[心得]低成本DIY小配件，讓萬用表變身毫歐表(1)

hardball

簡單的說就是DIY一個恆流源，搭配4線測量
之前看有人用LM317去做，版上也有大佬分享別的版本
最後決定用LM317先做100mA的試驗版，後續再做1A版本

根據ST的datasheet，恆流源的電路圖:

LM317恆流源設計

需要注意的是，參考電壓Vref=1.25V，是指對Vout電壓，而非一般的對地電壓
Vout-Vref=1.25V

100mA版本，所需的電阻為12.5歐

雖然電路簡單，但是考慮到精度(溫飄影響)
1.LM317建議一定要上散熱片，且盡量大
2.外置電阻這部分大約吃掉0.125W，雖然發熱不大，但還是盡量用大顆的，減緩溫升

可調電組，一般用來調整訊號電平，而不是功率路徑，可承受功率低
因此盡量將功率耗散在外部大顆電阻，避免可調電阻溫升過高甚至燒毀
同時這樣還有個好處:
可調電阻占整體比例極低，調節範圍小，也就能做到100.00mA的極細微調校準

實驗版成品:

LM317 100mA

實戰1: 10毫歐電阻，R010

LM317 100mA_R010

實戰2: 5毫歐電阻，R005

LM317 100mA_R005

實戰3: 2毫歐電阻，R002

LM317 100mA_R002

感覺還可以

核心組件成本低，全部就銅板價
1.LM317+散熱片
2.幾顆3W電阻
3.可調電駔
#開爾文4線夾(好用，但非必備，視情況可用4個鱷魚夾替代)

----------以下使用心得----------

如果進一步要求精度、穩定性，會發現一些很奇怪的事情:

1.Vref非常不穩定，在微調阻值控制輸出電流時，在極小範圍內沒有正向線性，反而出現反向線性

Vref不變，電阻減小 ==> 理論:電流增加，實際:電流減少
Vref不變，電阻增加 ==> 理論:電流減小，實際:電流增加
理論結果，與實際相反，呈現反向關係!?

深究其行為，必定是Vref發生變化
(R*I=V)
電阻減小，實際:電流減少 ==> Vref減少
電阻增加，實際:電流增加 ==> Vref增加

如果以較大的速度粗調電阻，則又回到正向線性關係
電阻減小，實際:電流增加 ==> Vref保持不變
電阻增加，實際:電流減少 ==> Vref保持不變

感覺有點像是Vref本身有一個上下的閾值
假設此時Vref=1.2505V，閾值範圍1.2501~1.2509
Vref只要在範圍內，就不會主動干預調整(細調，反向線性)
一旦超過閾值則重新調整回1.2505V(粗調，線性)

拍了100mA版本的調整影片:


先粗調，驗證順、逆時針的方向，以及正向線性
最後細調，出現反向線性

(1)順時針快速轉動(粗調)，電流增加(電阻減小)
100.02mA => 100.63mA

(2)逆時針快速轉動(粗調)，電流減少(電阻增加)
100.63mA => 99.91mA

確認 ==> 順時針增加、逆時針減小

(3)順時針慢速細調(微增電流)，目標99.91mA增加，校準到100.00mA
結果卻是相反:
99.91mA ==(慢慢降)==> 99.76mA ==(忽然跳升)==> 99.96mA ==> 99.98mA ==(忽然跳升)=>100.12mA

100.12mA之後，逆時針細調(降低電流)，約轉了90度 ==>電流幾乎不動
再逆時針約45度(降低) ==> 降回100.00mA

想校準到100.00mA時
我要調大，你給我變小!?我要調小，你又給我變大!?
或是調不動，又或是一跳就跳了10幾個字
唉~~~感覺很虐心


2.在溫度差異很小的情況下，Vref也是非常不穩定

好不容易終於調到差不多穩定在100.00mA時，以為這樣就結束了嗎!?

NO~NO~NO~~~~

關機之後再開機，一定又會跳好幾個字
1~2個字、10個字內、或是十幾個字、又或是幾十個字?
不知道，一切看臉!

拍了一個測試影片，好不容易校準到100.00mA左右
隔天冷開機，看看輸出電流:


第1次開機，100.12mA，快速降到100.04mA
第2次開機，穩定在99.92mA
第3次開機，99.92~99.93mA
第4次開機，100.12mA降到100.08mA，瞬間又降到99.91mA
本來要再開關一次，沒想到，99.91mA直接噴到100.32mA，甚至到100.42mA
之後隨即快速降到100.00mA

也就是即使校準完，也會有千分之5(0.5%)以內的隨機誤差

以上2點，令人體驗不佳

檢視這塊LM317 100mA
使用18650鋰電，且在Vin引腳，依照順序貼了100uf、22uf、100nf、10nf，如圖:

LM317 100mA_電容

電源理應不會有紋波等問題，非常純淨

之後，懷疑Vref或許受到高頻干擾!?
嘗試在(Vref、Vout)引腳貼上330pf，試圖穩定Vref=1.25V，減少可能的高頻干擾
結果完全沒影響，一樣很虐心...
或許LM317的調控精度大概就這樣吧，本來設計就不是TL431那種精密電壓型

最後再看看溫度表現
LM317配上較大散熱片(0.3W)
2個大顆3W電阻(總共0.125W)
前1分鐘，熱成像:

LM317 100mA_1分鐘

實際使用場景，也就開關幾秒鐘，讀取數值
除非還要校準，才要再花點時間
以連續1分鐘來說，LM317估計+2~3度，電阻+5度
溫飄影響極小

連續10分鐘後，熱成像:

LM317 100mA_10分鐘

LM317 +5度，電阻+9度
使用2顆3W大電阻
如果用低瓦數小電阻，溫升就飛了(要注意)

整體發熱狀況，溫升小，符合預期

綜合以上:  便宜，能用
(隨機0.5%誤差，又不是不能用...)


