CN214585719U - 一种低阻抗磁电式直流微安表 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种低阻抗磁电式直流微安表，包括表笔电路、限幅电路、运算放大器电路、补偿电阻电路、反馈电路、电流计电路、满刻度偏转调整电路、供电电路；待测试电流Ix从所述表笔电路的负笔流出、从正笔流回到工作地；所述限幅电路由二极管D1、D2组成，所述运算放大器电路由运放A1及外围元件组成；所述补偿电阻R1连接于A1的3脚与工作地之间；所述反馈电路由反馈电阻R2、R3、R4、R5、R6组成，R2~R6的上端同时连接至A1的6脚，R2~R6的下端连接拨动开关K的相应触点；所述电流计电路由电流计G组成，所述满刻度偏转调整电路由电阻R7组成，A1的输出端6脚依次通过R7、电流计G连接工作地。

Description

一种低阻抗磁电式直流微安表

技术领域

本实用新型涉及一种低阻抗磁电式直流微安表制作的技术，该磁电式微安表利用运算放大器构成电压并联负反馈电路，该电路可以将输入电流转换成电压输出，这种电流/电压变换器的输出电压驱动普通磁电式电流表指针转动，圆满实现低阻抗磁电式微安表的设计。

技术领域

微安表用于测量微安级的小电流，分为指针式微安表和数字式微安表，指针式微安表又称为磁电式微安表，磁电式电流表、电压表的内部结构基本相同,主要区别就是动圈绕组的线径,和匝数不同。

微安表或毫安表一般可直接测量微安或毫安数量级的电流，为测更大的电流，微安或毫安电流表应有并联电阻器（又称分流器）。

微安电流表线圈用0.05mm线绕上千圈，毫安表用较粗的线绕几百圈，所以微安表的内阻比毫安表的内阻大，可动线圈通以电流以后，在永久磁铁的磁场作用下，产生转动力矩使线圈转动。

故对于磁电式电流表来说，电流表内阻越大，灵敏度越高，通常灵敏度一样的磁电式电流表电阻小的难以制造，因为磁场强度要求高，电流表的磁场一定时，灵敏度与动圈匝数成正比，匝数多内阻必然大，虽然采用更强的磁场，不增加动圈匝数也能提高灵敏度，但这属于另一种技术范畴。

电流表内阻越大，为了测试更大的电流，并联电阻器的阻值就越小，流过电流表本身的工作电流就相对越小，这必然会引起测量精度的降低。

故在实际测量中，内阻高的微安表或电流表对测量电路的影响较大，误差也偏大。

数字式电流表之所以精度比较高，是因为数字式微安表可以采用有源电流/电压变换电路，在达到很高灵敏度时，输入的电压降几乎为零，等效内阻很小。

针对磁电式电流表内阻、灵敏度、测量精度的矛盾，利用运算放大器构成电压并联负反馈电路，该电路可以将输入电流转换成电压输出，这种电流/电压变换器的输出电压驱动普通磁电式电流表指针转动，圆满实现低阻抗磁电式微安表的设计。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、造价低廉、使用可靠的低阻抗磁电式微安表的设计。

为实现上述目的，本实用新型提供一种低阻抗磁电式直流微安表，其包括表笔电路、限幅电路、运算放大器电路、补偿电阻电路、反馈电路、拨动开关电路、电流计电路、满刻度偏转调整电路、供电电路；待测试电流Ix从所述表笔电路的负笔流出、从所述表针电路的正笔流回到工作地；所述限幅电路由二极管D1、D2组成，所述运算放大器电路由运放A1及外围元件组成，所述表笔电路的负笔连接运放A1的反相端，二极管D1、D2反向并联且跨接于运放A1的同相与反相输入端之间；所述补偿电阻R1上端连接A1的3脚、下端连接工作地；所述反馈电路由反馈电阻R2、R3、R4、R5、R6组成，R2、R3、R4、R5、R6的上端同时连接至运放A1的输出端，R2、R3、R4、R5、R6的下端分别连接所述拨动开关电路拨动开关K的相应动触点，拨动开关K的静触点连接运放A1的反相端；所述电流计电路由电流计G组成，所述满刻度偏转调整电路由电阻R7组成，A1的输出端6脚依次通过R7、电流计G连接工作地。

