能改进动圈表头对小电流测量的MOSFET

以前曾经有一个设计实例介绍了用动圈模拟表头测量小于 1A电流的十分有趣和有用的方法（参考文献 1）。这种设计在表头运转的灵敏度和测量范围选择方面有相当好的灵活性，并且简化了分流电阻器的选择工作。虽然该设计使用了一支双极晶体管来驱动电表，但在某些情况下，MOSFET 管会是更好的选择。原始电路中用一个压控电流吸收器来测量双极晶体管的射极电流，而用晶体管的集电极电流驱动模拟表头。双极晶体管的射极和集电极电流（分别是IE和IC）并不相等，原因是射极电流中还包含有基极电流IR。

　　这些电流之间的关系可以用IE=IC+IB以及IC=IE-IB来表示。基极电流是否会对测量精度造成不利影响要看IB的强度以及共射极电流增益b的大小，因为基极电流 IB = IC/b。当b大于 100时，基极电流对于射极电流的作用可以忽略。但是，b有时会很小。例如，通用硅NPN 管BC182在室温下的小电流b值只有40。如果在晶体管集电极接一个满量程15 mA的表头，则最小b时的满量程基极电流将达0.375 mA。从集电极电流中减去基极电流会产生2.5%的误差。

　　但是，假如你使用一个满量程偏转只要150mA 的动圈表头，则测量误差将大大增加，因为当集电极电流减小时,b也在减小。对BC182来说，当集电极电流从数毫安降至 200mA 时，电流增益b也会降低 0.6倍，因而影响到表头读数的准确性。


　　为解决这一问题，改进电路的准确性，可以用一支 N 沟道 MOSFET 代替 BC182，如 BSN254（图 1）。由于 MOSFET 管不需要栅极电流，因此它吸入的电流ID 就等于其源极电流IS。当为这个电路选择 MOSFET 管时，要注意管子的栅-源阈值电压应尽可能低。例如，BSN254在室温下的栅-源阈值电压范围为0.8V至2V。电路的其余部分的处理与原设计实例相同，即要在 R1 上获得最大1V电压降，就要按下列方法计算RSENSE2：RSENSE2 = (1V/IMETER)，其中 RSENSE的单位为欧姆，1V表示R1 上的压降，IMETER 为电表满量程读数，单位为安培。注意，1kΩ阻值的R1将在检测电阻RSENSE1上产生10V/1A的输出。在本应用中，100 mA在RSENSE1上产生0.1V电压，因此R1上的电压就对应于表头的1V满量程偏转电压。

参考文献
Bilke, Kevin, "Moving-coil meter measures low-level currents," EDN, March 3, 2005, pg 72.