一種高精度電阻測量儀系統(tǒng)設(shè)計(jì)

如圖4所示，若電源為程控電壓源，則驅(qū)動探針輸出恒定電壓Vi，已知分壓電阻Rc的阻值。通過檢測探針測量待測電阻兩端電壓V，可得待測電阻R的大?。?br />

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
如圖5所示，電阻測量儀硬件系統(tǒng)由單片機(jī)、可調(diào)恒流恒壓源、調(diào)節(jié)電路和顯示電路等組成。其中，可調(diào)恒流恒壓源提供6檔恒定電流和一檔恒定電壓，最大輸出電壓約2 V，輸出6檔電流分別為670 mA，67 mA，6．7 mA，670μA，67μA，6．7μA。調(diào)節(jié)電路包括程控放大電流和程控濾波電路，實(shí)現(xiàn)小信號放大、恒流源校準(zhǔn)測量選擇、量程控制等功能。

3 單元電路
3．1 恒流恒壓電路
該電阻測量儀量程范圍達(dá)到3 mΩ～3 MΩ，因A／D采樣電壓范圍有限，若使用同一種恒流電壓測量，電流過大或過小都會影響測量精度或使電路發(fā)熱量過大引起溫漂。恒流恒壓電路提供了670 mA～6．7μA的6檔恒流輸出和3 V的恒壓輸出。-5 V電壓一路經(jīng)過反相比例放大器后得到3 V的穩(wěn)壓輸出。恒壓源輸出電阻為千分之一精度的金屬膜電阻，阻值為1．5 MΩ，利用電阻分壓關(guān)系實(shí)現(xiàn)測量最大電阻3 MΩ，此時(shí)所有的場效應(yīng)管都關(guān)閉。
恒流源電路由開環(huán)放大電路、射極跟隨器電路、場效應(yīng)管電路、深度負(fù)反饋電路構(gòu)成，如圖6所示。

根據(jù)虛短虛斷原理：

通過式(10)求出Vi-Vn=0．66 V，為恒定值，I=0．66／R。由此，通過由單片機(jī)控制的場效應(yīng)管Q的開閉，使不同阻值的電阻所在支路導(dǎo)通得到各檔恒流源。
3．2 量程控制電路
根據(jù)每個(gè)量程的上、下限電阻值可以得到相應(yīng)的電壓值區(qū)間。當(dāng)執(zhí)行自動量程切換時(shí)，比較由當(dāng)前量程測得的電壓值是否符合本量程區(qū)間。若符合，則不切換量程；若不符合，則根據(jù)比較結(jié)果增加或減小一個(gè)檔位，再次測量電壓并比較，直至測量電壓處于某一電壓區(qū)間內(nèi)。
硬件上，單片機(jī)通過4 094移位寄存器輸出場效應(yīng)管的柵極電平來控制管子的導(dǎo)通與斷開，以使不同支路導(dǎo)通產(chǎn)生各種檔位的恒流。為了分離數(shù)字電路與模擬電路，在單片機(jī)與移位寄存器間加了光電耦合器件，以減小相互的影響。