Ręczne źródło napięcia i prądu 4-20mA: 7 kroków

2024 Autor: John Day | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2024-01-30 11:27

Ta instrukcja opisuje, jak wykonać generator sygnału 0-20mA +/-10V przy użyciu niedrogiego wzmacniacza operacyjnego LM324. Tego typu generatory sygnału są przydatne w przemyśle do testowania wejść czujników lub sterowania wzmacniaczami przemysłowymi.

Chociaż można je kupić, są one często drogie, a ich uszkodzenie może być trudne do naprawy. Korzystanie z prostych komponentów pozwala stworzyć obwód, który można naprawić, jeśli się zepsuje, za ułamek kosztów!

Zestaw jest dostępny w moim sklepie Tindie lub możesz go zrobić samemu!

Krok 1: Mała teoria…

Powyższy schemat przedstawia konwerter napięcia na prąd. Ponieważ napięcia na wejściu wzmacniacza operacyjnego są równe, gdy zacisk dodatni wynosi 5 V, zacisk ujemny musi być podobnie.

Jedynym miejscem, z którego może to pochodzić, jest wyjście wzmacniaczy operacyjnych, dlatego wzmacniacz operacyjny dostarcza wystarczająco dużo prądu, aby zapewnić, że zacisk ujemny ma napięcie 5V. Jeśli V(R1) = 5V, to I(R1) = 5/250 = 20mA, a ponieważ RL tworzy szereg cct (brak przepływu prądu do zacisku (-)) z tym musi również przepływać przez niego 20mA.

Możemy zatem skonstruować obwód, który przekształca napięcie w prąd.

Patrząc na arkusz danych LM324, widzimy, że jest on zdolny do wysterowania 30mA i dlatego może być używany jako podstawa naszego prostego źródła prądu bez dodatkowego tranzystora sterującego.

Oprócz tego chcielibyśmy uzyskać wyjście 0-10V lub +/-10V. Można to łatwo osiągnąć, wzmacniając sygnał 0-5V, który otrzymaliśmy z 0-20mA cct przez współczynnik 2, aby wygenerować sygnał wyjściowy 0-10V.

Aby wygenerować sygnał +/-10V, możemy trochę oszukać i zmodyfikować nasz obwód wzmacniacza, aby wzmocnił 4 razy, aby uzyskać wyjście 0-20V. Trzeci wzmacniacz może wtedy generować statyczny sygnał 10V, który użyty jako odniesienie do sygnału 0-20V daje zakres napięcia +/-10V.

Przedstawiłem schemat, jak to zrealizować. Mój ma diody zabezpieczające, które mogą być lub nie być konieczne w zależności od aplikacji, a także kilka potencjometrów do przycinania wyjść.

Krok 2: Zacznijmy od sprawy

Mając teorię, w jaki sposób możemy opracować case dla naszego projektu. Użyłem hammonda 1593PBK. Jeśli robisz własną płytkę drukowaną, możesz wybrać większą obudowę.

Zdecydowałem się dodać diodę LED i potencjometr zasięgu, chciałbym też przełącznik suwakowy z boku oraz 2 komplety kabli 0-20mA i +/-10V.

Stworzyłem samoprzylepną osłonę za pomocą kleju winylowego, aby pomóc we wskazaniu zasięgu.

Za pomocą punktaka i nakładki zaznacz otwory, a następnie wywierć otwory:

• Garnek 7mm
• LED 6,5mm
• Wejście kablowe 5mm
• Otwory na przełącznik 2mm

Do wycięcia otworu na przełącznik suwakowy można użyć piły do metalu i pilnika.

Po zakończeniu naklej naklejkę i zamontuj diodę LED, garnek i przełącznik.

UWAGA - długość przewodów powinna być duża, aby można je było później przyciąć, gdy montujemy obudowę, wszelkie przewody powinny być obkurczone termicznie, aby zapobiec zerwaniu kabla.

Krok 3: Dodaj zasilacz

Używamy taniego konwertera DCDC boost z serwisu eBay. Może to wzmocnić baterię 9 V, którą planuję użyć do 22 V, której potrzebuję, aby zrealizować +/-10 V cct. Ma potencjometr do regulacji, który będę musiał trochę później przyciąć.

Podłącz jedną część zacisku PP3 do przełącznika suwakowego i podłącz następny zacisk do wejścia DCDC. Podłącz drugi przewód zacisku PP3 do pozostałego zacisku konwertera DCDC. Otrzymasz teraz konwerter DCDC sterowany przełącznikiem suwakowym. DCDC powinien być dość dobrze oznaczony, aby ułatwić ten krok.

