Voltaje portátil y fuente de corriente 4-20 mA: 7 pasos

2024 Autor: John Day | [email protected]. Última modificación: 2024-01-30 08:40

Este instructivo detalla cómo hacer un generador de señal 0-20mA +/- 10V usando un opamp LM324 económico. Este tipo de generadores de señales son útiles en la industria para probar entradas de sensores o impulsar amplificadores industriales.

Si bien es posible comprarlos, a menudo son costosos y, si se rompen, pueden ser difíciles de reparar. El uso de componentes simples le permite crear un circuito que se puede reparar si se rompe a una fracción del costo.

¡El kit está disponible en mi tienda Tindie o puedes hacer uno tú mismo!

Paso 1: Un poco de teoría…

El esquema anterior detalla un convertidor de voltaje a corriente. Dado que los voltajes en una entrada de amplificadores operacionales son iguales cuando el terminal positivo es de 5 V, el terminal negativo debe ser igual.

El único lugar de donde proviene esto es la salida del amplificador operacional, por lo tanto, el amplificador operacional genera suficiente corriente para garantizar que el terminal negativo esté a 5V. Si V (R1) = 5V entonces I (R1) = 5/250 = 20mA y dado que RL forma una serie cct (no hay flujo de corriente en el terminal (-)) con esto, también debe tener 20mA fluyendo a través de él.

Por tanto, podemos construir un circuito que convierta un voltaje en corriente.

Al mirar la hoja de datos del LM324, podemos ver que es capaz de conducir 30 mA y, por lo tanto, se puede usar como base de nuestra fuente de corriente simple sin un transistor de unidad adicional.

Además de eso, nos gustaría una salida de 0-10 V o +/- 10 V. Esto se puede lograr fácilmente amplificando la señal de 0-5V que teníamos de 0-20mA cct por un factor de 2 para generar una señal de salida de 0-10V.

Para generar una señal de +/- 10V podemos hacer un poco de trampa y modificar nuestro circuito amplificador para amplificar por un factor de 4 para dar una salida de 0-20V. Un tercer amplificador puede generar una señal estática de 10 V que, cuando se usa como referencia a la señal de 0-20 V, da un rango de voltaje de +/- 10 V.

Proporcioné un esquema sobre cómo realizar esto. El mío tiene diodos de protección que pueden ser necesarios o no dependiendo de su aplicación, así como un par de potenciómetros para recortar las salidas.

Paso 2: Comencemos con un caso

Con la teoría expuesta, podemos desarrollar un caso para nuestro proyecto. He usado un Hammond 1593PBK. Si está haciendo su propia PCB, es posible que desee seleccionar una carcasa más grande.

Decidí agregar un LED y un potenciómetro de rango, también me gustaría un interruptor deslizante en el lateral, así como 2 juegos de cables para 0-20 mA y +/- 10 V.

Creé una cubierta adhesiva con un adhesivo de vinilo para ayudar con la indicación de rango.

Con un punzón y la tapa, marque los orificios y luego taladre los orificios:

• Olla 7mm
• LED de 6,5 mm
• Entrada de cable 5 mm
• Agujeros para interruptor de 2 mm

Se puede utilizar una sierra para metales y una lima para cortar el orificio de apertura del interruptor deslizante.

Una vez completado, aplique la etiqueta de la cubierta y monte el LED, la olla y el interruptor.

NOTA: las longitudes de los cables deben mantenerse generosas para que puedan recortarse más adelante cuando montemos la carcasa; los cables deben encogerse con calor para evitar que se rompan.

Paso 3: agregue una fuente de alimentación

Estamos usando un convertidor DCDC boost barato de eBay. Esto puede amplificar la batería de 9V que planeo usar hasta los 22V que necesito para realizar el +/- 10V cct. Tiene una olla de ajuste que tendré que recortar un poco más tarde.

