最近看了一个篇Microchip关于RT D( 电阻温度检测器 )精确温度测量的应用笔记,虽然文档时间已经很久了,但是感觉还是有点东西的,有点思考来分析一下。

两线,三线,四线有什么区别?

使用RT D进行温度测量时,一般 分为 两线,三线,四线制接法。

打开网易新闻 查看精彩图片

两线制由于会引入线电阻,会导致采样精度下降,要知道常用的铂电阻PT100,每变化一度阻值只变化0.00385Ω,线缆的电阻假如只有10m Ω,带来的误差也接近3 ℃。

打开网易新闻 查看精彩图片

PT100实物照片

所以对测量精度有较高要求的场合,一般采用三线或者四线制,以消除线电阻的影响,本期不展开说消除的机理。一般可以通过电桥电路或者恒流源驱动RTD,通过电压来推算温度。

看看电路

我们来看一下应用笔记里的电路,看看有什么收获,直接看红框里的恒流源电路,其它的部分先不看,有空再讲。

打开网易新闻 查看精彩图片

框里是一个恒流源电路,打眼看过去不是那么直观,那注意到A2运放其实是一个跟随器,同向输入端和输出端电压相等,那么我们先把这个运放抹掉,用根短接线直接连起来,是不是感觉电路熟悉了起来?

打开网易新闻 查看精彩图片

不看A2后的电路

打开网易新闻 查看精彩图片

差分放大电路

差分放大电路里,如果R1=R3,R2=R4,那么电路的输出就是(V1-V2)*R2/R1。简化后的电路如果V2接地电位,那么就和差分放大电路完全相同了,经过简单的计算,由于电阻都是相同的,可以知道Rref电阻上两端的电压差(V3-V2)是2.5V,Rref电阻是2.5k时,流过的就是1mA的电流。在V2节点外接一个合适阻值的电阻到地后,就会产生一个1mA电流源的效果,而调整 Rref的值就可以获得不同大小的电流 。

那这个运放A2是不是多余了?我们来分析一下,笔记写里写的是A2的输出作为差分放大器的参考电压,其实我觉得不太准确,因为V2电位是会随着外部电阻变化而变化的,说它是参考不太合适。

打开网易新闻 查看精彩图片

其实我个人觉得最大的作用是A2起到了一个缓冲的作用,由于运放的虚断特性,流入A2同相输入端的电流几乎为0,而如果没有这个运放,会有额外的电流流过R3,R4这个支路,这样V2的电位就变了,我们来仿真一下,外接电阻设为100Ω。

打开网易新闻 查看精彩图片

有运放A2

打开网易新闻 查看精彩图片

无运放A2

果然,有运放A2的时候,负载上流过稳稳的1mA电流,而把A2去掉后,R4上有向右流的47.9uA的电流,这个不期望的电流导致电流增加了0.05mA,也就是误差增加了5%,这实在太可怕了,所以这个运放的作用是隔离,防止无意电流引起的误差。

这里提醒大家,在设计电路时,还是要多思考,多问问what if,手册和应用笔记也不全是金科玉律,只知道盲目CV是无法提高水平的,同时面试新手题目+1。

文章来源于 不断成长的巨浪 ,作者 成长的小浪

国产 EDA 低功耗 & 静态验证技术研讨会