在电子设计中,电阻值的测量是非常重要的。比如在薄膜压力传感器中需要对电阻值进行测量,利用PT100测温度的时候需要测量其电阻。

1.电阻分压测量方法

在测量电阻的时候通常都是转换为电压测量,串联一个已知电阻,测量两个电阻之间的电压,利用分压公式得到电阻值。

显然这个电路中,输出电压为:

式中, 为串联分压的电阻, 为参考电压。

令 为10K, 为5V,利用MATLAB画出U-R曲线,如图:

从曲线可以看出,U与R不成线性关系,计算复杂。并且R的测量精度在不同值的时候不一致,导致整体的测量精度不高。

2.线性转换电路

直接给出电路再分析吧。

U1为电压跟随器,U2为恒流控制电路,U3为差分比例运算电路。

U1为将两个电阻R1、R2分得的电压,缓冲后输出到Ua 。

U2为恒流控制器,流过R3和R8的电流相等,即:

R8两端的电压为:

U3为差分比例运算电路,其中 , ,,则

上述可得:

故输出电压Uout和R8 成正比,将R8设为需要测量的电阻值。

根据需要测量的电阻值范围和电路电源,可以得到最合适的电阻参数。

3.测试

例如,希望测量电阻范围为0-250欧姆,利用LM324运放得到如下电路。

电路中U1A的同相输入电压为2V,R3的电流为2ma,R8的电流为2ma,电源为5V,可以测量的范围是0-250欧姆。

(注:由于LM324不是轨到轨运放,所以其实际输出到不了电源5V,可以提升其供电电压以实现最大5V输出)

R8为150欧姆时,乘以2ma,理论输出为3V,实际3.0257V。

R8为200欧姆时,乘以2ma,理论输出为4V,实际4.02314V。

通过以上说明,电阻线性转换电路是可以正常工作的,需要根据需要进行设计。

4.展望

有时,可能电阻的阻值不是从0开始,比如测量范围为1k-2k欧姆,如果利用上面的电路,可能就会浪费一部分测量范围,如果将1k-2k对应0-5V输出,会提高提高一倍的测量精度。

在后面再加一级差分比例运算放大电路,即可完成偏置的调节

,最终输出电压为:

推导可得:

只要选择合适的电阻值,即可完成偏置的设置。

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