Medição de corrente CA usando avr. Como medir a tensão negativa usando um ADC

Um voltímetro simples de tensão alternada com frequência de 50 Hz é feito na forma de um módulo embutido que pode ser usado separadamente ou integrado em um dispositivo acabado.
O voltímetro é montado em um microcontrolador PIC16F676 e um indicador de 3 dígitos e não contém muitas peças.

Principais características do voltímetro:
A forma da tensão medida é senoidal
O valor máximo da tensão medida é 250 V;
Frequência da tensão medida - 40…60 Hz;
A resolução de exibição do resultado da medição é de 1 V;
A tensão de alimentação do voltímetro é de 7 a 15 V.
Consumo médio de corrente - 20 mA
Duas opções de design: com e sem fonte de alimentação integrada
PCB de face única
Design compacto
Exibição dos valores medidos em um indicador LED de 3 dígitos

Diagrama esquemático de um voltímetro para medir tensão alternada

Implementada medição direta de tensão alternada com posterior cálculo de seu valor e saída para o indicador. A tensão medida é fornecida ao divisor de entrada feito em R3, R4, R5 e através do capacitor de separação C4 é fornecida à entrada ADC do microcontrolador.

Os resistores R6 e R7 criam uma tensão de 2,5 volts (metade da potência) na entrada ADC. O capacitor C5, de capacidade relativamente pequena, ignora a entrada ADC e ajuda a reduzir erros de medição. O microcontrolador organiza o funcionamento do indicador em modo dinâmico com base nas interrupções do temporizador.

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Igor Kotov, editor-chefe da revista Datagor

▼ 🕗 07/01/14 ⚖️ 19,18 Kb ⇣ 239 Olá, leitor! Meu nome é Igor, tenho 45 anos, sou siberiano e um ávido engenheiro eletrônico amador. Eu criei, criei e mantenho este site maravilhoso desde 2006.
Por mais de 10 anos, nossa revista existiu apenas às minhas custas.

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Conectando o sensor de corrente ao microcontrolador

Depois de nos familiarizarmos com os fundamentos da teoria, podemos passar à questão da leitura, transformação e visualização dos dados. Em outras palavras, projetaremos um medidor de corrente CC simples.

A saída analógica do sensor está conectada a um dos canais ADC do microcontrolador. Todas as transformações e cálculos necessários são implementados no programa do microcontrolador. Um indicador LCD de caracteres de 2 linhas é usado para exibir dados.

Design experimental

Para experimentar um sensor de corrente é necessário montar a estrutura conforme o diagrama mostrado na Figura 8. O autor utilizou para isso uma placa de ensaio e um módulo baseado em microcontrolador (Figura 9).

O módulo sensor de corrente ACS712-05B pode ser adquirido pronto (é vendido a um preço muito baixo no eBay) ou você mesmo pode fabricá-lo. A capacitância do capacitor de filtro é escolhida como 1 nF, e um capacitor de bloqueio de 0,1 µF é instalado para a fonte de alimentação. Para indicar a ligação, um LED com um resistor de extinção é soldado. A fonte de alimentação e o sinal de saída do sensor são conectados ao conector em um lado da placa do módulo, um conector de 2 pinos para medir a corrente que flui está localizado no lado oposto.

Para experimentos de medição de corrente, conectamos uma fonte de tensão constante ajustável aos terminais de medição de corrente do sensor através de um resistor em série de 2,7 Ohm/2 W. A saída do sensor está conectada à porta RA0/AN0 (pino 17) do microcontrolador. Um indicador LCD de caracteres de duas linhas está conectado à porta B do microcontrolador e opera no modo de 4 bits.

O microcontrolador é alimentado por uma tensão de +5 V, a mesma tensão é usada como referência para o ADC. Os cálculos e transformações necessários são implementados no programa do microcontrolador.

As expressões matemáticas utilizadas no processo de conversão são fornecidas abaixo.

Sensibilidade do sensor de corrente Sens = 0,185 V/A. Com alimentação Vcc = 5 V e tensão de referência Vref = 5 V, as relações calculadas serão as seguintes:

Código de saída ADC

Por isso

Como resultado, a fórmula para calcular a corrente é a seguinte:

Nota importante. As relações acima são baseadas na suposição de que a tensão de alimentação e a tensão de referência para o ADC são iguais a 5 V. No entanto, a última expressão relacionando a corrente I e o código de saída ADC Count permanece válida mesmo se a tensão da fonte de alimentação flutuar. Isso foi discutido na parte teórica da descrição.

