一种多量程双模式电流测试装置的制作方法

1.本发明涉及电子技术领域，具体涉及电流测量技术。


背景技术：

2.现在的多量程电流测量装置采用单一的采样电路测量模式，不利于扩大量程范围，尤其是采用自动量程时，在微电流以及待测信号强弱相差极大的情况下，既要保证弱电流的测量精度又要兼顾较强电流的测量范围，现有的电流测试装置无法顺利完成。
3.尤其是现在的多量程电流测量装置尤其是自动量程电流测试装置多采用mosfet作为量程切换开关，mosfet开关在测量低电流时，由于存在漏电，会影响小电流测试精度。
4.采用传统的手动转换量程的电流表，在一定程度上可以避免该问题，但无法实现自动测量，较为不便。另一方面，若量程选择不当，不但会造成测量精度下降，甚至会造成仪表损坏。


技术实现要素：

5.鉴于以上情形，为了解决上述技术存在的问题，本发明提出一种多量程双模式电流测试装置，包括跨阻采样电路dl1和电阻采样电路dl2，所述跨阻采样电路dl1和电阻采样电路dl2分别与测试电流输入端可通断地连接；在所述测试电流输入端和所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2之间设有测量模式转换开关s1-1，所述测量模式转换开关s1-1的3脚和1脚分别与所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2的输入端连接，测量模式转换开关s1-1的2脚连接于所述测试电流输入端；所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2的输出端与放大和adc转换显示电路连接。
6.根据本技术的一种多量程双模式电流测试装置，所述跨阻采样电路dl1和电阻采样电路dl2的输出端分别与放大和adc转换显示电路连接。
7.根据本技术的一种多量程双模式电流测试装置，还包括采样结果转换开关s1-2，所述采样结果转换开关s1-2设置在所述放大和adc转换显示电路与所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2之间；所述采样结果转换开关s1-2的3脚和1脚分别与所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2的输出端连接，采样结果转换开关s1-2的2脚与放大和adc转换显示电路连接。
8.根据本技术的一种多量程双模式电流测试装置，还包括输入电阻r3，所述输入电阻r3设置在所述电阻采样电路dl2的输出端与所述跨阻采样电路dl1的输入端之间；当所述测量模式转换开关s1-1的2脚和1脚连接时，所述电阻采样电路dl2的输出通过输入电阻r3输入到由输入电阻r3、反馈电阻r2、运算放大器u1组成的放大/缓冲器，再输出到放大和adc转换显示电路。
9.根据本技术的一种多量程双模式电流测试装置，包括量程选择开关s1和s2、电阻采样电路、跨阻采样电路及放大和adc转换显示电路组成，所述量程选择开关s1和s2分别设有两个mosfet，两个mosfet的栅极相连，其中一个mosfet的源极与另一个mosfet的漏极相
连，一个mosfet的漏极与另一个mosfet的源极相连；所述量程选择开关s1和s2并联设置并分别与测试电流输入端口j5和j6连接；所述电阻采样电路与所述量程选择开关s1及s2并联连接，所述跨阻采样电路与所述电阻采样电路串联连接，所述放大和adc转换显示电路与所述跨阻采样电路串联连接。
10.根据本技术的一种多量程双模式电流测试装置，所述电阻采样电路由二档三脚开关与两个采样电阻组成，所述二档三脚开关的一个引脚设置在两个采样电阻之间；二档三脚开关设置为一种连接状态时，选择采用其中一个采样电阻；二档三脚开关设置为另一种连接状态时，选择采用全部采样电阻。
11.根据本技术的一种多量程双模式电流测试装置，所述跨阻采样电路由运算放大器和两个反馈电阻以及二档三脚开关组成，所述运算放大器和两个反馈电阻分别并联，所述二档三脚开关的一个引脚与所述运算放大器的输出电路连接，二档三脚开关的另外两个引脚分别设置在两个反馈电阻电路上。
12.在采取本发明提出的技术后，根据本发明实施例的多量程双模式电流测试装置，具有以下有益效果：通过两种电流采样模式的结合，在大电流时采用传统的电阻采样模式，在小电流时采用跨阻放大器作为采样电路，由于跨阻放大器作为采样电路，输入阻抗很低，所以能有效的提高小电流测试精度。相对于现在的多量程电流测量装置中电阻采样技术保护电路来说，避免了保险丝极易烧毁的问题，同时小电流采样采用跨阻放大器采样，只需两个二极管钳位，即电压0.6v甚至更低都可以。另外不用再额外的增加保护电路，所以整个电流测量装置实现自动多量程提供了极大的方便。
附图说明
13.图1示出了根据本发明的多量程双模式电流测试装置电阻采样测量电流时电路原理图；
14.图2示出了根据本发明的多量程双模式电流测试装置跨阻采样测量电流时电路原理图；
