Medir pequeñas corrientes sobre una resistencia de pequeño sentido

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Recientemente he tenido algunas dificultades al intentar medir corrientes muy bajas al usar una resistencia de detección pequeña.

Estoy tratando de medir en el rango de uA (1 - 150uA) con una tensión de alimentación de 3.3V. Ahora, por lo general esto no es un gran problema, pero el problema que obtengo aquí es que este proyecto en particular usa un módulo WiFi que alcanza un máximo de alrededor de 600 mA.

Necesito usar una pequeña resistencia de detección de corriente (0.1R) porque simplemente no puedo permitirme la caída de voltaje en valores más altos con el consumo máximo de corriente. Probé unos cuantos amplificadores de sentido de corriente diferentes, pero encontré que no son lo suficientemente precisos en estos niveles pequeños. Finalmente me decidí por un amplificador estabilizador de helicóptero (TLC2652) porque, aunque no era un amplificador de sentido de corriente específico, ofrecía mi compensación de 1 lV que pensé que era genial. Lo configuré como un amplificador diferencial con una ganancia de 100, sin embargo, todavía tenía problemas con la precisión al alcanzar un rango de corriente muy bajo. Molestamente, funciona perfectamente cuando se usa una resistencia de detección de corriente 1R, pero como se mencionó anteriormente, no puedo permitirme esta caída de voltaje. Con la resistencia 0.1R, está bien hasta que llega a menos de la ronda 20 uA y luego se vuelve un poco ruidoso.

¿Alguien tiene alguna sugerencia sobre una buena solución para que esto funcione?

Esta es la forma en que lo tengo configurado:

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Diré que no es muy crítico para que sea extremadamente preciso, esto es solo parte de un circuito para realizar comprobaciones de funcionalidad, por lo que estoy bien porque es un poco ruidoso en estas corrientes muy bajas, sin embargo, ¡No detiene mi curiosidad y mi deseo de encontrar una manera de resolverlo!

Espero haber formulado mi pregunta, por favor, avíseme si me he perdido alguna información o si hay algo que no haya explicado correctamente.

También, como nota al margen, debo decir que todavía estoy aprendiendo electrónica, por lo que me disculpo si he hecho algo incorrectamente o algo que algunas personas con más experiencia pueden encontrar tonta.

    
pregunta MCG

4 respuestas

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Prueba esto

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

¿Cuánto ruido esperar?

1uVrms,48dBSNR

Yahora,contiempoyfrecuenciacombinados,enSWE;Aquíhayunaseñaldepicode3voltiosa50Hz,conunruidode0dBRMSdeanchodebandade250Hz,enunfiltroLowPassde20Hz:

La respuesta de frecuencia del LPF de 20Hz es

$$ 1 / sqrt (1 + (Freq / 20Hz) ^ 2) $$

En DC, la ganancia es la unidad.

A 20Hz, la ganancia es 1 / sqrt (1 + 1) = 1 / 1.414 = 0.707 == -3dB

A 200Hz, la ganancia es de casi 0.1

A 2,000Hz la ganancia es de casi 0.01

EDITAR > > > En el primer esquema, los 100Kohm y 1uF crean un TAU o TimeConstant de 0.1 segundos. Para realizar mediciones precisas, debe ESPERAR después de los cambios actuales; 1Tau proporciona 1 Neper de precisión (9dB o 1.5bits); 2tau proporciona 2 Nepers de precisión porque el RC ha tenido el doble de tiempo de asentamiento (18dB, 3 bits, o aproximadamente el 16% de error); 5 TAU o 0.5 segundos logran 45 dB de precisión, casi 0.5% de precisión.

Por lo tanto, el ancho de banda del sistema, establecido aquí por ese 100Kohm y 1uF, determina cuánto tiempo DEBE ESPERAR después de un cambio de gran paso para medir con precisión ese cambio de gran paso. Los cambios pequeños solo necesitan proporcionalmente menos tiempo, antes de poder medir el valor con precisión. Por supuesto, pequeños cambios pueden estar casi ocultos en el ruido.

    
respondido por el analogsystemsrf
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Recientemente he tenido algunas dificultades al intentar medir corrientes muy bajas.

Utilice un convertidor I-V en su lugar.

Bastante simple.

editar:

  

Estoy tratando de medir en el rango de uA (1 - 150uA) ... que alcanza un máximo de alrededor de 600mA.

eso es un rango de 600k: 1.

Yo diría que está (mucho) más allá de lo que puede hacer el 99.99% de los ingenieros analógicos expertos. cualquiera que esté saliendo con una solución aquí sería un multimillonario instantáneo.

HP tiene una patente en ese frente, menos del rango que está buscando, que puede ser un punto de partida para usted.

    
respondido por el dannyf
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Cuando el problema es problemático, ¿por qué no cambiar el problema?

simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab

Este es un simple regulador de voltaje basado en opamp, con un sentido de corriente adicional. La compensación y la estabilidad están en ti, pero no es tan difícil. Elija un FET que pueda pasar el actual ...

R3 (100R aquí) es su resistencia sensorial, por lo que 10µA le da 1 mV en la resistencia. Conecte su entrada de difusor a través de R3. Elija un valor adecuado para R3. Puede usar un interruptor con varios valores si lo desea.

D1, por supuesto, resuelve su problema de rango dinámico, al limitar la tensión en R3 a una caída de diodo, para que pueda usar una resistencia grande Y también tener su corriente alta.

Supongamos que desea medir 150 µA ... no hay problema, configure R3 en 2k2 kOhm. 150µA te da 330mV. Fácil de medir. Y configura la ganancia actual de su amplificador sensorial para asegurarse de que no se recorte cuando el voltaje en R3 alcanza una caída de diodo y comienza a conducir.

Porque si su amplificador de detección actual se ajusta, entonces su etapa de entrada tendrá una cola térmica, lo que retrasará el asentamiento potencialmente milisegundos. Es por eso que ninguno de los circuitos propuestos aquí funcionará. No utilizas un opamp para medir microvoltios en una resistencia sensorial, y confías en los resultados si ocasionalmente se corta.

    
respondido por el peufeu
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Ignorando el error esquemático que muestra la salida opamp conectada al riel de alimentación positiva .....

El ruido opamp es de aproximadamente 30 nano voltios por hertz raíz, por lo tanto, si tiene un ancho de banda de medición de 1 MHz, el ruido rms en la entrada será de aproximadamente 30 uV rms. Tiene una ganancia de 100, por lo que esto se convierte en 3 mV de ruido en la salida.

Ahora, estas son solo figuras de béisbol para que puedas reflexionar. Si el ancho de banda de su circuito de medición es de solo 10 kHz, el ruido será de aproximadamente 300 uV rms.

Este y el LM317 son los posibles culpables.

Otro problema es la tolerancia en las resistencias. Con un circuito diferencial de tan alta ganancia y resistencias del 1%, el rechazo del modo común será bastante malo y el ruido del riel de potencia LM317 se amplificará. Hay fichas que harán este trabajo por ti. La tecnología Linear hace que los monitores de corriente de "lado alto" sean mucho más adecuados que un circuito diferencial.

    
respondido por el Andy aka

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