一种测量极低电阻的简单比率技术
文章作者:Peter Demchenko
准确地测量极低的电阻值是相当困难的，特别是在涉及大电流时。这里有一个技巧。
也许极低值电阻(即毫欧姆(mΩ)及以下)最常见的应用是电流控制电路，其低值降低了功率损耗。对于这些应用，10%-20%的容许量就足够了。但即使在这些公差下，要精确测量极低的电阻值也是相当困难的，特别是当涉及到大电流时。
如图所示的电路图1通过对未知电阻和已知值的参考电阻施加低占空比脉冲来解决这个问题。比率技术是用来比较两个分量的响应，并确定被测电阻的值。
图1通过对未知电阻和已知值的参考电阻施加低占空比脉冲，所示电路能够精确测量非常低的电阻值。
计算精确电阻值所需的测量可以通过使用普通示波器或脉冲峰值电压表从输出V1和V2获得，它可以提供更高的精度。
电路使用古老的555定时器，在稳定模式下运行，产生用于充电和放电低电感电容C2的脉冲。在放电周期中，电流通过精密标准电阻(R6)和被测电阻(Rx)。电阻值可由对应电压的比值计算:
V1 / V2 = Rx + R6 / R6 = Rx / R6 + 1，
其中V1和V2是峰值。
因此，未知值:
Rx = (V1 / V2 - 1) * R6
示波器/电压表的带宽应足够大，以捕捉电路产生的短脉冲。由于555振荡器的半周期和脉冲持续时间的比例非常大，一些范围不能保证足够的亮度。
该电路也可用于驱动其他需要大振幅、低持续时间电流脉冲的低阻负载，如半导体激光器。
测试电路的细节
脉冲同步(U1，引脚3)有利于范围的早期同步;同步和输出脉冲之间的延迟可能允许示波器捕捉脉冲的前面，因为一些示波器可能在他们的Y通道中没有延迟线，使非常陡峭的前面无法显示。这个延迟由时间常数R3 * C3决定。C3的值可能在20 - 500pF(甚至更多)的范围内，这取决于所使用的时间基数和范围本身。
MOSFET驱动器U2 (TC4422A)用于确保高栅极充电电流Q1和快速开关时间，这是准确测量的必要条件。
MOSFET (Q1)具有非常低的RDSOn(sub-3Ω)，以确保一个干净的、高振幅的脉冲。快速二极管D2限制Q1的过电压。注意:在电路的这部分出现的大电流需要特别注意组件的选择和PCB布局。看到组件选择笔记和设计说明中下面的小节将详细介绍。
电路的短而强的电流脉冲也在频域产生广谱响应。因此，必须仔细注意尽量减少寄生电感和电容负载，否则电路将显示高水平的电抗，并在布局的各个部分产生振荡。你需要知道的关于如何减少这些不需要的寄生虫的实际细节记录在设计说明中部分。
组件选择笔记
强烈推荐使用SMD元件。有些电容器，即使是薄膜结构，在受到尖锐的高电流脉冲时，也会在介电层中经历压电运动，这与C2所接触到的类似。有时你甚至可以听到这种电容器的“滴答声”，这意味着由于压电效应的高水平损耗。在这种情况下，具有较低级别“节拍”的组件可以被认为是更好的组件。
使用TT Electronics的0.005 Ω (5 mΩ) 1%公差的LOB-3精密电阻作为标准电阻(R6)。
由于电路采用的比率测量技术，大多数元件的公差不是很关键，但应特别注意其稳定性和结构形式。例如，电容器C2的值不是关键的，但它应该足够大，以提供足够长的电流脉冲，很容易被您的示波器或电压表发现。
这种电容器应该使用低内阻/电感的堆叠箔膜或陶瓷结构技术。你应该避免使用许多类型的电容器，特别是陶瓷电容器，如果它们的电容取决于所施加的电压。如有必要，可以将几个电容器并联以产生所需的值。
对于MOSFET，很好的例子是非常低的RDSon是TI公司的CSD16321Q5或IR公司的IRLx8743。然而，这类器件通常具有相对较低的漏源极和门源极击穿电压(CSD16321Q5只有8 V)——这是一个潜在的弱点，在进行任何修改时都应该考虑到。
另一个潜在的限制是场效应晶体管的最大漏极电流。这两个参数都会影响测试电路的测量下限。
为了降低寄生振荡的水平，电阻R6和电容C4应该有非常低的电感——无论是组件本身，还是连接到它们的PCB轨迹。
设计说明中
在R6和C4附近的PCB轨迹必须保持较短，以最小化寄生电抗，寄生电抗会导致由电流脉冲激发的局部共振。如果电路布局不符合这一要求，MOSFET Q1的绝对最大额定电压很容易超过。例如，对于6nF(栅电容)的电容负载，驱动器TC4422A的输出上升/下降时间可以小于25 ns;这一事实，连同一个大电流(~100 a)通过电感可以产生电压，将损害几乎任何MOSFET。
请参阅原理图以粗体标出的痕迹——这些痕迹必须足够宽，以承载大电流，并尽可能保持短，以减少寄生电感。这对于连接栅极到驱动器(U2，引脚6到Q1底座)的轨迹尤其关键，轨迹应保持在1英寸以下。在这道(B)上的铁氧体珠有助于抑制不必要的振荡。
出于同样的原因，两个电阻Rx和R6的连接应该尽可能接近相同的长度。它们也应该尽可能短，以减少电感和电压降。
电路的所有外部连接都应采用基本高频操作。例如需要使用50根-Ω的同轴电缆，且两端阻抗匹配良好。
这篇文章最初发表于经济日报．
彼得Demchenko曾在维尔纽斯大学学习数学，并从事软件开发工作。
