Φορητή τάση και τρέχουσα πηγή 4-20mA: 7 βήματα

2024 Συγγραφέας: John Day | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2024-01-30 08:32

Αυτό το διδακτικό αναφέρει λεπτομερώς πώς να φτιάξετε μια γεννήτρια σήματος 0-20mA +/- 10V χρησιμοποιώντας ένα φθηνό opamp LM324. Αυτοί οι τύποι γεννητριών σήματος είναι χρήσιμοι στη βιομηχανία για τον έλεγχο των εισόδων αισθητήρων ή την οδήγηση βιομηχανικών ενισχυτών.

Ενώ είναι δυνατό να τα αγοράσετε, είναι συχνά ακριβά και αν σπάσουν μπορεί να είναι δύσκολο να επισκευαστούν. Η χρήση απλών εξαρτημάτων σάς επιτρέπει να δημιουργήσετε ένα κύκλωμα που μπορεί να επισκευαστεί εάν σπάσει με ένα κλάσμα του κόστους!

Το κιτ είναι διαθέσιμο στο κατάστημά μου Tindie ή μπορείτε να το φτιάξετε μόνοι σας!

Βήμα 1: Μια μικρή θεωρία…

Το παραπάνω σχήμα περιγράφει λεπτομερώς έναν μετατροπέα τάσης σε ρεύμα. Δεδομένου ότι οι τάσεις σε μια είσοδο opamps είναι ίσες όταν ο θετικός ακροδέκτης είναι 5V, ο αρνητικός ακροδέκτης πρέπει να είναι ομοίως.

Το μόνο μέρος για να προέλθει από αυτό είναι η έξοδος των ενισχυτών op, επομένως οι πηγές op amp έχουν αρκετό ρεύμα για να διασφαλιστεί ότι ο αρνητικός ακροδέκτης είναι στα 5V. Εάν V (R1) = 5V τότε I (R1) = 5/250 = 20mA και εφόσον το RL σχηματίζει μια σειρά cct (χωρίς ροή ρεύματος στον (-) τερματικό) με αυτό πρέπει επίσης να έχει 20mA που ρέει μέσα από αυτό.

Μπορούμε λοιπόν να κατασκευάσουμε ένα κύκλωμα που μετατρέπει μια τάση σε ρεύμα.

Κοιτάζοντας το φύλλο δεδομένων για το LM324, μπορούμε να δούμε ότι μπορεί να οδηγήσει 30mA και ως εκ τούτου μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση της απλής πηγής ρεύματος χωρίς πρόσθετο τρανζίστορ κίνησης.

Επιπλέον, θα θέλαμε έξοδο 0-10V ή +/- 10V. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί εύκολα ενισχύοντας το σήμα 0-5V που είχαμε σχηματίσει 0-20mA cct κατά ένα συντελεστή 2 για να δημιουργήσουμε ένα σήμα εξόδου 0-10V.

Για να δημιουργήσουμε ένα σήμα +/- 10V μπορούμε να εξαπατήσουμε λίγο και να τροποποιήσουμε το κύκλωμα του ενισχυτή μας ώστε να ενισχυθεί κατά ένα συντελεστή 4 για να δώσει έξοδο 0-20V. Ένας τρίτος ενισχυτής μπορεί στη συνέχεια να δημιουργήσει ένα στατικό σήμα 10V το οποίο όταν χρησιμοποιείται ως αναφορά στο σήμα 0-20V δίνει ένα εύρος τάσης +/- 10V.

Έχω δώσει ένα σχηματικό τρόπο για να το καταλάβω αυτό. Το Mine διαθέτει διόδους προστασίας στις οποίες μπορεί να είναι ή να μην είναι απαραίτητες ανάλογα με την εφαρμογή σας, καθώς και μερικές γλάστρες για το κόψιμο των εξόδων.

Βήμα 2: Ας ξεκινήσουμε με μια θήκη

Με τη θεωρία προς τα έξω, μπορούμε να αναπτύξουμε μια υπόθεση για το έργο μας. Έχω χρησιμοποιήσει ένα hammond 1593PBK. Εάν κάνετε το δικό σας PCB, μπορεί να θέλετε να επιλέξετε μια μεγαλύτερη θήκη.