Pela última expressão pode-se observar que a resolução atual do sensor é de 26,4 mA, o que corresponde a 513 amostras ADC, o que é uma amostra a mais que o resultado esperado. Assim, podemos concluir que esta implementação não permite a medição de pequenas correntes. Para aumentar a resolução e a sensibilidade ao medir pequenas correntes, você precisará usar um amplificador operacional. Um exemplo de tal circuito é mostrado na Figura 10.

Programa microcontrolador

O programa do microcontrolador PIC16F1847 é escrito em linguagem C e compilado no ambiente mikroC Pro (mikroElektronika). Os resultados da medição são exibidos em um indicador LCD de duas linhas com precisão de duas casas decimais.

Saída

Com corrente de entrada zero, a tensão de saída do ACS712 deve idealmente ser estritamente Vcc/2, ou seja, O número 512 deve ser lido no ADC. O desvio da tensão de saída do sensor em 4,9 mV faz com que o resultado da conversão se desloque em 1 bit menos significativo do ADC (Figura 11). (Para Vref = 5,0 V, a resolução do ADC de 10 bits será 5/1024 = 4,9 mV), o que corresponde a 26 mA de corrente de entrada. Observe que para reduzir a influência das flutuações, é aconselhável fazer várias medições e depois calcular a média dos resultados.

Se a tensão de saída da fonte de alimentação regulada for igual a 1 V, através
o resistor deve transportar uma corrente de cerca de 370 mA. O valor da corrente medida no experimento é 390 mA, o que excede o resultado correto em uma unidade do dígito menos significativo do ADC (Figura 12).

Figura 12.

A uma tensão de 2 V, o indicador mostrará 760 mA.

Isto conclui a nossa discussão sobre o sensor de corrente ACS712. No entanto, não tocamos em mais uma questão. Como medir a corrente AC usando este sensor? Tenha em mente que o sensor fornece uma resposta instantânea correspondente à corrente que flui através dos cabos de teste. Se a corrente flui no sentido positivo (dos pinos 1 e 2 para os pinos 3 e 4), a sensibilidade do sensor é positiva e a tensão de saída é maior que Vcc/2. Se a corrente mudar de direção, a sensibilidade será negativa e a tensão de saída do sensor cairá abaixo do nível Vcc/2. Isso significa que, ao medir um sinal CA, o ADC do microcontrolador deve fazer uma amostragem rápida o suficiente para poder calcular o valor RMS da corrente.

Transferências

Código fonte do programa do microcontrolador e arquivo para firmware -

Voltímetro CA

N. OSTROUKHOV, Surgut

O artigo descreve um voltímetro de tensão alternada. Está montado em
microcontrolador e pode ser usado como um dispositivo de medição independente
ou como um voltímetro embutido em um gerador de baixa frequência.

O voltímetro proposto foi projetado
para medir tensão alternada senoidal com frequência de 1 Hz a
800 kHz. Intervalo de tensão medido - 0…3 V (ou 0…30 V com
divisor de tensão 1:10). O resultado da medição é exibido em
indicador LED de quatro dígitos. A precisão da medição é determinada
parâmetros do ADC embutido no microcontrolador e na fonte de referência
tensão e é igual a 2 mV (para o intervalo 0...3 V). O voltímetro é alimentado por
fonte de tensão estabilizada 5 V e consome corrente 40...65 mA V
dependendo do indicador utilizado e do brilho do seu brilho. Consumo atual
do conversor de polaridade integrado, não excede 5 mA.

O dispositivo inclui (ver diagrama em
arroz. 1) inclui um conversor de tensão AC-DC, um buffer
Amplificador de tensão DC, voltímetro digital e conversor
polaridade da tensão de alimentação. Conversor de tensão CA para CA
constante coletada no comparador DA1, gerador de pulsos nos elementos
DD1.1-DD1.4 e transistor chaveador VT1. Vejamos o trabalho dele
mais detalhes. Vamos supor que não haja sinal na entrada do dispositivo. Então a tensão
na entrada inversora do comparador DA1 é igual a zero, e na entrada não inversora é determinado
divisor de tensão R19R22 e com as classificações indicadas no diagrama é cerca de -80
mV. Neste caso, há um nível baixo na saída do comparador, que
permite que o gerador de pulsos opere. A peculiaridade do gerador é que quando
cada queda de tensão na saída do comparador DA1 na saída do gerador (pino 8
elemento DD1.2) um pulso é gerado. Se quando passar houver um dia de folga
o estado do comparador não mudará, o próximo pulso será gerado, etc.