Teraz przylutuj kilka przewodów wyjściowych do DCDC, zachowując na tym etapie dość dużą długość.

Użyj pistoletu do klejenia na gorąco, aby zamontować konwerter DCDC na miejscu, ale upewnij się, że regulator napięcia wyjściowego jest dostępny. Teraz użyj baterii PP3 i wyreguluj DCDC, aby uzyskać napięcie wyjściowe 22V.

OSTRZEŻENIE - Nawet niskie napięcia, takie jak 9 V i 20 V, mogą być śmiertelne, jeśli zostaną wystawione na wilgotną skórę, prosimy o podjęcie odpowiednich środków ostrożności podczas korzystania z tego instrumentu. Wszelkie nieużywane zaciski należy zabezpieczyć w listwach zaciskowych, aby zapobiec przypadkowemu porażeniu (poważnie!). Nigdy nie używaj tego instrumentu w pobliżu wody lub mokrej skóry.

Krok 4: Czas na lutowanie…

Teraz możesz to zrobić na płytce prototypowej lub zrobić własną płytkę drukowaną, tak jak ja. Tak czy inaczej nadszedł czas na złożenie komponentów.

Jeśli nie potrafisz zrobić własnej deski do krojenia chleba, mam ograniczoną ilość moich na sprzedaż na tindie.

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

Pierwszą rzeczą do zrobienia jest wydrukowanie układu i schematu oraz dodanie adnotacji do układu, aby pokazać, gdzie znajdują się wszystkie komponenty. Jest to znacznie łatwiejsze niż korzystanie ze schematu i spowoduje mniej błędów rozmieszczania.

Teraz przylutuj swoje elementy, a następnie przytnij elementy za pomocą bocznych obcinaków.

Nawiasem mówiąc, jeśli użyjesz płyty stykowej, będziesz potrzebować większej obudowy niż ja.

Krok 5: Przewody testowe

Użyłem skrętki i założyłem kilka wpustów i tulejek, aby chronić kable i dać mi znać, które kable są które.

To da mi 2 przewody pomiarowe, jeden do napięcia i jeden do prądu.

Krok 6: Ostateczne dopasowanie

Teraz muszę zacząć lutować wszystkie pozostałe przewody do mojej płytki drukowanej.

Warto w tym momencie rozłożyć płytkę i upewnić się, że będzie pasować, czyli nie ma kolizji. Na mojej płytce drukowanej jest kilka wysokich elementów i kilka wysokich elementów w mojej obudowie (garnek, DCDC). Muszę się upewnić, że wszystko będzie pasować, zanim cokolwiek zlutuję.

Kiedy już jestem zadowolony, że wszystko idzie w parze, mogę zacząć lutować i przycinać przewody do własnych potrzeb. Na mojej płytce PCB użyłem otworów odciążających w punktach wejścia/wyjścia.

Kiedy już wiem, że wszystko pójdzie w parze, nadszedł czas, aby to zlecić…

UWAGA - Uważaj na diodę LED i potencjometr, ponieważ muszą być przylutowane do właściwych zacisków, jeśli potencjometr jest odwrócony, jego działanie zostanie odwrócone.

Krok 7: Uruchomienie…

Tak więc w moim projekcie był 8-stopniowy proces uruchamiania.

Sprawdź, czy pasuje

Czy mogę zamknąć pokrywę?

Sprawdź LEDCheck Dioda LED świeci się po wyłączeniu PP3

Sprawdź odniesienie 5 V

Włącz PCB, sprawdź, czy cct odniesienia 5 V daje 5 V.

Sprawdź wyjście 10 V

Sprawdź obecność 10 V na styku J2 1

Sprawdź wyjście 20 V

Sprawdź 20V obecne na J2 pin 2, wyreguluj potencjometr R12, aż będzie.

Sprawdź działanie +/-10V

Pomiędzy J1 a 2 powinno być możliwe generowanie +/-10V za pomocą potencjometru.

Sprawdź wyjście 20mA

Przy potencjometrze ustawionym na max sprawdź, czy wyjście J1 wynosi 20mA, wyreguluj potencjometr R3, aż będzie.

Złóż obudowę i przetestuj ponownie

Ponownie zmontuj i wykonaj ostateczną kontrolę działania.