电阻值相同。

指针式微安表采用C65直流微安表，C65直流微安表采用1000微安量程，检测电阻R1和1000微安量程时的电阻值相同。

其中，图1中的发光二极管D3固定在毫安表3上，发光二极管D3点亮表示毫安表3处于工作状态。

最后，需要注意的是：以上列举的仅是本实用新型的具体实施例子，当然本领域的技术人员可以对本实用新型进行改动和变型，倘若这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，均应认为是本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种高精度电流采样及控制电路，包括负载(1)，其特征在于，还包括检测电阻R1、检测电阻R2、微安表(2)、毫安表(3)，负载(1)的一端连接直流电源，负载(1)的另一端连接检测电阻R2的一端，检测电阻R2的另一端经检测电阻R1接地；

检测电阻R2和检测电阻R1的公共端连接第一电压跟随器(4)的输入端，第一电压跟随器(4)的输出端连接比较器(5)，比较器(5)的输出端连接开关三极管Q1的基极，开关三极管Q1控制继电器的线圈通断电，微安表(2)的一端经继电器的第一常闭开关连接第一电压跟随器(4)的输出端，微安表(2)的另一端接地；

负载(1)和检测电阻R2的公共端连接第二电压跟随器(6)的输入端，第二电压跟随器(6)的输出端连接继电器的第一常开开关的一端，继电器的第一常开开关的另一端经毫安表(3)连接第一电压跟随器(4)的输出端；

检测电阻R2和毫安表(3)的阻值相同，检测电阻R1和微安表(2)的阻值相同。

2.根据权利要求1所述的一种高精度电流采样及控制电路，其特征在于：所述微安表(2)为指针式微安表；所述毫安表(3)为指针式毫安表。

3.根据权利要求1所述的一种高精度电流采样及控制电路，其特征在于：所述微安表(2)为电子式微安表；所述毫安表(3)为电子式毫安表；

所述电子式微安表包括第一运算放大器，第一运算放大器连接有第一ICL7107数字转换芯片，第一ICL7107数字转换芯片连接有第一数码管；

所述电子式毫安表包括第二运算放大器，第二运算放大器连接有第二ICL7107数字转换芯片，第二ICL7107数字转换芯片连接有第二数码管。

4.根据权利要求1所述的一种高精度电流采样及控制电路，其特征在于：所述负载(1)和检测电阻R2的公共端连接继电器的第二常闭开关的一端，继电器的第二常闭开关的另一端连接检测电阻R2和检测电阻R1的公共端。

5.根据权利要求1所述的一种高精度电流采样及控制电路，其特征在于：所述比较器(5)包括第三集成运放，第一电压跟随器(4)的输出端连接第三集成运放的同相输入端，第三集成运放的反相输入端连接有参比电路，第三集成运放的输出端连接开关三极管Q1的基极。

6.根据权利要求1所述的一种高精度电流采样及控制电路，其特征在于：所述负载(1)和检测电阻R2的公共端连接蜂鸣器(7)的一端，蜂鸣器(7)的另一端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接稳压管D1的负极，稳压管D1的正极接地。

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