Zaloguj się
Wszystkie
13 maja 2024
306
- konwersja nieujemnego napięcia stałego na wyjście pętli prądowej 4...20 mA
- zasilanie napięciem stałym nie wyższym niż 32 V, typ. 24 V,
- regulowana potencjometrem czułość na wejściu: możliwość pracy z napięciami wejściowymi 0...5 V, 0...10 V i wyższymi,
- pobór prądu do 30 mA (przy zasilaniu 24 V),
- rezystancja wejściowa 500 kΩ,
- regulowane potencjometrem minimalne natężenie wypływającego prądu (typowo 4 mA).
Prosta sytuacja z życia wzięta: sterownik przemysłowy ma wejścia analogowe w postaci pętli prądowych 4...20 mA. Można przyjąć taki parametr za standard. Niestety, oryginalny czujnik temperatury, który współpracował z tym sterownikiem, uległ zniszczeniu i trzeba zastąpić go innym. Tak się składa, że model ten został już z rynku wycofany – są dostępne zamienniki od innych producentów, ale ich cena szokuje. Znacznie prościej jest znaleźć czujnik temperatury z wyjściem napięciowym 0...5 V. Trzeba tylko pogodzić wyjście czujnika z wejściem sterownika.
Tym właśnie może zająć się prezentowany układ. Owszem, można też z łatwością kupić gotowe moduły renomowanych producentów, z powodzeniem realizujące tę funkcję. Jednak ich cena okazuje się wysoka. Jeżeli więc konwertowana wielkość nie należy do krytycznych, można posłużyć się tym właśnie układem – prostym i znacznie tańszym.
Budowa
Wejściowe napięcie stałe podaje się na zaciski złącza J1. Przy użyciu potencjometru P1 jest ono dzielone w takim stopniu, aby jego wartość zawierała się w przedziale 0...4,8 V. W ten sposób układ może współpracować ze źródłem napięcia 5 V lub wyższym. Musi być to napięcie nieujemne, wartości niższe od zera nie będą prawidłowo obsłużone.
Odpowiednio podzielone napięcie jest poddawane filtracji dolnoprzepustowej z użyciem kondensatora C1 oraz wypadkowej rezystancji połączenia rezystora R1 z rezystancją wyjściową potencjometru P1. Jak nietrudno obliczyć, rezystancja współpracująca z ową pojemnością może wynosić maksymalnie 260 kΩ – będzie to wynik uzyskany przy ustawieniu potencjometru P1 w połowie dostępnego zakresu regulacji. Ta filtracja zmniejsza wpływ zakłóceń na konwertowany sygnał oraz obniża wartość skuteczną szumów.
Następnym blokiem jest precyzyjne źródło prądowe, zrealizowane z użyciem wzmacniacza operacyjnego US1A. Wejście układu LM358 obsługuje potencjał już od 0 V (a nawet nieco poniżej), więc niepotrzebne było dodawanie zasilacza napięcia ujemnego. Jego wyjście tak steruje bazą tranzystora T1, by uzyskać spadek napięcia na rezystorze R4 równy podzielonemu napięciu wejściowemu. Przy zastosowanych wartościach elementów prąd płynący przez R4 będzie zawierał się w przedziale 0...1,6 mA. Ponieważ tranzystor T1 ma bardzo wysokie wzmocnienie prądowe (jest typu Darlingtona), prąd jego kolektora jest równy prądowi emitera z naprawdę niewielkim błędem. Rezystor R3 obciąża wyjście wzmacniacza operacyjnego, linearyzując pracę jego stopnia wyjściowego oraz ułatwiając zatkanie tranzystora T1. Z kolei rezystor R2 stanowi kompensację prądu płynącego przez wejście odwracające wzmacniacza US1A. Jego rezystancja powinna być równa tej, która steruje wejściem nieodwracającym, lecz ona może się zmienić w szerokich granicach, dlatego postawiono pod tym względem na pewien kompromis.
Czemu w roli T1 nie został użyty tranzystor MOSFET z kanałem typu N? Prąd jego bramki jest niemal zerowy, zatem prąd rezystora R4 w rzeczywistości byłby równy prądowi jego drenu. Jednak własne doświadczenia wskazały, że tranzystory polowe potrafią się wzbudzać w układzie precyzyjnego źródła prądowego, nawet po zastosowaniu zewnętrznych elementów realizujących kompensację częstotliwościową. Bywa tak, że dobranie elementów do układu powoduje, że w wykonanej większej partii znajdzie się kilka sztuk, które będą miały skłonność do wzbudzania się. Tranzystory bipolarne nie przejawiają tego typu zachowań, a wpływ prądu bazy jest naprawdę pomijalny, ponieważ wzmocnienie prądowe takiego tranzystora wynosi wiele tysięcy. Większy błąd wprowadzają w układzie inne czynniki, jak tolerancja rezystorów i offset wzmacniaczy operacyjnych.
NAPISZ DO AUTORA
Facebook
Twitter
Linkedin
Kup teraz
