Handheld spanning en stroombron 4-20mA - Ajarnpa

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2024-01-30 11:14

Deze instructable beschrijft hoe je een 0-20mA +/-10V-signaalgenerator kunt maken met behulp van een goedkope LM324-opamp. Dit type signaalgeneratoren is nuttig in de industrie om sensoringangen te testen of industriële versterkers aan te sturen.

Hoewel het mogelijk is om deze te kopen, zijn ze vaak duur en als ze kapot zijn, kunnen ze moeilijk te repareren zijn. Door eenvoudige componenten te gebruiken, kunt u een circuit maken dat kan worden gerepareerd als het kapot gaat tegen een fractie van de kosten!

De kit is verkrijgbaar in mijn Tindie-winkel of je kunt er zelf een maken!

Stap 1: Een beetje theorie…

Het bovenstaande schema geeft een spanning-naar-stroomomzetter weer. Aangezien de spanningen op een opamps-ingang gelijk zijn wanneer de positieve pool 5V is, moet de negatieve pool hetzelfde zijn.

De enige plaats waar dit vandaan komt, is de uitgang van de opamps, dus de opamp levert voldoende stroom om ervoor te zorgen dat de negatieve pool op 5V staat. Als V(R1) = 5V dan I(R1) = 5/250 = 20mA en aangezien RL een serie cct vormt (geen stroom naar (-) klem) moet er ook 20mA doorheen vloeien.

We kunnen dus een schakeling construeren die een spanning omzet in een stroom.

Als we naar de datasheet van de LM324 kijken, kunnen we zien dat deze 30mA kan aansturen en daarom kan worden gebruikt als basis voor onze eenvoudige stroombron zonder een extra aandrijftransistor.

Daarnaast willen we graag een 0-10V of +/-10V uitgang. Dit kan eenvoudig worden bereikt door het 0-5V-signaal te versterken dat we hadden om 0-20mA cct met een factor 2 te vormen om een 0-10V-uitgangssignaal te genereren.

Om een signaal van +/- 10V te genereren, kunnen we een beetje vals spelen en ons versterkercircuit aanpassen om met een factor 4 te versterken om een output van 0-20V te geven. Een derde versterker kan dan een statisch 10V-signaal genereren dat bij gebruik als referentie naar het 0-20V-signaal een spanningsbereik van +/- 10V geeft.

Ik heb een schema gegeven om dit te realiseren. De mijne heeft beveiligingsdiodes die al dan niet nodig zijn, afhankelijk van uw toepassing, evenals een paar potten voor het trimmen van de uitgangen.

Stap 2: Laten we beginnen met een zaak

Met de theorie uit de weg kunnen we een case voor ons project ontwikkelen. Ik heb een hammond 1593PBK gebruikt. Als u uw eigen PCB maakt, wilt u misschien een grotere behuizing selecteren.

Ik heb besloten om een LED en een bereikpot toe te voegen, ik wil ook een schuifschakelaar aan de zijkant en 2 sets kabels voor 0-20mA en +/-10V.

Ik heb een zelfklevende hoes gemaakt met behulp van een vinyllijm om te helpen bij de bereikindicatie.

Markeer met behulp van een centerpons en het deksel de gaten en boor vervolgens de gaten uit:

• Pot 7mm
• LED 6.5mm
• Kabelinvoer 5mm
• Gaten voor schakelaar 2mm

Een ijzerzaag en vijl kunnen worden gebruikt om het openingsgat voor de schuifschakelaar uit te snijden.

Breng daarna de afdeksticker aan en monteer de LED, pot en schakelaar.

OPMERKING - draadlengtes moeten ruim worden gehouden, zodat ze later kunnen worden ingekort wanneer we de behuizing monteren, alle draden moeten door warmte worden gekrompen om kabelbreuk te voorkomen.

Stap 3: Voeg een voeding toe

We gebruiken een goedkope boost DCDC-converter van ebay. Dit kan de 9V-batterij die ik van plan ben te gebruiken, versterken tot de 22V die ik nodig heb om de +/-10V cct te realiseren. Het heeft een afstelpot die ik wat later moet inkorten.

