Voltatge i font de corrent de mà 4-20mA: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:11

En aquest instructiu es detalla com fer un generador de senyal de 0-20 mA +/- 10 V mitjançant un opamp LM324 de baix cost. Aquest tipus de generadors de senyal són útils a la indústria per provar entrades de sensors o accionar amplificadors industrials.

Tot i que és possible comprar-los, sovint són cars i, si es trenquen, pot ser difícil de reparar. L'ús de components simples us permet crear un circuit que es pugui reparar si es trenca a una fracció del cost.

El kit està disponible a la meva botiga Tindie o en podeu fer un mateix.

Pas 1: Una petita teoria …

L'esquema anterior detalla un convertidor de tensió a corrent. Com que les tensions en una entrada opamps són iguals quan el terminal positiu és 5V, el terminal negatiu ha de ser igual.

L’únic lloc per al qual prové és la sortida d’amplificadors operatius, per tant, l’amplificador operatiu prové prou corrent per assegurar que el terminal negatiu estigui a 5 V. Si V (R1) = 5V, aleshores I (R1) = 5/250 = 20mA i, ja que RL forma una sèrie CCT (sense flux de corrent al terminal (-)) amb això, també ha de tenir 20mA que hi circulin.

Per tant, podem construir un circuit que converteixi un voltatge en un corrent.

Veient la fitxa tècnica del LM324 podem veure que és capaç de conduir 30 mA i, per tant, es pot utilitzar com a base de la nostra font de corrent senzilla sense un transistor de disc addicional.

A més, ens agradaria una sortida de 0-10V o +/- 10V. Això es pot aconseguir fàcilment ampliant el senyal de 0-5V que teníem formant un cct de 0-20mA per un factor de 2 per generar un senyal de sortida de 0-10V.

Per generar un senyal de +/- 10V podem enganyar una mica i modificar el nostre circuit amplificador per amplificar-lo amb un factor de 4 per donar una sortida de 0-20V. Un tercer amplificador pot generar un senyal estàtic de 10V que, quan s’utilitza com a referència al senyal de 0-20V, dóna un rang de voltatge de +/- 10V.

He proporcionat un esquema sobre com fer-ho. El meu té díodes de protecció que poden ser necessaris o no en funció de la vostra aplicació, així com un parell de testos per retallar les sortides.

Pas 2: comencem per una funda

Amb la teoria fora de la manera com podem desenvolupar un cas per al nostre projecte. He utilitzat un hammond 1593PBK. Si feu el vostre propi PCB, és possible que vulgueu seleccionar un cas més gran.

He decidit afegir un LED i un pot de gamma, també m'agradaria un interruptor lliscant al costat, així com 2 jocs de cables per a 0-20mA i +/- 10V.

He creat una coberta adhesiva amb un adhesiu de vinil per ajudar-vos a indicar la gamma.

Utilitzant un punxó central i la tapa per marcar els forats i, a continuació, foradar els forats:

• Olla de 7 mm
• LED de 6,5 mm
• Entrada de cable de 5 mm
• Forats per a interruptor de 2 mm

Es pot utilitzar una serra i un arxiu per tallar el forat d'obertura del commutador de corredissa.

Un cop completada, apliqueu l'adhesiu de la coberta i munteu el LED, l'olla i l'interruptor.

NOTA: les longituds de filferros es mantindran generoses perquè es puguin retallar més endavant quan muntem la caixa, els cables haurien de reduir-se per evitar trencaments de cables.

Pas 3: afegiu una font d'alimentació

Estem fent servir un convertidor DCDC boost econòmic a ebay. Això pot amplificar la bateria de 9V que estic planejant fer servir fins a 22V. Necessito adonar-me del +/- 10V cct. Té un test d’ajust que hauré de retallar una mica més tard.

Connecteu una part del clip PP3 al commutador de corredissa i connecteu el terminal següent a l'entrada DCDC. Connecteu el segon cable del clip PP3 al terminal restant del convertidor DCDC. Ara tindreu un convertidor DCDC controlat pel commutador de diapositives. El DCDC hauria d’estar ben marcat per facilitar aquest pas.

Ara soldeu un parell de cables de sortida al vostre DCDC mantenint la longitud bastant generosa en aquesta etapa.

Utilitzeu una pistola de cola calenta per muntar el convertidor DCDC al seu lloc, però assegureu-vos que el pot de regulació de la sortida de tensió sigui accessible. Ara utilitzeu una bateria PP3 i ajusteu el DCDC per obtenir una sortida de 22V.

ADVERTÈNCIA: fins i tot els voltatges baixos com els de 9V i 20V poden ser mortals si s’exposen a la pell mullada. Preneu les precaucions adequades quan utilitzeu aquest instrument. Els terminals inutilitzats s’han d’assegurar en blocs de terminals per evitar xocs accidentals (de debò!). No utilitzeu mai aquest instrument a prop de l’aigua ni de la pell mullada.

Pas 4: temps per soldar …

Ara podeu fer-ho a la taula de treball o fer el vostre propi PCB com jo. Sigui com sigui, és hora de muntar els components.

Si no podeu fer la vostra pròpia taula, tinc una quantitat limitada de venda a tindie.

www.tindie.com/products/industry/handheld-…

El primer que heu de fer és imprimir el disseny i l’esquema i anotar el disseny de manera que es mostri cap a on van tots els components. Això és molt més fàcil que l’ús de l’esquema i resultarà en menys errors d’ubicació.

Ara soldeu els components i retalleu els components amb talladores laterals després.

Per cert, si feu servir taulers de suport, necessitareu un cas més gran que jo.

Pas 5: comproveu els cables

He utilitzat alguns cables de parell trenat i he posat alguns passadissos per a protegir els cables i fer-me saber quins són.

Això em donarà dos cables de prova, un de tensió i un de corrent.

Pas 6: ajust final

Ara he de començar a soldar tots els cables restants al meu PCB.

Val la pena establir el PCB en aquest moment i assegurar-se que encaixi, és a dir, que no hi hagi enfrontaments. Hi ha alguns components alts al meu PCB i alguns components alts al meu estoig (pot, DCDC). He d’assegurar-me que encaixi tot abans de soldar res.

Un cop estic feliç, va junt i puc començar a soldar i retallar les mides de fil per adaptar-les. Al meu PCB he utilitzat forats de descàrrega als punts d’entrada / sortida.

Un cop sé que anirà junt, és hora de fer-ne una comissió …

NOTA: aneu amb compte amb el LED i l'olla, ja que cal soldar-los als terminals correctes, si l'olla és incorrecta, s'invertirà l'acció.

Pas 7: Posada en servei …

Per tant, en el meu disseny hi havia un procés de posada en marxa de 8 passos.

Comproveu que encaixi

Puc tancar la tapa

Comproveu el LED Comproveu que el LED s’il·lumina quan s’apaga PP3

Consulteu la referència 5V

Enceneu el PCB comproveu que el cct de referència de 5V està donant 5V.

Comproveu la sortida de 10V

Comproveu 10V presents al pin 1 de J2

Comproveu la sortida de 20V

Comproveu els 20V presents al pin 2 de J2, ajusteu el pot R12 fins que estigui.

Comproveu el funcionament de +/- 10V

Entre J1 i 2 hauria de ser possible generar +/- 10V mitjançant l'olla.

Comproveu la sortida de 20 mA

Amb el pot configurat com a màxim, comproveu que la sortida J1 sigui 20 mA, ajusteu el pot R3 fins que estigui.

Muntar la caixa i provar de nou

Torneu a muntar i feu una comprovació final de la funció.