能改進動圈表頭對小電流測量的MOSFET

　　以前曾經有一個設計實例介紹了用動圈模擬表頭測量小于 1A電流的十分有趣和有用的方法（參考文獻 1）。這種設計在表頭運轉的靈敏度和測量范圍選擇方面有相當好的靈活性，并且簡化了分流電阻器的選擇工作。雖然該設計使用了一支雙極晶體管來驅動電表，但在某些情況下，MOSFET 管會是更好的選擇。原始電路中用一個壓控電流吸收器來測量雙極晶體管的射極電流，而用晶體管的集電極電流驅動模擬表頭。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。

　　這些電流之間的關系可以用I_E=IC+IB以及I_C=I_E-I_B來表示。基極電流是否會對測量精度造成不利影響要看I_B的強度以及共射極電流增益b的大小，因為基極電流 I_B = I_C/b。當b大于 100時，基極電流對于射極電流的作用可以忽略。但是，b有時會很小。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滿量程15 mA的表頭，則最小b時的滿量程基極電流將達0.375 mA。從集電極電流中減去基極電流會產生2.5%的誤差。

　　但是，假如你使用一個滿量程偏轉只要150mA 的動圈表頭，則測量誤差將大大增加，因為當集電極電流減小時,b也在減小。對BC182來說，當集電極電流從數毫安降至 200mA 時，電流增益b也會降低 0.6倍，因而影響到表頭讀數的準確性。

　　為解決這一問題，改進電路的準確性，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。當為這個電路選擇 MOSFET 管時，要注意管子的柵-源閾值電壓應盡可能低。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計實例相同，即要在 R₁ 上獲得最大1V電壓降，就要按下列方法計算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，單位為安培。注意，1kΩ阻值的R₁將在檢測電阻R_SENSE1上產生10V/1A的輸出。在本應用中，100 mA在R_SENSE1上產生0.1V電壓，因此R₁上的電壓就對應于表頭的1V滿量程偏轉電壓。

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