A duração dos pulsos depende
valores dos elementos R16, C5 e é de aproximadamente 0,5 μs. Em nível baixo
tensão na saída do elemento DD1.2, o transistor VT1 abre. Denominações
os resistores R17, R18 e R20 são selecionados de modo que através de um transistor aberto
fluiu uma corrente de 10 mA, que carrega os capacitores C8 e C11. Durante o período de validade
Cada pulso carrega esses capacitores em frações de milivolts. Em estado estacionário
modo, a tensão neles aumentará de -80 mV a zero, a taxa de repetição
os pulsos do gerador diminuirão e os pulsos de corrente do coletor do transistor VT1
compensará apenas a descarga lenta do capacitor C11 através de um resistor
R22. Assim, devido ao pequeno deslocamento negativo inicial,
mesmo na ausência de um sinal de entrada, o inversor opera normalmente
modo. Quando uma tensão de entrada CA é aplicada devido a uma mudança na taxa de repetição
pulsos do gerador, a tensão no capacitor C11 muda de acordo com
amplitude do sinal de entrada. O filtro passa-baixa R21C12 suaviza a tensão de saída
conversor Deve-se notar que apenas
meia onda positiva da tensão de entrada, portanto, se for assimétrica
em relação a zero, surgirá um erro adicional.

Amplificador buffer com ganho
as engrenagens 1.2 são montadas no amplificador operacional DA3. O diodo VD1 conectado à sua saída protege
entradas do microcontrolador de tensão de polaridade negativa. Da saída do amplificador operacional DA3
através dos divisores de tensão resistivos R1R2R3 e R4R5 tensão constante
chega nas linhas PC0 e PC1 do microcontrolador DD2, que estão configuradas como
Entradas ADC. Os capacitores C1 e C2 suprimem adicionalmente interferências e interferências. Na verdade
O voltímetro digital é montado em um microcontrolador DD2, que utiliza
ADC integrado de 10 bits e fonte interna de tensão de referência de 1,1 V.

Programa para microcontrolador
escrito usando o ambiente BASCOM-AVR e permite o uso de três ou
indicadores LED digitais de quatro dígitos com ânodo comum ou comum
cátodo e permite exibir a corrente (para um sinal senoidal) ou
valor de amplitude da tensão do sinal de entrada, bem como alterar o brilho
luz indicadora O nível lógico do sinal na linha PC3 especifica o tipo de aplicação
indicador - com ânodo comum (baixo) ou com cátodo comum (alto), e na linha
PC4 é o número de seus dígitos, quatro para baixo e três para alto. Programa
no início do trabalho, lê os níveis de sinal nessas linhas uma vez e ajusta
microcontrolador para trabalhar com o indicador correspondente. Para quatro bits
indicador, o resultado da medição é exibido no formato X.ХХХ (B), para um valor de três dígitos
- XXX (mV) até 1 V e Х.ХХ (V), se a tensão for superior a 1 V. Quando usado
de um indicador de três dígitos, os terminais de seus dígitos são conectados como os terminais de três
os bits mais significativos dos quatro bits da Fig. 1.

O nível do sinal nos controles da linha PC2
multiplicando o resultado da medição por 10, o que é necessário ao usar externo
divisor de tensão 1:10. Quando o nível está baixo, o resultado não é multiplicado Sinal por
a linha PB6 controla o brilho do indicador; em um nível alto,
diminui. A mudança no brilho ocorre como resultado de uma mudança na proporção entre
o tempo de iluminação e o tempo de extinção do indicador dentro de cada ciclo de medição.
Com as constantes especificadas no programa, o brilho muda aproximadamente duas vezes.
O valor efetivo da tensão de entrada é exibido quando aplicado à linha PB7
alto nível e amplitude - baixo. Níveis de sinal nas linhas RS2, PB6 e
O programa PB7 analisa as medições em cada ciclo e, portanto, podem ser
alterado a qualquer momento, para o qual é conveniente usar interruptores. Duração
um ciclo de medição é igual a 1,1 s. Durante este tempo, o ADC realiza cerca de 1100
amostras, o máximo é selecionado e multiplicado, se necessário, por
o coeficiente requerido.