15.图3示出了根据本发明实施例1的多量程双模式电流测试装置电路原理图；
16.图4示出了根据本发明实施例2的多量程双模式电流测试装置电路原理图；
17.图5示出了根据本发明实施例3的多量程双模式电流测试装置电路原理图。
具体实施方式
18.下面将参照附图对本发明的各个优选的实施方式进行描述。提供以下参照附图的描述，以帮助对由权利要求及其等价物所限定的本发明的示例实施方式的理解。其包括帮助理解的各种具体细节，但它们只能被看作是示例性的。因此，本领域技术人员将认识到，可对这里描述的实施方式进行各种改变和修改，而不脱离本发明的范围和精神。而且，为了使说明书更加清楚简洁，将省略对本领域熟知功能和构造的详细描述。
19.如图1所示根据本发明的多量程双模式电流测试装置电阻采样测量电流时电路原理图，待测电流由j1、j2输入，r2和r1+r2为采样电阻，二档三脚开关s1连接2脚和1脚时选择采样电阻r2，二档三脚开关s1连接2脚和3脚时选择采样电阻r1+r2，从而可以选择不同的量程。相比现有的基本的电阻采样模式来说，设置了两个采样电阻即采样电阻r1、r2，并设置
了二档三脚开关s1以选择是否使用采样电阻r1。
20.如图2所示根据本发明的多量程双模式电流测试装置跨阻采样测量电流时电路原理图，其由运算放大器和反馈电阻r3、r4以及二档三脚开关s2组成跨阻放大器，待测电流由j3和j4输入。在运放输出端获得与输入电流成比例的负电压。例如输入1ma，输出-1v，输入-1ma，输出1v，完成电流-电压转换。其中s2改变反馈电阻，可以选择不同的量程。相对现有的基本的跨阻采样模式来说，设置了两个反馈电阻即反馈电阻r3、r4，并设置了二档三脚开关s2以选择是否使用反馈电阻r3或r4。
21.如图3所示根据本发明实施例1的多量程双模式电流测试装置电路原理图，包括跨阻采样电路dl1和电阻采样电路dl2，所述跨阻采样电路dl1和电阻采样电路dl2分别与测试电流输入端可通断地连接；在所述测试电流输入端和所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2之间设有测量模式转换开关s1-1，所述测量模式转换开关s1-1的3脚和1脚分别与所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2的输入端连接，测量模式转换开关s1-1的2脚连接于所述测试电流输入端；还包括采样结果转换开关s1-2，所述采样结果转换开关s1-2设置在所述放大和adc转换显示电路与所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2之间；所述采样结果转换开关s1-2的3脚和1脚分别与所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2的输出端连接，采样结果转换开关s1-2的2脚与放大和adc转换显示电路连接。该实施例中，所述跨阻采样电路dl1和电阻采样电路dl2可以大致概括为并联设置模式，用开关s1-1与s1-2联动切换工作方式。
22.其中，所述测量模式转换开关s1-1同时也是量程转换开关。s1-1的2-3连接是“跨阻采样”，用于小电流，s1-2的2-3连接是把采样结果传送到后级，放大、adc、显示。s1-1的2-1连接是“电阻采样”用于大电流，s1-2的2-1连接是把采样结果传送到后级，放大、adc、显示。
23.所述跨阻采样电路dl1及电阻采样电路dl2的输出端与放大和adc转换显示电路连接，除上述实施例外，还可以采取其它的实施方式，例如所述跨阻采样电路dl1和电阻采样电路dl2的输出端分别与放大和adc转换显示电路连接，即两测量输出分别送到放大、adc、显示部分。
24.图4示出了根据本发明实施例2的多量程双模式电流测试装置电路原理图，该实施例中还包括输入电阻r3，所述输入电阻r3设置在所述电阻采样电路dl2的输出端与所述跨阻采样电路dl1的输入端之间；当所述测量模式转换开关s1-1的2脚和1脚连接时，所述电阻采样电路dl2的输出通过输入电阻r3输入到由输入电阻r3、反馈电阻r2、运算放大器u1组成的放大/缓冲器，再输出到放大和adc转换显示电路。
25.该实施例是本技术采样模式的另一种工作方式，仅用开关s1-1切换工作方式。当开关s1-1连接2-1时，测试电流流过电阻r1，为电阻采样模式，采样结果通过输入电阻r3输入到由输入电阻r3、反馈电阻r2、运算放大器u1组成的放大/缓冲器，输出到放大、adc、显示部分。当开关s1-1连接2-3时为跨阻采样模式，由于运算放大器负输入端与正输入端非常接近，正输入端接地，负输入端接近地电位。所以r3的存在不影响测试精度。
26.测量模式转换开关s1(在前述实施例中为区分写为s1-1)的2-1连接可以使用大功率mosfet完成。下面给出一个采用了大功率mosfet的更具体的实施例。需要说明的是，双mosfet是一种方法，单mosfet也可以完成这一功能。如果用其寄生的本征二极管，做保护