Αποφάσισα να προσθέσω ένα LED και ένα δοχείο εμβέλειας, θα ήθελα επίσης έναν διακόπτη συρόμενων πλευρών καθώς και 2 σετ καλωδίων για 0-20mA και +/- 10V.

Δημιούργησα ένα συγκολλητικό κάλυμμα χρησιμοποιώντας κόλλα βινυλίου για να βοηθήσω με την ένδειξη εύρους.

Χρησιμοποιώντας μια κεντρική γροθιά και το κάλυμμα επισημάνετε τις τρύπες και, στη συνέχεια, ανοίξτε τις τρύπες:

• Δοχείο 7mm
• LED 6,5mm
• Είσοδος καλωδίου 5mm
• Τρύπες για διακόπτη 2mm

Ένα πριόνι και ένα αρχείο μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να κόψουν την οπή ανοίγματος για τον διακόπτη.

Μόλις ολοκληρωθεί, εφαρμόστε το αυτοκόλλητο καλύμματος και τοποθετήστε το LED, το δοχείο και το διακόπτη.

ΣΗΜΕΙΩΣΗ - Τα μήκη των καλωδίων πρέπει να διατηρούνται γενναιόδωρα, ώστε να μπορούν να κοπούν αργότερα όταν συναρμολογούμε τη θήκη, τυχόν καλώδια πρέπει να συρρικνώνονται θερμικά για να αποφευχθεί το σπάσιμο του καλωδίου.

Βήμα 3: Προσθέστε ένα τροφοδοτικό

Χρησιμοποιούμε έναν φθηνό μετατροπέα ενίσχυσης DCDC εκτός ebay. Αυτό μπορεί να ενισχύσει την μπαταρία των 9V που σχεδιάζω να χρησιμοποιήσω έως και τα 22V που χρειάζομαι για να πραγματοποιήσω το +/- 10V cct. Έχει ένα δοχείο προσαρμογής που θα πρέπει να το κόψω λίγο αργότερα.

Συνδέστε ένα μέρος του κλιπ PP3 στον διακόπτη διαφάνειας και συνδέστε τον επόμενο ακροδέκτη στην είσοδο DCDC. Συνδέστε το 2ο καλώδιο του συνδετήρα PP3 στον υπόλοιπο ακροδέκτη του μετατροπέα DCDC. Τώρα θα έχετε έναν μετατροπέα DCDC που ελέγχεται από τον διακόπτη διαφάνειας. Το DCDC θα πρέπει να είναι αρκετά καλά σημειωμένο για να κάνει αυτό το βήμα εύκολο.

Τώρα κολλήστε σε δύο καλώδια εξόδου στο DCDC σας διατηρώντας το μήκος αρκετά γενναιόδωρο σε αυτό το στάδιο.

Χρησιμοποιήστε ένα πιστόλι θερμής κόλλας για να τοποθετήσετε τον μετατροπέα DCDC στη θέση του, αλλά βεβαιωθείτε ότι το δοχείο ρύθμισης εξόδου τάσης είναι προσβάσιμο. Τώρα χρησιμοποιήστε μια μπαταρία PP3 και ρυθμίστε το DCDC για να δώσετε έξοδο 22V.

ΠΡΟΕΙΔΟΠΟΙΗΣΗ - Ακόμη και χαμηλές τάσεις όπως 9V και 20V μπορεί να είναι θανατηφόρες εάν εκτίθενται σε βρεγμένο δέρμα, λάβετε τις κατάλληλες προφυλάξεις κατά τη χρήση αυτού του οργάνου. Τυχόν μη χρησιμοποιούμενοι ακροδέκτες πρέπει να ασφαλίζονται σε μπλοκ ακροδεκτών για να αποφευχθεί τυχαίο σοκ (σοβαρά!). Ποτέ μην χρησιμοποιείτε αυτό το όργανο κοντά σε νερό ή υγρό δέρμα.

Βήμα 4: Timeρα για λίγη συγκόλληση…

Τώρα μπορείτε είτε να το κάνετε αυτό στο breadboard είτε να κάνετε το δικό σας PCB όπως εγώ. Είτε έτσι είτε αλλιώς ήρθε η ώρα να συναρμολογήσετε τα εξαρτήματα.

