DIY 廉价毫欧表 V2.0
时间:2017-07-24 10:33 来源:数码之家 作者:fengzheng199 点击:次
| 毫欧表的用途：在各种DIY制作中 精密小电阻（康铜丝）的使用，和MOS管的使用是避免不了的，还有线材的阻值测量。康铜丝如果存放不当标签丢失，就很难分辨的清楚了，而且普通万用表并不具备测量毫欧级小电阻的能力，MOS管的内阻 也无法直观观测到，出于这些目的我开始制作了这款毫欧表。 以前就看到论坛里很多前辈们做的附件式的毫欧表。但是感觉使用起来有点别扭，正好自己也会单片机，就做了个独立式的。去年2月份的时候制作了第一款4位毫欧表（http://bbs.mydigit.cn/read.php?tid=1548711），后来使用中不知道怎么就烧掉了，正好前两个月PCB制板打折，就重新做了一版。 本系统由5V USB提供电源，100mA恒流源 18bit ADC 4线开尔文夹子测量 分辨率1毫欧 量程1-5000毫欧。 粗略计算了下不算PCB费用：STM8S003单片机 1.3元 + MCP3421 ADC芯片4元 + 基准TL431 0.2 数码管 1.3 三极管 检流电阻0.4元 运放0.5元 等等 大概总成本10元左右把（应该算的上廉价把）。 还有个大头的开尔文夹子5元一只*2，不用也可以，就是精度会差些 bom： 
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先简单介绍下毫欧表原理，据说小电阻测量大致有3种方法：（详见http://bbs.38hot.net/thread-40484-1-1.html 我也是看着学习的） 1：电桥法 （我也不大了解，所以这种方法就Pass了） 2：比例法 （需要一个高精度的电阻，我也没。） 3：恒流法 欧姆定律 U=I*R U(电压)，可以用ADC采样。 I(电流)，使用运放控制恒流电路 
我简单的分析一下。 MOS管的的导通内阻由Vgs决定，随着Vgs电压升高完全开启电压时，MOS管的导通电阻从无穷大 到 Ron 几十毫欧甚至几毫欧，在这个电路中我们把他当作一个可控电阻来使用，运放的输出控制MOS管的导通程度。 我们看到MOS管下方有一个电阻，根据欧姆定律 U=I*R。因为电阻值是固定的，所以U(电压)正比于流过电阻的电流也就是V_fb。 把这个V_fb接到运放的反向输入端（V-）。 在运放的正向输入端（V-）输入一个基准信号V_ref。 当V_ref > V_fb时： 运放输出电压升高，即MOS导通电阻减小，VCC-MOS管-电阻-GND 总电阻减小 电流增大，即V_fb升高。 反之亦然。这形成了一个带负反馈的闭环电路。 当运放输出稳定时，根据运放的特性 V+ = V- 即V_ref = V_fb。而V_fb又正比于 流过电阻的电流。 所以一个恒流电路就这么构成了。 前面讲到了恒流电路的组成，其中有个很关键的部分就是V_ref，运放的精度一般是很高的，那么决定恒流精度的大头就是这个V_ref了。 V_ref虽然可以从5V分压得到，但是就算是5V每台电脑的输入也不尽一致，一般的解决方案是使用基准IC。 像TL431(最常见&廉价) LM399 ref3025 之类的基准也很多。我就不介绍的，使用起来也大都很简单，普通的基准IC只要电源一接就好。 TL431多了一个分压电阻（需要保证IKA>1mA） 
鉴于廉价和精度1毫欧 不算高的考虑，我使用了TL431生成2.5V基准。再分压得到10mV。检流电阻使用的是100毫欧贴片合金电阻，构成100mA的恒流回路。 楼下继续 采样部分我选择的是4元 1颗的 18bit ADC MCP3421。 差分输入，内置1-8倍增益的 VGA。12bit-18bit 可选精度，当然精度越高速度越慢18bit 每秒只有3.75个数据，但是也够用了。 由于这款芯片是采样的范围是-2.048V-2.048V所以实际精度在17bit 理论分辨率大概在每bit 0.15毫欧左右。1毫欧分辨率戳戳有余了。 实际电路中我在MOS管前加了个LM317 先降压降到2V左右，防止输入超 ADC量程，导致芯片损毁。同时也起到功率分摊的作用，3V 100mA的功率分摊到了LDO上，减轻 MOS管的负担。 注意！！！：此电路不适合长时间测量，MOS管没有提供很好的散热，如果测量时夹子长时间（几分钟）夹在测量电阻上可能会造成MOS管烧毁，间断式测量应该没关系。 完全开源，欢迎大家探讨，如有建议，欢迎PM。 附上原理图和PCB   注意：一开始运放的型号标错了，已修改 PCB实物：   PCB我这里还有一些。如果想要的话可以PM我，收个运费我送给你。 原理图PCB文件下载（之前没怎么画过双面板，布线有点差见谅。。。）  201610_mΩ_table.7z (1247 K) 下载次数:14 STM8程序(程序本身就 I2C和MCP3421通信读取数据 然后 刷新数码管显示，并没有什么花头) m_Table.7z (128 K) 下载次数:5 由于原件体制不同，恒流值很有可能有差别，需要测量后修改程序中的  为实际电流值，单位A 烧录程序时需要拔掉MiniUSB线。并在5V排针处接3.3V 不然会报 内存检测出错 免M币连接见下方： 链接: http://pan.baidu.com/s/1nv13VgH 密码: vm8d 觉得有用加个分呗，睡觉去了。。。 下帖，实物测量数据。 电路参数实际测量：  LDO后级输出1.8779V < ADC量程 2.048V  TL431输出基准电压 2.4577V 约等于理论 2.5V 可见TL431的体制和温度对基准电压是有一定影响的  分压得到的10mV  恒流值101.293mA 符合计算的100mA（10月份的时候我测量下来101.7mA左右，现在气温下降了10度左右电流也减少了0.4mA，可见TL431基准的温漂和其他原件的温漂影响是个不容忽视的问题。在这里勉强可以接受） 小电阻测量：  我的康铜丝盒子。。。懒得贴标签，已经快不能辨认了。  100毫欧康铜丝测量  20毫欧康铜丝测量  3毫欧康铜丝测量。  15毫欧精密合金电阻测量  MOS管 IRFP250N 在4.4V下的导通电阻 468毫欧  MOS管 IRFP250N 在4.4V下的导通电阻 100毫欧  MOS管 IRFP250N 在4.4V下的导通电阻 58毫欧 此时已经完全导通  (责任编辑：admin) |