Conecte una parte del clip PP3 al interruptor deslizante y conecte el siguiente terminal a la entrada DCDC. Conecte el segundo cable del clip PP3 al terminal restante del convertidor DCDC. Ahora tendrá un convertidor DCDC controlado por el interruptor deslizante. El DCDC debe estar bastante bien marcado para facilitar este paso.

Ahora suelde un par de cables de salida a su DCDC manteniendo la longitud bastante generosa en esta etapa.

Use una pistola de pegamento caliente para montar el convertidor DCDC en su lugar, pero asegúrese de que el potenciómetro de ajuste de salida de voltaje sea accesible. Ahora use una batería PP3 y ajuste el DCDC para dar una salida de 22V.

ADVERTENCIA: incluso los voltajes bajos como 9 V y 20 V pueden ser fatales si se exponen a la piel húmeda; tome las precauciones adecuadas al utilizar este instrumento. Todos los terminales que no se utilicen deben asegurarse en bloques de terminales para evitar descargas accidentales (¡en serio!). Nunca use este instrumento cerca del agua o la piel húmeda.

Paso 4: Es hora de soldar …

Ahora puedes hacer esto en una placa de prueba o hacer tu propia PCB como yo. De cualquier manera, es hora de ensamblar los componentes.

Si no puedes enfrentarte a hacer tu propia placa de pruebas, tengo una cantidad limitada mía a la venta en Tindie.

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

Lo primero que debe hacer es imprimir el diseño y el esquema y anotar el diseño para que muestre dónde van todos los componentes. Esto es mucho más fácil que usar el esquema y resultará en menos errores de ubicación.

Ahora suelde sus componentes, luego recorte los componentes con cortadores laterales.

Por cierto, si usa una placa de prueba, necesitará una carcasa más grande que la mía.

Paso 5: Pruebe los cables

Usé un cable de par trenzado y puse algunos identificadores de cable y férulas para proteger los cables y hacerme saber qué cables son cuáles.

Esto me dará 2 cables de prueba, uno para voltaje y otro para corriente.

Paso 6: ajuste final

Ahora necesito comenzar a soldar todos los cables restantes a mi PCB.

Vale la pena colocar la PCB en este punto y asegurarse de que encaje, es decir, que no haya choques. Hay algunos componentes altos en mi PCB y algunos componentes altos en mi carcasa (olla, DCDC). Necesito asegurarme de que todo encajará antes de soldar algo.

Una vez que estoy feliz de que vaya junto, puedo comenzar a soldar y recortar las longitudes de mis cables para que se adapten. En mi PCB utilicé orificios de alivio de tensión en los puntos de entrada / salida.

Una vez que sepa que todo funcionará, es hora de encargarlo …

NOTA: tenga cuidado con el LED y el potenciómetro, ya que deben soldarse a los terminales correctos; si el potenciómetro está al revés, su acción se invertirá.

Paso 7: Puesta en servicio …

Entonces, en mi diseño hubo un proceso de puesta en marcha de 8 pasos.

Compruebe que encaja

¿Puedo cerrar la tapa?

LED de comprobación El LED de comprobación se ilumina cuando se apaga el PP3

Verifique la referencia de 5V

Encienda la PCB, compruebe que el cct de referencia de 5V esté dando 5V.

Compruebe la salida de 10 V

Compruebe la presencia de 10 V en el pin 1 de J2

Compruebe la salida de 20 V

Compruebe la presencia de 20 V en el pin 2 de J2, ajuste el potenciómetro R12 hasta que esté.

Compruebe el funcionamiento de +/- 10V

Entre J1 y 2 debería ser posible generar +/- 10V usando el potenciómetro.

Compruebe la salida de 20 mA

Con el potenciómetro ajustado al máximo, verifique que la salida J1 sea de 20 mA, ajuste el potenciómetro R3 hasta que lo esté.

Ensamble la carcasa y vuelva a probar

Vuelva a montar y realice una verificación de funcionamiento final.