如何构建一个低电阻表

　　您可能已经有了用于测量电阻的 DMM，但它可以用于 1Ω 以下的电阻吗？如果是这样，这些低欧姆读数是否可靠？

　　该项目将向您展示如何制作自己的低电阻表；它仅使用少量组件，可以测量低至 0.1Ω 的电阻。

　　示意图

　　

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　　理论

　　可以使用多种方法（惠斯通电桥、RC 计算）来测量电阻，但在这个项目中，选择的方法是使用电子学中最基本的方程：

　　V=IRV=IR

　　恒流源将通过被测电阻建立电流并测量电阻产生的电压降。然后，该电压降将被放大并馈入标准万用表。电压的大小将等于以欧姆为单位的电阻（例如，1V = 1Ω）。我们需要为恒流级之后的放大器级选择一个产生合理电压的电流，我们可以通过使用上述公式并插入 R 的预期值（即小于几欧姆）来做到这一点。

　　一个重要的考虑因素是运算放大器的输入失调电压，它被建模为与运算放大器的反相或同相输入端子串联的电压源。这个电压乘以运算放大器的同相增益，它是一个误差源，因为它可以使输出电压低于或高于我们对理想威廉希尔官方网站 的预期。所以我们想设计我们的威廉希尔官方网站 ，使这个偏移电压的影响很小。如果您的运算放大器具有零偏移功能，您可以使用它来降低偏移电压的幅度，但我们使用的是 LM358，它不包括零偏移引脚。相反，我们可以通过确保感兴趣的信号远大于偏移电压（LM358 为 ±2mV）来轻松降低偏移电压的影响。

　　我们的目标是测量低至 0.1Ω 的电阻。这意味着我们必须选择一个恒流源，当电流通过 0.1Ω 的电阻时，它会产生明显大于 2mV 的电压。这是一种权衡，因为较高的电流有缺点，而较低的电流会降低被测电阻上的电压降。大电流的问题如下：

　　更高的功耗，而更低的功耗有助于便携性。

　　较低的电流导致恒流源威廉希尔官方网站 产生的热量较少。

　　较低的电流会降低功耗，从而降低被测电阻的温度升高；使用较低的电流，我们可以测量更容易受到热损坏的威廉希尔官方网站 元件（例如细线）的电阻。

　　为该威廉希尔官方网站 选择的电流为 100 mA。这个电流量并不太高，但它会在 0.1Ω 电阻上产生 10mV，考虑到我们的 ±2mV 偏移电压，10mV 就足够了。

　　恒流源包括

　　U1A – LM358

　　Q1 – 2N3055（TO-3 封装）

　　RV1 – 用于调整施加到运算放大器同相端的参考电压的电位器

　　R1 & R2 – 分压器（来自 RV1 的 1V 对应于 100mA 的恒定电流）

　　R3 – 检测电阻器（1Ω，1W，金属膜，1% 容差）

　　P2——连接被测电阻的两个端子

　　通过 1Ω 检测电阻的 100mA 恒定电流，功耗为 0.1W（因此选择 1W）。Q1只要接一个电阻到P2就会导通100mA，我选择了TO-3封装来保证晶体管不会过热。用于 Q1 的特定部分并不重要，只要晶体管可以处理 100mA 的集电极电流并且是 NPN。

　　恒流源之后的下一级是增益为 1 和失调电压调整的差分放大器。我们在这里使用“差分”放大器，因为我们想检测被测电阻两端的电压降，即电阻一侧的电压与电阻另一侧的电压之间的差值。

　　差分放大器包括

　　U1B – 运算放大器

　　R4、R5、R6 和 R7——这些电阻器将 U1B 配置为差分放大器

　　R8、R9 和 RV2 – 偏移调整

　　由 R8、R9 和 RV2 组成的威廉希尔官方网站 允许我们在差分放大器的输出端添加一个可调偏移电压。此功能可用于补偿运算放大器的输入失调电压或其他误差源。有关如何实现此补偿威廉希尔官方网站 的详细信息，请参阅校准部分（下文）。