Para medição constante
a tensão seria suficiente para uma medição para todo o ciclo e para alternância
com frequência inferior a 500 Hz, a tensão nos capacitores C8. C11 muda visivelmente
durante o ciclo. Portanto, 1100 medições em intervalos de 1 ms permitem
registrar o valor máximo do período. Conversor de polaridade
a tensão de alimentação é montada no chip DA2 de acordo com o circuito padrão. É o dia de folga dele
tensão -5 V alimenta o comparador DA1 e o amplificador operacional DA3. O conector XP2 destina-se a
programação em hardware do microcontrolador.

O voltímetro usa constante
resistores C2-23, MLT, sintonia - Bourns série 3296, óxido
os capacitores são importados, o restante é K10-17. O microcircuito 74AC00 pode ser
substitua por KR555LAZ, transistor KT361G - por qualquer uma das séries KT3107. Diodo 1N5818
substitua por qualquer diodo de germânio ou Schottky com uma corrente contínua permitida de pelo menos
50 mA. A substituição do chip ICL7660 é desconhecida do autor, mas o conversor
polaridade da tensão +5/-5 V pode ser coletada de acordo com uma daquelas publicadas em
esquemas de "Rádio" da revista. Além disso, o conversor pode ser eliminado
completamente, usando uma fonte de alimentação bipolar estabilizada. Especialmente
você deve se concentrar na escolha de um comparador, já que o intervalo depende disso
frequências de operação. A escolha do comparador LM319 (análogos KA319, LT319) se deve a dois
critérios - a velocidade e disponibilidade necessárias. Comparadores LM306,
LM361, LM710 são mais rápidos, mas acabou sendo mais difícil adquiri-los, pois
além disso, são mais caros. Mais acessíveis são o LM311 (análogo doméstico do KR554SAZ) e
LM393. Ao instalar o comparador LM311 no dispositivo, como seria de esperar,
a faixa de frequência diminuiu para 250 kHz. O resistor R6 tem um valor relativamente
ligeira resistência, uma vez que o dispositivo foi usado como embutido
voltímetro no gerador do woofer. Ao usar o dispositivo em um medidor independente, ele
a resistência pode ser aumentada, mas o erro de medição aumentará devido ao relativamente
grande corrente de entrada do comparador DA1.

Circuito divisor de tensão 1:10
mostrado na Fig. 2. Aqui as funções do resistor R2 no divisor são executadas pelo resistor
R6 (ver Fig. 1). O divisor de tensão é configurado em uma determinada sequência.
Pulsos retangulares com frequência de vários quilohertz são fornecidos à sua entrada,
amplitude 2...3 V (tal sinal de calibração está disponível em muitos
osciloscópios), e a entrada do osciloscópio é conectada à saída (ao pino 5 do DA1). Ajustamento
o capacitor C1 atinge um formato de pulso retangular. O osciloscópio segue
use com um divisor de tensão de entrada de 1:10. Todas as peças, exceto o indicador, são montadas
em uma placa de circuito protótipo medindo 100×70 mm usando fio
instalação A aparência de uma das opções do dispositivo é mostrada na Fig. 3. Para
para facilitar a conexão do indicador digital, é utilizado um conector (não mostrado no diagrama
mostrando). Durante a instalação, o fio comum do plugue de entrada XP1 e os terminais correspondentes do capacitor
C8, C10, C11 e C13 devem ser conectados ao fio comum em um só lugar com fios
Comprimento mínimo. Elementos VT1, R20, C8, C10, C11 e C13 e comparador DA1
devem ser colocados o mais compactamente possível, os capacitores C3, C6 - tanto quanto possível
mais próximo dos terminais do comparador DA1, e C4, C14, C15 - dos terminais do microcontrolador
DD2. Para configurar, a entrada do dispositivo é fechada, a saída comum da ponta de prova do osciloscópio
conectado ao terminal positivo do capacitor C13, e o terminal de sinal ao emissor
transistor VT1. Um pulso de polaridade negativa deve aparecer na tela
com uma amplitude de cerca de 0,6 V e uma duração de 0,5 μs. Se devido à baixa frequência
a sequência de pulsos será difícil de observar, então temporariamente paralela
Um resistor com resistência de 0,1...1 kOhm é conectado ao capacitor C11. Tensão
no capacitor C12 é controlado com um voltímetro de alta impedância, deve ser
próximo de zero (mais ou menos alguns milivolts).

