Fonte de tensão e corrente portátil 4-20 mA: 7 etapas

2025 Autor: John Day | [email protected]. Última modificação: 2025-01-23 15:03

Este instrutivo detalha como fazer um gerador de sinal 0-20mA +/- 10V usando um LM324 opamp barato. Esses tipos de geradores de sinal são úteis na indústria para testar entradas de sensores ou acionar amplificadores industriais.

Embora seja possível comprá-los, geralmente são caros e, se quebrados, podem ser difíceis de consertar. O uso de componentes simples permite que você crie um circuito reparável se ele quebrar por uma fração do custo!

O kit está disponível na minha loja Tindie ou você mesmo pode fazer um!

Etapa 1: Um pouco de teoria…

O esquema acima detalha um conversor de tensão em corrente. Uma vez que as tensões em uma entrada opamps são iguais quando o terminal positivo é 5 V, o terminal negativo deve ser da mesma forma.

O único lugar de onde isso pode vir é a saída do amplificador operacional, portanto, o amplificador operacional fornece corrente suficiente para garantir que o terminal negativo esteja em 5V. Se V (R1) = 5V, então I (R1) = 5/250 = 20mA e, como RL forma uma série cct (sem fluxo de corrente para o terminal (-)), ele também deve ter 20mA fluindo através dele.

Podemos, portanto, construir um circuito que converte uma tensão em corrente.

Olhando para o datasheet do LM324, podemos ver que ele é capaz de conduzir 30mA e, portanto, pode ser usado como base para nossa fonte de corrente simples sem um transistor de unidade adicional.

Além disso, gostaríamos de uma saída de 0-10V ou +/- 10V. Isso pode ser alcançado facilmente amplificando o sinal de 0-5 V que formamos 0-20 mA cct por um fator de 2 para gerar um sinal de saída de 0-10 V.

Para gerar um sinal de +/- 10 V podemos trapacear um pouco e modificar nosso circuito amplificador para amplificar por um fator de 4 para dar saída de 0-20 V. Um terceiro amplificador pode então gerar um sinal estático de 10 V que, quando usado como uma referência para o sinal de 0-20 V, fornece uma faixa de voltagem de +/- 10 V.

Forneci um esquema de como fazer isso. O meu tem diodos de proteção que podem ou não ser necessários dependendo da sua aplicação, bem como alguns potes para aparar as saídas.

Etapa 2: vamos começar com um caso

Com a teoria descoberta, podemos desenvolver um case para o nosso projeto. Eu usei um hammond 1593PBK. Se você estiver fazendo seu próprio PCB, você pode querer selecionar uma caixa maior.

Decidi adicionar um LED e um potenciômetro de alcance, também gostaria de um interruptor deslizante na lateral, bem como 2 conjuntos de cabos para 0-20mA e +/- 10V.

Criei uma capa adesiva usando um adesivo de vinil para ajudar na indicação do intervalo.

Usando um punção central e a tampa, marque os orifícios e, em seguida, faça os orifícios:

• Pote 7mm
• LED 6,5 mm
• Entrada de cabo 5 mm
• Furos para switch 2mm

Uma serra e uma lima podem ser usados para cortar o orifício de abertura do interruptor deslizante.

Depois de concluído, aplique o adesivo de capa e monte o LED, o potenciômetro e o interruptor.

NOTA - os comprimentos dos fios devem ser mantidos generosos para que possam ser cortados mais tarde, quando montarmos a caixa, todos os fios devem ser termorretráteis para evitar a quebra do cabo.

Etapa 3: adicionar uma fonte de alimentação

Estamos usando um conversor DCDC barato do ebay. Isso pode amplificar a bateria de 9 V que estou planejando usar até os 22 V que preciso para realizar o cct de +/- 10 V. Ele tem um pote de ajuste que preciso aparar um pouco mais tarde.

Conecte uma parte do clipe PP3 à chave deslizante e conecte o próximo terminal à entrada DCDC. Conecte o segundo fio do clipe PP3 ao terminal restante do conversor DCDC. Agora você terá um conversor DCDC que é controlado pelo interruptor deslizante. O DCDC deve ser bem marcado para facilitar esta etapa.

Agora solde um par de fios de saída em seu DCDC mantendo o comprimento bastante generoso neste estágio.

Use uma pistola de cola quente para montar o conversor DCDC no lugar, mas certifique-se de que o potenciômetro de ajuste de saída de tensão esteja acessível. Agora use uma bateria PP3 e ajuste o DCDC para dar uma saída de 22V.

AVISO - Mesmo tensões baixas como 9 V e 20 V ainda podem ser fatais se forem expostas à pele úmida, por favor, tome as precauções adequadas ao usar este instrumento. Quaisquer terminais não usados devem ser protegidos em blocos de terminais para evitar choque acidental (sério!). Nunca use este instrumento perto de água ou pele molhada.

Etapa 4: hora de soldar …

Agora você pode fazer isso na placa de ensaio ou fazer seu próprio PCB como eu. De qualquer forma, é hora de montar os componentes.

Se você não consegue fazer seu próprio breadboard, tenho uma quantidade limitada minha à venda no Tindie.

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

A primeira coisa a fazer é imprimir o layout e o esquema e anotar o layout para que mostre onde todos os componentes vão. Isso é muito mais fácil do que usar o esquema e resultará em menos erros de posicionamento.

Agora solde seus componentes, apare os componentes com cortadores laterais depois.

A propósito, se você usar placa de ensaio, precisará de uma caixa maior do que a minha.

Etapa 5: pontas de prova

Usei um cabo de par trançado e coloquei alguns idents de cabo e ponteiras para proteger os cabos e me informar quais cabos são quais.

Isso me dará 2 terminais de teste, um para tensão e outro para corrente.

Etapa 6: ajuste final

Agora preciso começar a soldar todos os fios restantes no meu PCB.

Vale a pena definir o PCB neste ponto e certificar-se de que ele se encaixará, ou seja, não há conflitos. Existem alguns componentes altos no meu PCB e alguns componentes altos no meu gabinete (potenciômetro, DCDC). Preciso ter certeza de que tudo vai caber antes de soldar qualquer coisa.

Quando estiver feliz que ele vai junto, posso começar a soldar e aparar meus comprimentos de fio para se adequar. No meu PCB, usei orifícios de alívio de tensão nos pontos de entrada / saída.

Depois de saber que tudo vai funcionar, é hora de comissioná-lo …

NOTA - Tenha cuidado com o LED e o potenciômetro pois eles precisam ser soldados nos terminais corretos, se o potenciômetro estiver do lado errado sua ação será invertida.

Etapa 7: Comissionamento …

Portanto, no meu projeto, havia um processo de comissionamento de 8 etapas.

Verifique se se encaixa

Posso fechar a tampa

LED de verificação; o LED de verificação acende quando desligado do PP3

Verifique a referência de 5V

Ligue a placa de circuito impresso, verifique se o cct de referência de 5V está emitindo 5V.

Verifique a saída de 10 V

Verifique 10V presente no pino 1 J2

Verifique a saída de 20 V

Verifique 20V presente no pino 2 J2, ajuste o potenciômetro R12 até que esteja.

Verifique a operação de +/- 10V

Entre J1 e 2 deve ser possível gerar +/- 10V usando o potenciômetro.

Verifique a saída de 20mA

Com o potenciômetro ajustado para o máximo, verifique se a saída J1 é 20mA, ajuste o potenciômetro R3 até que esteja.

Monte a caixa e teste novamente

Monte novamente e faça uma verificação de função final.