　　最后一级是增益为 10 的放大器。这个附加增益将整体测量比设置为方便的 1:1 值，即 1Ω 的电阻在输出端产生 1V。

　　U2A、RV3 和 R10 – 增益为 10 的同相放大器（RV3 设置为 90K）

　　U2B – 输出缓冲器

　　BOM（材料清单）

　　

　　建造

　　威廉希尔官方网站 的构建方式取决于您，但这里有一些想法：

　　项目盒 - 使用内部 9V 电池和外部连接器将威廉希尔官方网站 保持在一个小盒子中。

　　万用表附件——使用几个香蕉插头，您可以创建一个直接安装在万用表上的威廉希尔官方网站 。

　　一个仪表 - 一路走来，您可以购买一个小型电压表并将整个项目放在自己的包装中，以制作您自己的测量设备！

　　

　　低电阻表作为面包板威廉希尔官方网站 。

　　上图显示了三个电位器：

　　左边的那个控制恒流源

　　中间的那个控制差分放大器偏移

　　右边的那个控制输出级的增益

　　离开面包板的红色、绿色和黑色电线分别用于 +5V、0V 和 -5V。朝向图像顶部的棕色和红色导线用于测试电阻，右侧的绿色导线用于将低电阻表的输出连接到万用表的输入。

　　注意：您需要确保万用表的公共输入端连接到低电阻表的接地端。

　　力量

　　该威廉希尔官方网站 需要一个分离电源来实现全部功能。但是，请注意，负轨仅用于将可调偏移电压添加到差分放大器输出的威廉希尔官方网站 中。如果没有这个补偿威廉希尔官方网站 就可以获得足够的性能，则不需要负轨。如果您不使用 LM358，请记住运算放大器的输入共模电压范围必须几乎一直延伸到 0V，因为我们正在处理接近 100 mV 的输入电压。

　　电源要求相当灵活（但不要超过运算放大器的最大电源电压）。您需要确保电源能够提供足够的电流（至少 200mA，考虑到电流源单独需要 100mA）。此外，请注意 Q1 的功耗与正电源电压成正比，因此保持输入电压尽可能低会降低 Q1 的功耗。

　　我推荐±5V电源；对于负轨，您可以使用负电压发生器。

　　校准

　　校准威廉希尔官方网站 的第一部分是恒流源。最简单的方法是用万用表（接P2）测量恒流。

　　调整 RV1 的值，直到测得的电流为 100mA。从调整到其最小电阻的 RV1 开始。这最大限度地减少了初始恒定电流设置，从而防止潜在的有害电流量通过 Q1 和 R3；此外，由此产生的功率耗散会导致组件温度升高，并且热晶体管会导致严重的触点烧伤。

　　设置恒定电流后，我们需要补偿差分放大器输出中的误差。您可以通过测量已知电阻然后调整 RV2 直到差分放大器的输出对应于已知电阻（例如，1Ω 的电阻应该产生 100mV 的差分输出）来做到这一点，或者您可以测量两端的电压使用精密电压表调整小电阻，然后调整 RV2，使差分放大器的输出等于测得的电压。

　　最后的校准步骤是调整 RV3，使 U2A 放大器的增益等于 10。测量 U2A 的同相输入电压并调整 RV3，直到输出为输入值的 10 倍。

　　概括

　　威廉希尔官方网站 完成后，您现在可以测试威廉希尔官方网站 以查看其是否正常工作。如果一切顺利，您现在应该拥有一个与精确万用表配合使用的低电阻表。

　　那么这个可以用在什么地方呢？就个人而言，我构建了这个威廉希尔官方网站 ，以便我可以测量电源线的电阻（当然，当没电时！）用于一些电工练习。无需购买非常昂贵的电气套件（至少花费 500 美元），该威廉希尔官方网站 使我可以以几美元的价格进行练习。

　　该威廉希尔官方网站 可与一对小型弹簧针一起使用，以探测小型 PCB 走线。它还可用于测量接触电阻​​（有时会导致依赖机械接触的威廉希尔官方网站 出现问题）。