後續再弄個1A的版本，除了可以提高10倍量程的精度，重點是人眼識別比較直觀，1mV對應1毫歐
譬如:10毫歐電阻，R010，表顯10.03mV=10.03毫歐

LM317 1A_R010

康品穎

讚一個!非科生，請問有簡單方法，加一個測量電感嗎?

可以的話.就超完美了。

SIMON1016

UT61E+  這隻萬用表印象中  有USB線可接PC 連續紀錄
如此漂移問題能比較直觀些

goalie

LM317並不能當精細的電流源，依照這顆datasheet，VREF range 1.2~1.3V，
用電流鏡或OP來做電流源比較可靠

phuang3

不錯，有實驗精神。要精密一點可以找LT3092，這是LT創辦人設計的產品(LM317也是)，有一定口碑。

wish

想起以前的電子愛好者都是這樣，缺什麼都是自個兒DIY。

hardball

康品穎 發表於 2025-3-4 07:30 AM
讚一個!非科生，請問有簡單方法，加一個測量電感嗎?

可以的話.就超完美了。 ...

加一個測量電感嗎?
是指電感的感值?
==>不行喔，需要用電橋測量

或是電感的DCR，直流阻抗，內阻?
==>理論上可以，但是實際上...

剛剛自己測了磁環電感，測出來的數值跳動得非常劇烈
要等很久才能穩定

推測:
1.磁環電感受到外界的游離磁場干擾，磁生電，造成端電壓異常混亂
2.更大的可能性，開機時的浪湧電流衝擊電感引發震盪
因測試環路幾乎是短路狀態，沒有多少阻抗可以提供有效的阻尼
所以測量出來的數值需要很久才能穩定

嘗試在夾子插上一個電容，減緩電流衝擊，吸收AC成分，抑制震盪
實測幾次，電感引發的震盪幾乎消除，數次測試，跟測電阻一樣，非常穩定
後續在1A的測試會加入這部分測試

同時感謝幾位大佬的指教~~~
@SIMON1016
@goalie
@phuang3
@wish

恆流電路確實還有其他方式，像是提到的運放+BJT組合也是很常見
不過複雜度、成本偏高一些

做這個目的就是做為萬用表歐姆檔的一個外掛補充
用途不多，感覺做出來大概率都要吃灰 XD

所以低複雜度、簡單、便宜為優先考量
LM317方案幾乎就是最簡單、便宜的方式
LM317+電阻，收工 XD

網上比較多看到100mA的做法
沒看到1A的分享
就想著先做100mA練手，再優化做1A
畢竟只有實際動手做才會發現一些需要注意的細節
順便做個深度測試分享出來

像是該注意精度、溫飄等問題
不是散熱片有貼就好、電阻隨便放 XD

原本來有買那種小小的TO-220散熱片，大的給1A版本用
有點小瞧100mA版本的發熱量(LM317約0.3W)
小散熱片，溫升明顯，得用大塊的散熱片才行
(溫升容忍範圍比較主觀)

電阻的話，100PPM電阻，溫度每差1度，萬分之1誤差
電阻發熱0.125W，用了2顆3W的電阻承擔
時間長了，大概+9度溫升
理論上會有約0.1%溫飄誤差，算是可以接受
(至於用小顆電阻，也行。溫升誤差就看個人接受度)

LM317 100mA版本，精度控制就是那樣
如果表顯不到5位數，看不到萬分之一，0.01%
用的是3位半的表，反而就不會那麼虐心

另外說一下，1A版本目前測試下來，感覺挺好的
虐心的事情都沒了
就像溫柔的小貓，擼起來特別舒服
或許LM317是為大電流設計的(2.2A)
跑100mA是還沒睡醒的狀態 XD

康品穎

hardball 發表於 2025-3-4 10:14 PM
加一個測量電感嗎?
是指電感的感值?
==>不行喔，需要用電橋測量

贊一個!動動手.動動腦，是進步的動力。

謝謝分享!找時間試作.學起來。

goalie

https://www.ti.com.cn/cn/lit/an/zhca890a/zhca890a.pdf?ts=1741140921668
另外推薦一個低成本的高精度電流源電路，DAC可以換用LDO提供比較精準的固定電壓

tarktung97

康品穎 發表於 2025-3-4 07:30 AM
讚一個!非科生，請問有簡單方法，加一個測量電感嗎?

可以的話.就超完美了。 ...

測電感的DCR是可以, 要測電感的L值就難多了
直接用可測電感的萬用錶吧!雖然準度不一,
但這是因為電感值先天變因多之故.
其實電容電阻也如此, 你用不同電錶量同一個電容/電阻常會量到不同數值.