所述运算放大器电路A1的1脚与8脚之间连接电容C1。

附图说明

附图1、附图2、附图3用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，附图1 是普通磁电式电流表电路；附图2是电压并联负反馈电路；附图3是低阻抗磁电式直流微安表原理图。

具体实施方式

普通磁电式电流表的结构

磁电式电流表即为测量闭合回路电流大小的仪器，当电流通过线圈时，导线受到安培力的作用，线圈左右两边所受安培力的方向相反，安装在轴上的线圈就会转动。线圈中的电流方向改变时，安培力的方向随着改变，指针的偏转方向也随着改变，根据指针的偏转方向，可以知道被测电流的方向。

这种电流表又称为灵敏电流计或表头，一般可直接测量微安或毫安数量级的电流，为测更大的电流，电流表应有并联电阻器（又称分流器），主要采用磁电系电表的测量机构。分流器的电阻值要使满量程电流通过时，电流表满偏转，即电流表指示达到最大，电路如图1所示。

图1中的A为灵敏电流计，内阻R₀=2.8K，满刻度电流I₀=42uA，R为电流计满刻度调整电阻，r₁、r₂、r₃、r₄为分流器电阻，R₁、R₂、R₃、R₄为各个量程对应的分流电阻，比如R₄对应的分流电阻是r₄=0.13Ω，R₃对应的分流电阻是r₄+r₃=1.3Ω，等等。S为量程开关，分别为1A、100mA、10mA、1mA供4档，V_CC为供电电源。

电流/电压变换电路

电流/电压变换电路实际上就是由运放电路与反馈电路构成了电压并联负反馈电路，如图2所示，图中标注了相关电位及电流的瞬时极性和电流流向。

由图可知，反馈量

表明反馈量取自输出电压u_O，且转换成反馈电流i_F，并将与输入电流i_I求差后放大，因此电路引入了电压并联负反馈，电压并联负反馈的功能是输入电流

控制输出电压

，即电流转换成电压。

不同反馈类型对输入电阻和输出电阻的影响：串联负反馈使电路的输入电阻提高；并联负反馈使电路的输入电阻降低；电压负反馈具有稳定输出电压的作用，即有恒压输出特性，故输出电阻降低；电流负反馈具有稳定输出电流的作用，即有恒流输出特性，故输出电阻提高。

故电压并联负反馈电路或电流/电压变换器电路具有输入电阻低、输出电阻低、且有恒压输出特性。

基于电流/电压变换电路的低阻抗磁电式直流微安表

既然电压并联负反馈电路有以上特性，那么将其应用于传统磁电式电流计，岂不是一种很有效的技术升级，低输入阻抗有助于提升电流表测量精度，低输出电阻相当于恒压源，将该恒压源驱动指针式电流计，那么被测量对象的实际电流将全部通过磁电式电流计，对比传统电流表设计利用分流器分流电流计电流的的方案，测量精度必将提高很多。

这种基于电流/电压变换电路的直流微安表，其电路设计如图3所示，该电路可以用于直流电流的测量，测量范围从1uA~10mA，供五个档，

可以看到，这种低阻抗磁电式直流微安表包括限幅电路、运算放大器电路、补偿电阻电路、反馈电路、电流计电路、满刻度偏转调整电路、供电电路。

运算放大器具有“虚短”、“虚断”的特性，放大器A₁的同相输入端通过补偿电阻R₁连接工作地，以保证集成运放输入级差分放大电路的对称性，故放大器A₁还具有“虚地”的特性，又称为假接地。

电路把从运放输出端的等量电流经由相应的反馈电阻R₂、R₃、R₄、R₅、R₆，及对应量程转换开关S馈送到反相输入端，图3中指出了这一电流I_X的极性，从电路图可以看出，电流I_X是由运算放大器的输出电路提供的，因为反相输入端保持在地电位（假接地），所以运算放大器A₁输出端相对于零电位是正的，对于图中所示的反馈电阻的参数值，电流计G处在满刻度偏转的电压为“1”V。