Tensão de saída do amplificador operacional DA3
(que não deve exceder alguns milivolts) com resistor R27
igual a zero. Modo de operação necessário do microcontrolador
definido fornecendo os níveis necessários às linhas PB6, PB7, RS2-RS4, para as quais
conectado a um fio comum ou a uma linha de alimentação de +5 V através de resistores
resistência 20...30 kOhm. Um exemplar está conectado à entrada do dispositivo
voltímetro e aplique uma tensão constante de 0,95 ... 1 V. Resistor de substring
R4 equaliza as leituras de ambos os voltímetros. Então a tensão é aumentada para
2,95...3 V e o resistor R1 equalizam novamente as leituras. Uma seleção de resistores
R8-R15 você pode definir o brilho desejado do indicador. Primeiro eles selecionam
a denominação necessária de apenas um deles e, em seguida, defina o restante. No
seleção, deve ser lembrado que a corrente máxima de saída da porta aplicada
o microcontrolador não deve exceder 40 mA e o consumo total de corrente - 200
mA.

Do editor. O programa do microcontrolador está em nosso
FTP-cep-vere em ftp://ftp.radio.ru/pub/ 2011/02/Vmetr.zip

Prefácio

Nos velhos tempos pré-digitais, qualquer um de nós tinha que se contentar com instrumentos de medição de ponteiros, desde relógios comuns, balanças e terminando com... hmm, então de imediato não conseguimos nem encontrar o limite de seu uso! Bem, digamos - um microamperímetro de laboratório de precisão ou ainda mais impressionante - um picoamperímetro. E havia muitas classes de precisão, dependendo da finalidade.

Por exemplo, um indicador comum da quantidade de combustível no tanque de um carro é o exemplo mais claro da imprecisão máxima das leituras! Não conheço um único motorista que confiasse neste “display” e não reabastecesse com antecedência. Os inveterados pessimistas dos motoristas nunca saíam sem uma botija de combustível no porta-malas!

Mas nos laboratórios, principalmente no Comitê Estadual de Verificação, havia comutadores com escala espelhada e classe de precisão muito melhor que 0,5.

E quase todos nós ficamos satisfeitos e felizes. E se não ficassem satisfeitos, compravam instrumentos mais precisos, claro, se possível!

Mas agora a era digital chegou. Ficamos todos felizes com isso - agora podemos ver imediatamente os números nos indicadores e estamos satisfeitos com a “precisão” que nos foi oferecida. Além disso, nos tempos modernos, estes “digitais” omnipresentes custam uma ordem de grandeza menos do que os “comutadores imprecisos” que se tornaram uma raridade. Porém, poucas pessoas pensam que as quantidades que nos são mostradas em números ainda permanecem analógicas, seja peso ou força atual - não importa. Isso significa que essas grandezas ainda são medidas de forma analógica! E somente para processamento e apresentação eles são convertidos em valor digital. É aqui que se escondem os erros, o que nos surpreende quando dois termómetros de ambiente diferentes no mesmo local apresentam valores diferentes!

Caminho do valor medido ao indicador

Vamos dar uma olhada em todo o processo de indicação de medição. Além disso, escolho deliberadamente uma grandeza elétrica. Em primeiro lugar, ainda estamos no site de engenheiros eletrônicos, não de físicos térmicos ou padeiros, que perdoem minha licença de comparação! Em segundo lugar, quero reforçar o meu raciocínio com exemplos da experiência pessoal.

Primeiro, eu escolho a força atual!

Terei que repetir o chavão de que para obter uma representação digital de uma grandeza analógica, é necessário um conversor analógico-digital (ADC). Mas como por si só ainda nos serve de pouca utilidade, precisaremos de outros nós para completar tudo o que foi planejado. Nomeadamente:

1. na frente do próprio ADC, você precisa de um dispositivo de normalização, digamos: um amplificador ou atenuador de normalização, dependendo da relação entre o valor de entrada e a faixa de conversão do ADC;
2. decodificador após o ADC, para representar o equivalente numérico convertido no código digital do indicador correspondente.

Existem microcircuitos prontos que combinam um ADC e um decodificador. Por exemplo, ICL7136 ou similar, usado em multímetros.

Em essência, todos esses nós, de uma forma ou de outra, são simplesmente necessários. Ainda não nomeei o sensor em si - neste caso, um conversor de corrente para tensão ou simplesmente um shunt.

