Sorgente di tensione e corrente portatile 4-20 mA: 7 passaggi

2024 Autore: John Day | [email protected]. Ultima modifica: 2024-01-30 10:00

Questo istruibile descrive in dettaglio come realizzare un generatore di segnale 0-20 mA +/- 10 V utilizzando un opamp economico LM324. Questi tipi di generatori di segnale sono utili nell'industria per testare gli ingressi dei sensori o pilotare amplificatori industriali.

Sebbene sia possibile acquistarli, spesso sono costosi e se rotti possono essere difficili da riparare. L'utilizzo di componenti semplici consente di creare un circuito riparabile se si rompe a una frazione del costo!

Il kit è disponibile sul mio negozio Tindie oppure puoi crearne uno tu stesso!

Fase 1: una piccola teoria…

Lo schema sopra illustra in dettaglio un convertitore da tensione a corrente. Poiché le tensioni all'ingresso di un opamp sono uguali quando il terminale positivo è 5V, il terminale negativo deve essere uguale.

L'unico punto da cui proviene questo è l'uscita degli amplificatori operazionali, quindi l'amplificatore operazionale fornisce corrente sufficiente per garantire che il terminale negativo sia a 5V. Se V(R1) = 5V allora I(R1) = 5/250 = 20mA e poiché RL forma una serie cct (nessun flusso di corrente nel terminale (-)) con questo deve anche avere 20mA che lo attraversano.

Possiamo quindi costruire un circuito che converta una tensione in corrente.

Guardando la scheda tecnica per l'LM324 possiamo vedere che è in grado di pilotare 30 mA e può quindi essere utilizzato come base della nostra semplice fonte di corrente senza un transistor di azionamento aggiuntivo.

In aggiunta a ciò vorremmo un'uscita 0-10V o +/-10V. Questo può essere ottenuto facilmente amplificando il segnale 0-5V che abbiamo formato 0-20mA cct di un fattore 2 per generare un segnale di uscita 0-10V.

Per generare un segnale +/-10V possiamo barare un po' e modificare il nostro circuito amplificatore per amplificare di un fattore 4 per dare un'uscita 0-20V. Un terzo amplificatore può quindi generare un segnale statico a 10V che, se utilizzato come riferimento al segnale 0-20V, fornisce un intervallo di tensione di +/-10V.

Ho fornito uno schema su come realizzare questo. Il mio ha diodi di protezione sui quali potrebbe essere necessario o meno a seconda dell'applicazione, nonché un paio di potenziometri per il taglio delle uscite.

Passaggio 2: iniziamo con un caso

Con la teoria fuori il modo in cui possiamo sviluppare un caso per il nostro progetto. Ho usato un hammond 1593PBK. Se stai realizzando il tuo PCB, potresti voler selezionare un case più grande.

Ho deciso di aggiungere un LED e un potenziometro, vorrei anche un interruttore a scorrimento laterale e 2 set di cavi per 0-20 mA e +/-10 V.

Ho creato una copertura adesiva utilizzando un adesivo vinilico per aiutare con l'indicazione della portata.

Usando un punzone centrale e il coperchio, tracciare i fori e quindi praticare i fori:

• Pentola 7mm
• LED 6.5mm
• Ingresso cavo 5mm
• Fori per interruttore 2mm

È possibile utilizzare un seghetto e una lima per ritagliare il foro di apertura per l'interruttore a scorrimento.

Una volta completato, applicare l'adesivo di copertura e montare il LED, il potenziometro e l'interruttore.

NOTA: le lunghezze dei cavi devono essere mantenute generose in modo che possano essere tagliate in seguito quando montiamo la custodia, eventuali fili devono essere termoretratti per evitare la rottura del cavo.

Passaggio 3: aggiungere un alimentatore

Stiamo usando un convertitore DCDC boost economico su ebay. Questo può amplificare la batteria da 9V che sto pianificando di utilizzare fino ai 22V di cui ho bisogno per realizzare il +/-10V cct. Ha un vaso di regolazione che dovrò tagliare un po' più tardi.

