circuito de medición de corriente

A veces es difícil llegar a la mente de un diseñador. Especialmente, para alguien como yo que es simplemente un aficionado con una experiencia práctica muy modesta en electrónica.

Pero a mis ojos, el NFET debe haberse agregado por una razón. De lo contrario, si solo se trata de una corriente para medir, entonces simplemente conducir esa corriente a través de una resistencia sería suficiente para crear un voltaje medible y eso sería todo.

Llamemos a la corriente desconocida, \ $ I_X \ $. \ $ R_ {251} \ $ y \ $ C_ {256} \ $ tiene un \ $ \ tau = 4.7 \: \ textrm {ms} \ $. Si espera varios \ $ \ tau \ $, el voltaje en la entrada del seguidor se calmará y el voltaje medido del ADC será entonces \ $ I_X \ cdot R_ {250} \ $. Por sí mismo, eso solo podría ser lo suficientemente bueno. Entonces, ¿por qué el NFET, en absoluto? Bueno, obviamente para que lo puedan encender y apagar. Pero ¿por qué?

Esa es realmente la única pregunta. Y creo que la respuesta no es terriblemente complicada. Creo que la respuesta se encuentra simplemente preguntándose qué sucede cuando el NFET está desactivado.

Con \ $ R_ {250} \ $ deshabilitado cuando el NFET está desactivado, la corriente es mayoritariamente hundida por \ $ C_ {256} \ $ (que obviamente domina). Y asumiendo que no hay otros sumideros o fuentes desconocidos, el voltaje de \ $ C_ {256} \ $ simplemente aumentará hacia arriba limitado solo por el voltaje de cumplimiento que se encuentre por encima de su PTC.

Pero, ¿qué pasa si no está seguro acerca de "otros sumideros o fuentes?" ¿Qué sucede si quiere estar seguro de que puede medir cualquier corriente de polarización extraña del seguidor de opamp, por ejemplo?

Bueno, si asumes que hay otra corriente en el nodo de entrada del seguidor de opamp, llamémoslo \ $ I_ {BIAS} \ $, entonces tienes un problema. Especialmente cuando se trata de medir corrientes pequeñas donde una corriente de polarización podría ser importante.

Tenga en cuenta que la corriente de polarización máxima para el LMV772 es \ $ 250 \: \ textrm {pA} \ $. Dado que está discutiendo corrientes en el orden de \ $ 10 \: \ mu \ textrm {A} \ $ y posiblemente más pequeño, ¡ese es un valor de error significativo que bien puede ser necesario anular!

En ese caso, su medida NFET = ON realmente medirá el valor de ADC \ $ V_X = \ left (I_X + I_ {BIAS} \ right) \ cdot R_ {250} \ $. ¿Cómo se puede resolver el error? Bueno, simplemente desactiva NFET = OFF. Luego, el voltaje aumentará hacia arriba en una rampa casi lineal debido a las corrientes combinadas. La pendiente del voltaje en el ADC será \ $ \ frac {\ textrm {d} V} {\ textrm {d} t} \ approx \ frac {I_X + I_ {BIAS}} {C_ {256}} \ $ .

Esto significa que puedes obtener las siguientes dos ecuaciones:

$$ \ begin {align *} I_X + I_ {BIAS} & = \ frac {V_X} {R_ {250}} \\\\ I_X + I_ {BIAS} & = \ frac {\ textrm {d} V} {\ textrm {d} t} C_ {256} \ end {align *} $$

El valor para \ $ \ frac {\ textrm {d} V} {\ textrm {d} t} \ $ se puede derivar usando un par de sumas de valores ADC y calculando la pendiente a partir de una ecuación de pendiente básica:

$$ \ frac {\ textrm {d} V} {\ textrm {d} t} = \ frac {n \ sum x_i y_i - \ sum x_i \ sum y_i} {n \ sum x_i ^ 2- \ left (\ sum x_i \ right) ^ 2} $$

(donde \ $ x \ $ es el tiempo y \ $ y \ $ es la medida ADC)

Dadas las medidas de \ $ N \ $, ese valor se puede calcular y el ruido se reducirá con las muestras \ $ \ sqrt {N} \ $. Entonces, si también se realiza una cantidad similar de medidas de ADC para el resultado de la primera ecuación (y se promedia, obviamente, para obtener \ $ V_X = \ frac {1} {N} \ sum y_i \ $) entonces habrá una paridad de ruido aproximada entre los dos conjuntos de medidas.

Con dos ecuaciones y dos incógnitas, ambas se pueden resolver ahora y el valor más verdadero para \ $ I_X \ $ determinado, sin la confusión \ $ I_ {BIAS} \ $ que contamina el resultado tanto como antes.

Una vez que se hacen esos dos pares de mediciones, el proceso se repite. Ellos vuelven a encender el NFET y esperan un montón de \ $ \ tau \ $ s hasta que el voltaje vuelva a disminuir. Realice algunas mediciones para obtener un valor promedio de \ $ V_X \ $, y apague el NFET, etc. Solo eso, una y otra vez.

Eso es lo que me impresionó al instante cuando miro el circuito, de todos modos. Pasé de "Hmm. Interruptor. Debe usarse. Entonces, ¿qué significa cuando está apagado?" a "Oh, entonces hay una pendiente de voltaje. Hmm". Eso es todo lo que mi mente hizo, de verdad. Puede que me equivoque, por supuesto. Y alguien con mejor experiencia y más capacitación (ni siquiera he tomado tanto como un curso de electrónica de DC) puede señalar mis errores aquí.