Então, vamos percorrer brevemente toda a cadeia. A corrente que flui através de um shunt (um resistor poderoso com resistência muito baixa) cria uma diferença de potencial em seus pólos. Guten Tag, senhor Ohm! Mas esta diferença é muito pequena e nem todo ADC é capaz de converter totalmente este valor, portanto o sinal (tensão) do shunt deve ser amplificado para um valor aceitável. É por isso que um amplificador de normalização é necessário. Agora o ADC, tendo recebido uma tensão digerível na entrada, realizará a conversão com o mínimo erro possível. Na sua saída obtemos um número correspondente ao valor atual da corrente medida na faixa selecionada, que deve ser decodificado adequadamente para exibição no indicador. Por exemplo, converta-o em um código indicador de sete segmentos.

Aqui não vejo necessidade de me alongar mais detalhadamente em cada uma das etapas acima, pois no artigo busco um objetivo diferente. E detalhes podem ser encontrados em abundância na Internet.

Especificidades

Eu tenho o chamado carga eletrônica com indicador de fluxo de corrente. Existe um diagrama básico da carga em si, mas você precisará de um amperímetro externo para definir a corrente com mais precisão. Decidi conectar os dois dispositivos para economizar espaço e não ter um monte de multímetros.

Meu amperímetro embutido é montado e programado no Tiny26L MK. Parte deste amperímetro é o segundo amplificador operacional (livre) do chip LM358, que faz parte do circuito básico de reator. Aqueles. Este é meu amplificador padronizador porque a queda máxima de tensão no shunt (5A x 0,1 ohm) é de apenas 0,5 volts, o que claramente não é suficiente para toda a faixa de conversão com a tensão de referência interna.

De acordo com T.O. (Inglês = Folha de dados) a tensão nominal da fonte de referência integrada (ION) é de 2,56 volts. Tamanho muito conveniente! Porém, na prática, não é tão bom: a tensão ION ajustada do meu MK acabou sendo 2,86 volts! Como determinei isso é um tópico separado. Ainda vamos voltar aos convenientes 2,56 volts. Veja o que acontece: cai no máximo 0,5 volts no shunt, o ADC converte no máximo 2,56 volts. Um amplificador normalizador com ganho de 5 se sugere, então o número obtido durante a conversão não exigirá nenhuma aritmética avançada para representar o resultado: 5 amperes = 2,5 volts = 250 unidades (para conversão de 8 bits). Basta multiplicar o resultado por dois e colocar uma vírgula entre centenas e dezenas para obter uma representação muito conveniente: unidades, décimos e centésimos de ampere. A transformação final em sinais de sete segmentos é uma questão de tecnologia. Está tudo bem, você pode implementá-lo em hardware!

Porém, como já mostrei com o exemplo do ION integrado, não é tão fácil obter uma precisão aceitável (para não dizer alta!) com os componentes utilizados. Você pode seguir o caminho de compensar erros matematicamente, usando um programa no MK, embora isso exija calibração. Este caminho é facilmente implementado em C e outras linguagens de alto nível. Mas para mim, um montador teimoso, brincar com matemática usando instruções RISC é uma dor de cabeça extra!

Escolhi um caminho diferente - correção do ganho do amplificador de normalização (NA). Você não precisa de muito para isso – um resistor de corte! Seu valor deve ser escolhido corretamente para que a faixa de ajuste seja suficiente, mas não exagerada.

Seleção de elementos amplificadores de normalização

Portanto, é necessário determinar a faixa de ajuste. O primeiro passo é determinar as tolerâncias dos componentes. Por exemplo, meu shunt tem tolerância a erros de 1%. Outros resistores no circuito amplificador de normalização podem ter uma tolerância de até 10%. E não se esqueça da imprecisão do nosso ION, que no meu caso foi de quase +12%! Isso significa que o número real convertido será quase 12% menor. Mas como já conheço esse erro, levo ele em consideração no ganho do NU, que deveria ser 5,72. E como os erros reais dos outros componentes não são conhecidos, resta encontrar o erro total máximo possível para calcular a faixa de ajuste.

Uma simples soma dessas “porcentagens” sugere-se: 1% do shunt mais 2 vezes 10% dos resistores de feedback do amplificador operacional. Total: 21%.