Εάν δεν μπορείτε να αντιμετωπίσετε το δικό σας breadboard, έχω μια περιορισμένη ποσότητα από τη δική μου προς πώληση στο tindie.

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

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να εκτυπώσετε τη διάταξη και να σχηματίσετε σχηματικά και να σημειώσετε τη διάταξη έτσι ώστε να δείχνει πού πηγαίνουν όλα τα στοιχεία. Αυτό είναι πολύ πιο εύκολο από τη χρήση του σχηματικού και θα έχει ως αποτέλεσμα λιγότερα σφάλματα τοποθέτησης.

Τώρα συγκολλήστε τα εξαρτήματά σας, κόψτε τα εξαρτήματα με πλευρικά κοπτικά στη συνέχεια.

Παρεμπιπτόντως, αν χρησιμοποιείτε breadboard θα χρειαστείτε μια μεγαλύτερη θήκη από εμένα.

Βήμα 5: Δοκιμάστε τους οδηγούς

Χρησιμοποίησα κάποιο καλώδιο στριμμένου ζεύγους και έβαλα μερικά ίντσες καλωδίων και φερμουάρ για να προστατέψω τα καλώδια και ενημερώστε μου ποια καλώδια είναι ποια.

Αυτό θα μου δώσει 2 δοκιμαστικούς αγωγούς ένα για τάση και ένα για ρεύμα.

Βήμα 6: Τελική προσαρμογή

Τώρα πρέπει να αρχίσω να κολλάω όλα τα υπόλοιπα καλώδια στο PCB μου.

Αξίζει να τοποθετήσετε το PCB σε αυτό το σημείο και να βεβαιωθείτε ότι θα ταιριάζει, δηλαδή δεν υπάρχουν συγκρούσεις. Υπάρχουν μερικά ψηλά εξαρτήματα στο PCB μου και μερικά ψηλά εξαρτήματα στην θήκη μου (δοχείο, DCDC). Πρέπει να σιγουρευτώ ότι θα ταιριάζει όλα πριν κολλήσω οτιδήποτε.

Μόλις είμαι χαρούμενος που πηγαίνει μαζί, μπορώ να αρχίσω να κολλάω και να κόβω τα μήκη των καλωδίων μου ανάλογα. Στο PCB μου χρησιμοποίησα τρύπες για την καταπολέμηση της καταπόνησης στα σημεία εισόδου / εξόδου.

Μόλις ξέρω ότι θα πάει μαζί, ήρθε η ώρα να το αναθέσουμε…

ΣΗΜΕΙΩΣΗ - Να είστε προσεκτικοί με τη λυχνία LED και το δοχείο καθώς πρέπει να κολληθούν στους σωστούς ακροδέκτες, εάν το δοχείο είναι με λάθος δρόμο, η δράση του θα αντιστραφεί.

Βήμα 7: Θέση σε λειτουργία…

Έτσι, στο σχεδιασμό μου υπήρχε μια διαδικασία έναρξης 8 βημάτων.

Ελέγξτε ότι ταιριάζει

Μπορώ να κλείσω το καπάκι

Ελέγξτε το LEDΕλέγξτε το LED ανάβει όταν είναι απενεργοποιημένο από το PP3

Ελέγξτε την αναφορά 5V

Ενεργοποιήστε το PCB ελέγξτε ότι το cct αναφοράς 5V δίνει 5V.

Ελέγξτε την έξοδο 10V

Ελέγξτε τα 10V που υπάρχουν στο J2 pin 1

Ελέγξτε την έξοδο 20V

Ελέγξτε τα 20V που υπάρχουν στο J2 pin 2, ρυθμίστε το δοχείο R12 μέχρι να είναι.

Ελέγξτε τη λειτουργία +/- 10V

Μεταξύ J1 και 2 θα πρέπει να είναι δυνατή η παραγωγή +/- 10V χρησιμοποιώντας το δοχείο.

Ελέγξτε την έξοδο 20mA

Με το δοχείο ρυθμισμένο στο μέγιστο, ελέγξτε ότι η έξοδος J1 είναι 20mA, ρυθμίστε το δοχείο R3 μέχρι να είναι.

Συναρμολογήστε τη θήκη και δοκιμάστε ξανά

Συναρμολογήστε ξανά και κάντε έναν τελικό έλεγχο λειτουργίας.