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

59

Forum Czytelników

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

zmierzyć, natomiast pozostałe dwa służą do
pomiaru spadku napięcia na tym rezystorze.
Wyprowadzenia te są wewnętrznie dołączone
w taki sposób, aby weliminować spadek na−
pięcia na rezystancji wyprowadzeń, przez
które przepływa prąd o dużej wartości. Jum−
per SJ1 umożliwia pracę układu zarówno
przy pojedynczym, jak również bipolarnym
napięciu zasilania. Przy pracy z bipolarnym
napięciem zasiania, powinien zostać on
zwarty do masy (zamiast tego można wypro−

wadzenia ref dołączyć do masy w punkcie
dołączenia do miernika), natomiast przy po−
jedynczym napięciu zasilania powinien po−
zostać rozwarty, a do wyprowadzeń ref nale−
ży dostarczyć napięcie o dobranej wartości.

Przy pracy z pojedynczym napięciem za−

silania należy również dołączyć wyprowa−
dzenie −V

s

do masy oraz nie montować kon−

densatorów C3, C4. Pozostałe elementy to
kondensatory odsprzęgające zasilanie.

Montaż i uruchomienie

Prezentowany układ można zmontować na
płytce uniwersalnej. Montaż należy rozpo−
cząć od zwarcia kroplą cyny jumpera SJ1,
wlutowując następnie dwa kondensatory
SMD, umieszczone pod układem IC1, na−
stępnie wlutować kondensatory elektroli−
tyczne (zalecałbym tantalowe, mające
znacznie lepsze parametry), ewentualną pod−
stawkę pod IC1 (lepiej układ ten wlutować
bezpośrednio w płytkę, jeżeli jednak ko−
niecznie ktoś chce zastosować podstawkę, to
powinna to być podstawka precyzyjna, po−
nieważ układ przetwarza sygnały o niewiel−
kiej amplitudzie). Następnie należy wluto−

wać rezystor R1 tak, aby zapewnić dobre
warunki odprowadzania ciepła, oraz odsunąć
go w miarę możliwości od pozostałych ele−
mentów, zwłaszcza kondensatorów elektroli−
tycznych. Teraz należy wlutować układ IC1.

Po dokładnym sprawdzeniu poprawności

montażu można do układu dołączyć zasila−
nie, natomiast do wyjścia, pomiędzy koń−
cówki ref i output, woltomierz lub oscylo−
skop. Układ ten nie wymaga uruchamiania
ani regulacji.

Piotr Czarkowski

Wykaz elementów

Rezystory

R

R11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..00,,0055

Ω

Ω

//11W

W//44P

PIIN

N

R

R22,,R

R22 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..2222kk

Ω

Ω

S

SM

MD

D

Kondensatory

C

C11,,C

C44 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..1100µµFF//1166V

V

C

C22,,C

C33 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..110000nnFF

Półprzewodniki

IIC

C11 .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. .. ..A

AD

D662299A

AN

N

Rys.3 Współczynnik tłumienia sygna−

łu wspólnego w funkcji często−

tliwości.