能改進(jìn)動(dòng)圈表頭對(duì)小電流測(cè)量的MOSFET

　　以前曾經(jīng)有一個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)例介紹了用動(dòng)圈模擬表頭測(cè)量小于 1A電流的十分有趣和有用的方法（參考文獻(xiàn) 1）。這種設(shè)計(jì)在表頭運(yùn)轉(zhuǎn)的靈敏度和測(cè)量范圍選擇方面有相當(dāng)好的靈活性，并且簡(jiǎn)化了分流電阻器的選擇工作。雖然該設(shè)計(jì)使用了一支雙極晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)電表，但在某些情況下，MOSFET 管會(huì)是更好的選擇。原始電路中用一個(gè)壓控電流吸收器來(lái)測(cè)量雙極晶體管的射極電流，而用晶體管的集電極電流驅(qū)動(dòng)模擬表頭。雙極晶體管的射極和集電極電流（分別是I_E和I_C）并不相等，原因是射極電流中還包含有基極電流I_R。

　　這些電流之間的關(guān)系可以用I_E=IC+IB以及I_C=I_E-I_B來(lái)表示?；鶚O電流是否會(huì)對(duì)測(cè)量精度造成不利影響要看I_B的強(qiáng)度以及共射極電流增益b的大小，因?yàn)榛鶚O電流 I_B = I_C/b。當(dāng)b大于 100時(shí)，基極電流對(duì)于射極電流的作用可以忽略。但是，b有時(shí)會(huì)很小。例如，通用硅NPN 管BC182在室溫下的小電流b值只有40。如果在晶體管集電極接一個(gè)滿量程15 mA的表頭，則最小b時(shí)的滿量程基極電流將達(dá)0.375 mA。從集電極電流中減去基極電流會(huì)產(chǎn)生2.5%的誤差。

　　但是，假如你使用一個(gè)滿量程偏轉(zhuǎn)只要150mA 的動(dòng)圈表頭，則測(cè)量誤差將大大增加，因?yàn)楫?dāng)集電極電流減小時(shí),b也在減小。對(duì)BC182來(lái)說(shuō)，當(dāng)集電極電流從數(shù)毫安降至 200mA 時(shí)，電流增益b也會(huì)降低 0.6倍，因而影響到表頭讀數(shù)的準(zhǔn)確性。

　　為解決這一問(wèn)題，改進(jìn)電路的準(zhǔn)確性，可以用一支 N 溝道 MOSFET 代替 BC182，如 BSN254（圖 1）。由于 MOSFET 管不需要柵極電流，因此它吸入的電流I_D 就等于其源極電流I_S。當(dāng)為這個(gè)電路選擇 MOSFET 管時(shí)，要注意管子的柵-源閾值電壓應(yīng)盡可能低。例如，BSN254在室溫下的柵-源閾值電壓范圍為0.8V至2V。電路的其余部分的處理與原設(shè)計(jì)實(shí)例相同，即要在 R₁ 上獲得最大1V電壓降，就要按下列方法計(jì)算R_SENSE2：R_SENSE2 = (1V/I_METER)，其中 R_SENSE的單位為歐姆，1V表示R₁ 上的壓降，I_METER 為電表滿量程讀數(shù)，單位為安培。注意，1kΩ阻值的R₁將在檢測(cè)電阻R_SENSE1上產(chǎn)生10V/1A的輸出。在本應(yīng)用中，100 mA在R_SENSE1上產(chǎn)生0.1V電壓，因此R₁上的電壓就對(duì)應(yīng)于表頭的1V滿量程偏轉(zhuǎn)電壓。

參考文獻(xiàn)
Bilke, Kevin, "Moving-coil meter measures low-level currents," EDN, March 3, 2005, pg 72.