Collegare una parte della clip PP3 all'interruttore a scorrimento e collegare il terminale successivo all'ingresso DCDC. Collegare il secondo filo della clip PP3 al terminale rimanente del convertitore DCDC. Ora avrai un convertitore DCDC controllato dall'interruttore a scorrimento. Il DCDC dovrebbe essere abbastanza ben contrassegnato per facilitare questo passaggio.

Ora salda un paio di cavi di uscita al tuo DCDC mantenendo la lunghezza abbastanza generosa in questa fase.

Utilizzare una pistola per colla a caldo per montare il convertitore DCDC in posizione, ma assicurarsi che il potenziometro di regolazione dell'uscita di tensione sia accessibile. Ora usa una batteria PP3 e regola il DCDC per fornire un'uscita di 22V.

AVVERTENZA - Anche le basse tensioni come 9V e 20V possono comunque essere fatali se esposte alla pelle bagnata, si prega di prendere adeguate precauzioni quando si utilizza questo strumento. Tutti i terminali non utilizzati devono essere fissati in morsettiere per evitare urti accidentali (seriamente!). Non utilizzare mai questo strumento vicino all'acqua o alla pelle bagnata.

Passaggio 4: è tempo di saldare…

Ora puoi farlo su breadboard o creare il tuo PCB come me. In ogni caso è il momento di assemblare i componenti.

Se non riesci a fare la tua breadboard, ne ho una quantità limitata in vendita su tindie.

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

La prima cosa da fare è stampare il layout e lo schema e annotare il layout in modo che mostri dove vanno tutti i componenti. Questo è molto più semplice rispetto all'utilizzo dello schema e si tradurrà in meno errori di posizionamento.

Ora salda i tuoi componenti, poi taglia i componenti con le tronchesi laterali.

A proposito, se usi la breadboard ti servirà una custodia più grande della mia.

Passaggio 5: cavi di prova

Ho usato un cavo a doppino intrecciato e ho inserito alcuni capicorda e ferrule per proteggere i cavi e farmi sapere quali cavi sono quali.

Questo mi darà 2 puntali uno per la tensione e uno per la corrente.

Passaggio 6: adattamento finale

Ora devo iniziare a saldare tutti i fili rimanenti al mio PCB.

Vale la pena disporre il PCB a questo punto e assicurarsi che si adatti, cioè non ci sono scontri. Ci sono alcuni componenti alti sul mio PCB e alcuni componenti alti sul mio case (pentola, DCDC). Devo assicurarmi che tutto si adatti prima di saldare qualcosa.

Una volta che sono soddisfatto, posso iniziare a saldare e tagliare le lunghezze dei cavi per adattarle. Sul mio PCB ho utilizzato dei fori passacavo sui punti di ingresso/uscita.

Una volta che so che andrà insieme è il momento di commissionarlo…

NOTA - Fare attenzione con il LED e il potenziometro in quanto devono essere saldati ai terminali corretti, se il potenziometro è al contrario l'azione sarà invertita.

Passaggio 7: messa in servizio…

Quindi nel mio progetto c'era un processo di messa in servizio in 8 fasi.

Controlla che si adatti

Posso chiudere il coperchio?

Check LEDCheck Il LED si illumina all'accensione del PP3

Controllare il riferimento 5V

Accendere il PCB, verificare che il cct di riferimento a 5 V emetta 5 V.

Controllare l'uscita 10V

Controllare 10V presenti su J2 pin 1

Controllare l'uscita 20V

Controllare 20V presenti sul pin 2 J2, regolare il potenziometro R12 fino a quando non lo è.

Controllare il funzionamento +/-10V

Tra J1 e 2 dovrebbe essere possibile generare +/-10V usando il potenziometro.

Controllare l'uscita 20mA

Con il potenziometro impostato al massimo, controllare che l'uscita J1 sia 20 mA, regolare il potenziometro R3 finché non lo è.

Assemblare la custodia e riprovare

Rimontare ed eseguire un controllo funzionale finale.