电流计G与满刻度调整电阻R₇串联连接于A₁的输出端与工作地之间，相当于恒压源的放大器A₁的输出电压将驱动电流计G产生偏转。

图3电路还可以观察到，上述待测电流I_X将通过反馈电阻、档位开关、待测电路、直接回流到电源公共端，可见，全部待测电流将由工作地、电流计G、电阻R₇回流到放大器的输出端，这对提高电流测量精度非常有效。

至于运放A₁的同相与反相之间并联的两个反极性二极管D₁、D₂，看似会影响电路的输入电阻，也会影响待测电流的走向，其实运放作为线性放大器使用时，两个输入端之间的差模电压很小，可以忽略不计，只有非线性应用时，才需要考虑输入差模电压的影响。

故以上两个二极管对该电压并联负反馈电路的负面影响可以忽略，对外来说，这两个二极管是保护二极管，防止运放两个输入端之间出现较大的差模电压而损坏运放的内部输入级，起限幅、保护作用。

至于这个基于电流/电压变换电路的低阻抗磁电式直流微安表的测量精度，反馈电阻越大，灵敏度越高，例如反馈电阻R₆对应的量程为1uA，灵敏度最高，其阻值为1M，而反馈电阻R₂对应量程为10mA，灵敏度最低，其阻值为100Ω。

但无论哪一个量程，运放电路输入端的电压降始终为零。

调试及注意事项

基于运放“虚地”的特性，那么反馈电阻与电流计电路（包括满刻度调整电阻R₇）的关系是并联关系，且都连接工作地（反馈电阻假接地）。

上文提到，无论哪一个测试量程，图3所示的反馈电阻阻值处在满刻度偏转的电压为1V，那么电流计G的电阻加上串联电阻R₇，在1V电压下必须产生满刻度偏转，比如，一个1mA满刻度偏转的电表（电流计G以及电阻R₇）总阻值为1KΩ；1个100uA的满刻度偏转的电表（同上）其总电阻为10kΩ，依次类推，满刻度调整电阻R₇可用预调电位器替代。

注意，应该以对待磁电灵敏电流计或表头的态度，来对待该直流微安表，故使用的时候只能测量较小的工作电流，如希望测量较大的电流，仍然要采取并联分流器的方法实现测量，或通过并联相应分流电阻制作大电流量程电流表。

总之，本文设计的微安表相当于一个极低阻抗的电流计或表头，该设计方案可以大大提高表头的测量精度。

Claims (2)

1.一种低阻抗磁电式直流微安表，其特征在于：所述直流微安表，包括表笔电路、限幅电路、运算放大器电路、补偿电阻电路、反馈电路、拨动开关电路、电流计电路、满刻度偏转调整电路、供电电路；待测试电流Ix从所述表笔电路的负笔流出、从所述表针电路的正笔流回到工作地；所述限幅电路由二极管D1、D2组成，所述运算放大器电路由运放A1及外围元件组成，所述表笔电路的负笔连接运放A1的反相端，二极管D1、D2反向并联且跨接于运放A1的同相与反相输入端之间；所述补偿电阻R1上端连接A1的3脚、下端连接工作地；所述反馈电路由反馈电阻R2、R3、R4、R5、R6组成，R2、R3、R4、R5、R6的上端同时连接至运放A1的输出端，R2、R3、R4、R5、R6的下端分别连接所述拨动开关电路拨动开关K的相应动触点，拨动开关K的静触点连接运放A1的反相端；所述电流计电路由电流计G组成，所述满刻度偏转调整电路由电阻R7组成，A1的输出端6脚依次通过R7、电流计G连接工作地。

2.根据权利要求1所述的一种低阻抗磁电式直流微安表，其特征在于：所述运算放大器电路A1的1脚与8脚之间连接电容C1。

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