时，可以是单mosfet加二极管完成双mosfet的功能。下面的示例中用双mosfet是一种优化，两个mosfet并联，既减小了导通电阻又简化了电路。
27.图5给出了根据本发明实施例3的多量程双模式电流测试装置电路原理图，由mosfet、q1+q2，组成开关s1，由控制线1控制开关s1。由mosfet、q3+q4，组成开关s2，由控制线2控制开关s2。开关s1和s2中，两个mosfet连接方法按图5连接。
28.由模拟开关s3、bl1551，在控制线3的控制下切换电阻采样或跨阻采样。s3开关中，2与1连接时为电阻采样，2与3连接为跨阻采样；跨阻采样时，开关s1与开关s2须关断。
29.当控制线3控制s3，bl1551连接2、1脚，此时为电阻采样状态。在控制线1、控制线2的控制下，选择采样电阻r8或(r8+r9)，完成电阻采样。电阻采样的电压值，通过由输入电阻r6、反馈电阻r5或r7与运算放大器u2组成的放大器，放大器输出到adc，显示部分，显示电流值。
30.开关s4选择反馈电阻r5时，与输入电阻r6构成-10倍放大，选择反馈电阻r7时，与输入电阻r6构成-100倍放大。
31.在本例中，当s1由控制线1控制导通，s2关断，s3连接2、1脚，s4连接2、3脚，输入测试电流10a，运算放大器u2输出-1v。s4连接2、1脚，反馈电阻选择r7，10k，此时输入测试电流1a，输出-1v。当s2由控制线2控制导通，s1关断，s3连接2、1脚，s4连接2、3脚，输入电阻r6，100欧与反馈电阻r5，1k，与u2构成放大-10倍放大器，输入测试电流100ma，运算放大器u2输出-1v。s4连接2、1脚，反馈电阻选择r7，10k，此时输入测试电流10ma，输出-1v。
32.当控制线3控制s3连接2与3脚时，开关s1、s2置于关断，此时为跨阻采样，开关s4选择跨阻反馈电阻r5或r7，与运算放大器u2共同组成跨阻放大器，即跨阻采样电路。
33.s4选择不同的电阻，设置不同的量程。本例中，s4选择2、3脚连接时，选择跨阻反馈电阻r5，1k，此时测试输入1ma时，运算放大器输出-1v。s4选择2、1脚连接时，连接电阻r7，10k，此时测试输入0.1ma时，运算放大器输出-1v。由以上分析可知，在本例中，如果“放大、adc、显示”部分以+/-1v为满刻度，本例可以完成+/-10a，+/-1a，+/-100ma，+/-10ma，+/-1ma，+/-0.1ma，6档电流测量。并且非常易于与单片机组成自动量程电流表。
34.需要说明的是，本技术的描述中，出于更简洁地介绍原理以及分别介绍实施例的需要，各图中的元器件符号各自独立，请参照各图对应的描述文字中的元器件符号理解对应的附图，其它段落中包括权利要求中未明确指明对应附图的元器件符号应结合具体实施方式部分相应的文字及符号进行理解。
35.本技术所述mosfet即金属-氧化物半导体场效应晶体管，简称金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor,mosfet)，是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管(field-effect transistor)。在传统的多量程电流测量装置中亦有采用，本技术不再赘述。
36.根据本发明的多量程双模式电流测试装置，通过两种电流采样模式的结合，在大电流时采用传统的电阻采样模式，在小电流时采用跨阻放大器作为采样电路，由于跨阻放大器作为采样电路，输入阻抗很低，所以能有效的提高小电流测试精度。
37.相对于现在的多量程电流测量装置中电阻采样技术保护电路来说，避免了保险丝极易烧毁的问题，同时本专利小电流采样采用跨阻放大器采样，只需两个二极管钳位，即电压0.6v甚至更低都可以。在本专利实例中，利用大功率mosfet的本征二极管，钳位电压在
0.3～0.65v。
38.根据本发明的多量程双模式电流测试装置，采用了保险丝和二极管组成的保护电路，并且全量程范围采用同一保护电路。测试电流输入端口j5与所述量程选择开关s1和s2及电阻采样电路之间设有保险丝f1，所述量程选择开关s1和s2中的两个mosfet上分别设有q1和q2，q1、q2在关断时，通过j5与j6输入的测试电流如果过大超过测试范围，则a点最大电压被q1、q2的本征二极管钳位电压限制，最高不会超过+/-0.7v，有效的保护了比较脆弱的跨阻采样电路。因为不用再额外的增加保护电路，所以整个电流测量装置实现自动多量程提供了极大的方便。
39.以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
40.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可实施。当然，以上所列的情况仅为示例，本发明并不仅限于此。本领域的技术人员应该理解，根据本发明技术方案的其他变形或简化，都可以适当地应用于本发明，并且应该包括在本发明的范围内。