Principio di funzionamento. Per mantenere la corrente che scorre nel resistore a valori sufficientemente bassi, è necessario usare un amplificatore operazionale. In questo modo la corrente nel resistore può essere impostata a qualsiasi valore conveniente, nella fattispecie 10 mA, ottenendo una caduta di tensione massima ai capi della resistenza sotto misura di 20 mV. La tensione di uscita viene portata al livello desiderato di 2V amplificando la tensione sulla resistenza sotto misura di un opportuno fattore, nel caso 100. Tenendo presente ciò, è possibile dividere il circuito del milliohmetro in tre blocchi: generatore della corrente costante di misura, blocco amplificatore, blocco di azzeramento. Generatore di corrente costante. Questo blocco è realizzato attorno a IC1, un regolatore di tensione variabile LM317L. Forse non tutti sanno che, come del resto suggerito nei datasheet della casa costruttrice, i regolatori di tensione a tre terminali in generale, e quelli variabili in particolare, possono essere utilizzati come generatori di corrente costante con un capo del carico a massa, utilizzando lo schema mostrato in figura [figura1.sch]. La corrente che attraversa il carico dipende solo dalla tensione VREF fra il piedino OUT ed il piedino ADJ del regolatore, che per lo LM317L vale 1.25V, e dal valore della resistenza R1. Per basse correnti di uscita occorre tener conto anche della piccola corrente IADJ proveniente dal piedino ADJ del regolatore di tensione. La formula risulta quindi IOUT = 1.25/R1 + IADJ. Osservando lo schema, si nota che la resistenza R3 vale 124 ohm, portando ad una corrente IOUT = 1.25/124 =10.0 mA come già detto. Questa corrente viene inviata nella resistenza sotto misura, provocando su di essa una caduta di tensione che va da 0 a 20 mV. La resistenza R4, che si trova in serie al resistore incognito, serve per garantire una minima caduta di tensione anche ponendo i puntali dello strumento in cortocircuito. Lo scopo di ciò diventerà chiaro durante l'analisi del blocco amplificatore. Il diodo Schottky D2 invece serve a garantire che la tensione ai capi dei puntali di misura non superi mai la tensione di soglia di una giunzione. Senza D2, a vuoto la tensione ai capi dei puntali sarebbe circa uguale alla tensione di alimentazione, infatti il generatore di corrente tenterebbe ugualmente di far scorrere i 10 mA previsti nel circuito aperto che si ritrova come carico, col risultato di far salire la tensione al massimo valore che è in grado di fornire. In condizioni di normale funzionamento il diodo D2 è interdetto perché la tensione massima che cade in presenza di un resistore di valore pari al fondo scala (2 ohm) è, come detto più volte, di soli 20 mV, mentre D2 presenta una soglia di circa 0.3 V. Amplificatore. Questo blocco è realizzato attorno ad una metà dell'amplificatore operazionale integrato LM358. Questo amplificatore operazionale doppio è espressamente concepito per lavorare a singola tensione di alimentazione ed è progettato in modo che l'uscita, anche in tali condizioni, possa raggiungere gli 0 V. Nel circuito viene utilizzato in una configurazione di amplificatore non invertente con un guadagno, fissato dai resistori R1 ed R2, pari a 100. Poiché il guadagno di tensione AV di un amplificatore non invertente è dato dalla formula AV=1+(R2/R1), per ottenere un guadagno di 100 volte, occorre che il resistore R2 abbia un valore 99 volte quello del resistore R1. Per realizzare tale rapporto con sufficiente precisione occorre utilizzare resistori della serie E96 all'1%. Nel caso particolare, lo si è realizzato con un resistore da 19.8 Kohm ed uno da 200 ohm. Per evitare che la tensione di uscita, in assenza del resistore sotto misura, salga eccessivamente, raggiungendo valori prossimi alla tensione di alimentazione, è stato inserito il diodo zener D1, che limita la tensione di uscita di U1A a circa 4.7V. Infine, poiché la tensione di ingresso vale al più 20 mV, occorre premunirsi contro eventuali tensioni di offset. Qualsiasi operazionale, infatti, con in ingresso 0V, dà una tensione di uscita diversa da zero. La tensione di ingresso necessaria a riportare la tensione di uscita esattamente a zero viene chiamata “tensione di offset”. Se essa fosse negativa, non ci sarebbero problemi (coi puntali cortocircuitati l'uscita sarebbe maggiore di 0V e la lettura verrebbe riportata a zero agendo sul blocco di azzeramento), ma, se fosse invece positiva, l'uscita resterebbe a zero sino a quando la tensione di ingresso non superasse tale valore, provocando un errore di misura. Per garantirsi contro questa evenienza, è stato aggiunto il resistore R4 da 1 Ohm. Questo resistore fa sì che, anche coi puntali in cortocircuito, la tensione di ingresso dell'amplificatore non scenda mai sotto 10 mV. Poiché, per lo LM358, la massima tensione di offset non supera i 6 mV, la tensione che cade su R4 garantisce il recupero di eventuali offset positivi. Blocco di azzeramento. Questo blocco è costituito dalla seconda metà (U1B) dell'amplificatore operazionale LM358 e da un secondo regolatore di tensione LM317L (IC2), questa volta utilizzato come tale. Lo scopo di questo blocco è quello di generare una tensione regolabile che possa essere resa eguale a quella presente sull'uscita di U1A. Mediante P1, infatti, si preleva una parte della tensione stabilizzata a circa 4V dal regolatore IC2 e la si invia ad U1B, montato come inseguitore di tensione, vale a dire come amplificatore di tensione con guadagno unitario. Collegando il tester non fra uscita di U1A e massa, ma tra uscita di U1A ed uscita di U1B, è possibile rendere nulla la lettura del tester coi puntali in cortocircuito agendo su P1. Infatti, così facendo, il tester misurerà la differenza fra la tensione di uscita di IC1A e quella di IC1B, permettendo di annullare l'offset introdotto dal resistore da 1 ohm e dalla resistenza dei cavi di collegamento.