Портативный источник напряжения и тока 4-20 мА: 7 шагов

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последнее изменение: 2024-01-30 11:48

В этой инструкции подробно рассказывается, как сделать генератор сигналов 0-20 мА +/- 10 В с использованием недорогого операционного усилителя LM324. Эти типы генераторов сигналов используются в промышленности для тестирования входных сигналов датчиков или управления промышленными усилителями.

Хотя их можно купить, они часто бывают дорогими, и в случае поломки их сложно отремонтировать. Использование простых компонентов позволяет создать цепь, которую можно отремонтировать, если она сломается, за небольшую часть стоимости!

Набор доступен в моем магазине Tindie, или вы можете сделать его сами!

Шаг 1: немного теории…

На приведенной выше схеме подробно показан преобразователь напряжения в ток. Поскольку напряжения на входе операционных усилителей равны, когда положительный вывод составляет 5 В, отрицательный вывод должен быть таким же.

Единственное место для этого - выход операционного усилителя, поэтому операционный усилитель обеспечивает достаточный ток, чтобы гарантировать, что отрицательный вывод находится на уровне 5 В. Если V (R1) = 5 В, то I (R1) = 5/250 = 20 мА, и поскольку RL образует последовательную цепь (нет тока на клемму (-)), через нее также должно протекать 20 мА.

Таким образом, мы можем построить схему, которая преобразует напряжение в ток.

Глядя на техническое описание LM324, мы видим, что он способен управлять током 30 мА и, следовательно, может использоваться в качестве основы для нашего простого источника тока без дополнительного управляющего транзистора.

В дополнение к этому нам нужен выход 0-10 В или +/- 10 В. Этого можно легко достичь, усилив сигнал 0-5 В, который мы получили от 0-20 мА cct, в 2 раза, чтобы сгенерировать выходной сигнал 0-10 В.

Чтобы сгенерировать сигнал +/- 10 В, мы можем немного обмануть и изменить схему усилителя, чтобы усилить его в 4 раза, чтобы получить выход 0-20 В. Затем третий усилитель может генерировать статический сигнал 10 В, который при использовании в качестве эталона для сигнала 0-20 В дает диапазон напряжения +/- 10 В.

Я представил схему того, как это реализовать. У меня есть защитные диоды, которые могут понадобиться, а могут и не понадобиться, в зависимости от вашего приложения, а также пара потенциометров для обрезки выходных сигналов.

Шаг 2. Начнем с дела

Разобравшись с теорией, мы можем развить дело для нашего проекта. Я использовал хаммонд 1593ПБК. Если вы делаете свою собственную печатную плату, вы можете выбрать более крупный корпус.

Я решил добавить светодиод и потенциометр, мне также нужен ползунковый переключатель сбоку, а также 2 комплекта кабелей для 0-20 мА и +/- 10 В.

Я создал клейкое покрытие с помощью винилового клея, чтобы помочь с указанием диапазона.

Используя кернер и крышку, разметьте отверстия, а затем просверлите отверстия:

• Горшок 7мм
• LED 6.5 мм
• Кабельный ввод 5мм
• Отверстия для переключателя 2мм

Ножовкой и напильником можно вырезать отверстие для ползункового переключателя.

После завершения нанесите наклейку на крышку и установите светодиод, горшок и выключатель.

ПРИМЕЧАНИЕ. Длина проводов должна быть большой, чтобы их можно было обрезать позже, когда мы будем собирать корпус. Все провода следует термоусадить, чтобы предотвратить обрыв кабеля.

Шаг 3: Добавьте блок питания

Мы используем дешевый повышающий преобразователь постоянного тока с ebay. Это может усилить батарею 9 В, которую я планирую использовать, до 22 В, которые мне нужны, чтобы реализовать +/- 10 В постоянного тока. У него есть регулировочный горшок, который мне нужно будет подрезать чуть позже.