Bevestig een deel van de PP3-clip aan de schuifschakelaar en sluit de volgende terminal aan op de DCDC-ingang. Sluit de 2e draad van de PP3-clip aan op de resterende aansluiting van de DCDC-converter. Je hebt nu een DCDC-converter die wordt bestuurd door de schuifschakelaar. De DCDC moet redelijk goed gemarkeerd zijn om deze stap gemakkelijk te maken.

Soldeer nu een paar uitgangsdraden aan op uw DCDC en houd de lengte in dit stadium redelijk royaal.

Gebruik een heet lijmpistool om de DCDC-converter op zijn plaats te monteren, maar zorg ervoor dat de potmeter voor het aanpassen van de spanningsuitgang toegankelijk is. Gebruik nu een PP3-batterij en pas de DCDC aan om een output van 22V te geven.

WAARSCHUWING - Zelfs lage spanningen zoals 9V en 20V kunnen nog steeds dodelijk zijn als ze worden blootgesteld aan een natte huid. Neem a.u.b. adequate voorzorgsmaatregelen bij het gebruik van dit instrument. Alle ongebruikte klemmen moeten in klemmenblokken worden vastgezet om onbedoelde schokken (serieus!) te voorkomen. Gebruik dit instrument nooit in de buurt van water of een natte huid.

Stap 4: Tijd voor wat solderen …

Nu kun je dit op breadboard doen of je eigen PCB doen zoals ik. Hoe dan ook, het is tijd om de componenten te monteren.

Als je het niet aankunt om je eigen breadboard te maken, ik heb een beperkte hoeveelheid van de mijne te koop op tindie.

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

Het eerste dat u moet doen, is de lay-out en het schema afdrukken en de lay-out annoteren, zodat u kunt zien waar alle componenten naartoe gaan. Dit is veel eenvoudiger dan het gebruik van het schema en zal resulteren in minder plaatsingsfouten.

Soldeer nu je componenten op, snij componenten daarna af met zijsnijders.

Trouwens, als je breadboard gebruikt, heb je een grotere koffer nodig dan ik.

Stap 5: Meetsnoeren

Ik heb een twisted pair-kabel gebruikt en een aantal kabel-idents en adereindhulzen aangebracht om de kabels te beschermen en me te laten weten welke kabels dat zijn.

Dit geeft me 2 meetsnoeren, één voor spanning en één voor stroom.

Stap 6: definitieve pasvorm

Ik moet nu beginnen met het solderen van alle resterende draden aan mijn PCB.

Het is de moeite waard om de PCB op dit punt neer te leggen en ervoor te zorgen dat deze past, d.w.z. er zijn geen botsingen. Er zijn enkele hoge componenten op mijn PCB en enkele hoge componenten op mijn behuizing (pot, DCDC). Ik moet ervoor zorgen dat het allemaal past voordat ik iets soldeer.

Als ik tevreden ben dat het in elkaar zit, kan ik beginnen met solderen en mijn draadlengtes op maat snijden. Op mijn PCB heb ik trekontlastingsgaten gebruikt op de ingangs-/uitgangspunten.

Zodra ik weet dat het goed zal gaan, is het tijd om het in gebruik te nemen…

OPMERKING - Wees voorzichtig met de LED en pot omdat ze op de juiste terminals moeten worden gesoldeerd, als de pot de verkeerde kant op staat, wordt de actie omgekeerd.

Stap 7: Inbedrijfstelling…

Dus op mijn ontwerp was er een inbedrijfstellingsproces van 8 stappen.

Controleer of het past

Kan ik het deksel sluiten?

Controleer LEDControleer LED brandt wanneer ingeschakeld uit PP3

Controleer de 5V-referentie

Schakel de printplaat in en controleer of de 5V-referentie-cct 5V afgeeft.

Controleer de 10V-uitgang

Controleer 10V aanwezig op J2 pin 1

Controleer de 20V-uitgang

Controleer 20V aanwezig op J2 pin 2, stel pot R12 af totdat deze aanwezig is.

Controleer +/-10V werking

Tussen J1 en 2 moet het mogelijk zijn om +/-10V te genereren met de pot.

Controleer 20mA uitgang

Met pot op max, controleer of J1 output 20mA is, pas pot R3 aan totdat dit het geval is.

Monteer de behuizing en test opnieuw

Monteer opnieuw en voer een laatste functiecontrole uit.