Присоедините одну часть зажима PP3 к ползунковому переключателю и подключите следующую клемму ко входу DCDC. Подключите 2-й провод зажима PP3 к оставшейся клемме преобразователя постоянного тока. Теперь у вас есть преобразователь DCDC, который управляется ползунковым переключателем. DCDC должен быть достаточно хорошо помечен, чтобы упростить этот шаг.

Теперь припаяйте пару выходных проводов к DCDC, сохраняя на этом этапе достаточно большую длину.

Используйте пистолет для горячего клея, чтобы установить преобразователь постоянного тока постоянного тока на место, но убедитесь, что потенциометр для регулировки выходного напряжения доступен. Теперь используйте батарею PP3 и отрегулируйте DCDC, чтобы получить выходное напряжение 22 В.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ - даже низкое напряжение, такое как 9 В и 20 В, может быть смертельным при контакте с влажной кожей, пожалуйста, примите соответствующие меры предосторожности при использовании этого инструмента. Любые неиспользуемые клеммы должны быть закреплены в клеммных колодках, чтобы предотвратить случайный удар (серьезно!). Никогда не используйте этот инструмент рядом с водой или влажной кожей.

Шаг 4: Время для пайки…

Теперь вы можете сделать это на макетной плате или сделать свою собственную печатную плату, как я. В любом случае пора собрать компоненты.

Если вы не можете сделать свой собственный макет, у меня есть ограниченное количество моих для продажи на tindie.

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

Первое, что нужно сделать, это распечатать макет и схему и аннотировать макет, чтобы показать, где находятся все компоненты. Это намного проще, чем использование схемы, и в результате будет меньше ошибок при размещении.

Теперь припаяйте компоненты, а потом обрежьте их боковыми ножами.

Кстати, если вы используете макетную плату, вам понадобится корпус побольше, чем мне.

Шаг 5: тестовые лидеры

Я использовал витую пару и надел несколько кабельных наконечников и наконечников, чтобы защитить кабели и сообщить мне, какие кабели какие.

Это даст мне 2 измерительных провода, один для напряжения и один для тока.

Шаг 6: Окончательная подгонка

Теперь мне нужно начать припаивать все оставшиеся провода к моей печатной плате.

На этом этапе стоит разложить печатную плату и убедиться, что она подходит, т. Е. Нет столкновений. На моей печатной плате есть несколько высоких компонентов и несколько высоких компонентов на моем корпусе (горшок, DCDC). Мне нужно убедиться, что все влезет, прежде чем я что-нибудь паяю.

Как только я буду доволен, что все получится, я могу начать пайку и обрезку проводов по размеру. На моей печатной плате я использовал отверстия для снятия натяжения в точках входа / выхода.

Как только я узнаю, что все будет вместе, пора сдать его в эксплуатацию …

ПРИМЕЧАНИЕ. Будьте осторожны со светодиодом и потенциометром, так как они должны быть припаяны к правильным клеммам. Если горшок установлен неправильно, его действие будет инвертировано.

Шаг 7. Ввод в эксплуатацию…

Итак, в моем дизайне процесс ввода в эксплуатацию состоял из 8 этапов.

Проверить, подходит

Могу я закрыть крышку

Светодиод проверки Светодиод проверки загорается при включении питания PP3

Проверить опорное напряжение 5 В

Включите питание печатной платы, проверьте, что эталонный cct 5 В выдает 5 В.

Проверьте выход 10 В

Проверьте наличие 10 В на контакте 1 J2.

Проверьте выход 20 В

Проверьте наличие 20 В на контакте 2 J2, отрегулируйте потенциометр R12, пока он не появится.

Проверьте работу +/- 10 В

Между J1 и 2 должна быть возможность генерировать +/- 10 В с помощью потенциометра.

Проверьте выход 20 мА

Установив потенциометр на максимум, проверьте, что выход J1 равен 20 мА, отрегулируйте потенциометр R3, пока он не станет равным.

Соберите корпус и снова проверьте

Снова соберите и выполните последнюю функциональную проверку.