Vamos ver se isso é realmente assim. Para isso, vamos dar uma olhada na parte do diagrama onde é apresentada esta NU com valores já selecionados:

Como você pode ver, existe um amplificador não inversor com coeficiente de transmissão sintonizável, teoricamente ajustável de 4,979 a 6,735 nas classificações indicadas no diagrama. Mas, se levarmos em conta o nosso erro possível de ±10% de cada um dos resistores, obtemos, com a pior combinação, Ku = 5,864 - 8,009, o que excede claramente o coeficiente exigido! Se essa combinação ocorrer, você terá que adotar outras denominações. É melhor aumentar imediatamente o valor do resistor de sintonia, por exemplo, para 39k. Então o limite inferior de Ku será 5,454, o que já é aceitável.

Pois bem, eu – um verdadeiro viciado em rádio – tive que escolher um aparador entre os que estavam disponíveis e tive simplesmente sorte de investir na gama! Se eu tivesse um aparador de valor diferente não faria diferença, eu recalcularia R2 e R3, que no meu caso tem tolerância de 5%, então não precisei pegar outro aparador.

Superando suas deficiências e omissões

Parece que tudo foi pensado e calculado - acrescente uma taxa. Vamos testar esse design primeiro em uma placa de ensaio! Dito e feito! Ku está sendo reconstruída não exatamente como esperado, mas dentro dos limites do necessário. Porém, o indicador não mostraria 0,00 quando não houvesse corrente de carga! Em primeiro lugar, suspeitei que o programa estivesse no MK, mas quando a entrada ADC entrou em curto-circuito com o fio comum, apareceram os preciosos zeros. Isso significa que algo chega à entrada do MK, além de zero volts. O teste com um multímetro confirmou essa suposição e definiu a próxima tarefa. Sem entrar em detalhes da minha pesquisa, descreverei apenas o resultado.

O motivo acabou sendo o seguinte: não levei em consideração que o amplificador operacional que usei estava longe de ser da melhor qualidade. Ele nem é chamado. "trilho para trilho". Isto significa que o seu potencial de produção nunca atingirá nenhum dos pólos de abastecimento, ou seja, no meu caso nunca será igual a 0 volts! Agora, se fosse alimentado por uma fonte bipolar, a saída seria o zero esperado. Mas minha fonte de alimentação é unipolar e não pretendia complicar o circuito com nenhum conversor. A solução foi encontrada na criação de um “terreno virtual”, ou seja, Graças a uma fonte de alimentação separada (em oposição ao circuito básico), consegui usar um diodo para deslocar o potencial do fio comum em relação ao pólo negativo da bateria.

Então, a placa é gravada e soldada. É hora de colocar esse design em uma caixa. O que, de fato, foi feito. No entanto, durante a operação, surgiu outra pequena falha - desvio dos circuitos de entrada do amplificador operacional. Isso foi expresso em uma mudança negativa nas leituras, ou seja, com uma corrente de algumas dezenas de miliamperes, o indicador ainda mostrava zeros, o que não combinava comigo! Eu permitiria uma mudança de vários mA - ainda assim, as unidades de miliamperes não são exibidas. Tive que introduzir um circuito de polarização na entrada do NU.

As classificações de R4 e RZ são selecionadas de modo a fornecer uma polarização de mais/menos várias dezenas de milivolts em relação ao “aterramento virtual”. Não tive vontade de refazer a placa acabada e adicionei a divisória ajustável necessária no lugar do ajustador Ku.

Em geral, o dispositivo resultante satisfaz as minhas necessidades. Claro que pode ser melhorado por muito tempo, mas ainda não há necessidade!

Falarei sobre a parte digital e matemática na próxima vez usando o exemplo de um volt-amperímetro em uma fonte de alimentação de laboratório.

Um dispositivo bastante simples que mede tensão, corrente e mostra a potência total consumida pela carga na frequência de 50 Hz.

Durante trabalhos de reparo ou ao verificar e testar novos dispositivos, muitas vezes é necessário fornecer tensão do LATR e é necessário controlar a tensão e a corrente. Para isso, um voltímetro-amperímetro foi desenvolvido e montado em um microcontrolador com indicador LCD. Como a tensão e a corrente são medidas, a potência total é facilmente calculada. O resultado é um medidor muito compacto.
Especificações
1. Os limites de alteração na tensão medida são 0 – 255 Volts, resolução de 0,5 volts. As leituras são exibidas em incrementos de 1 volt.
2. Limites para alteração da corrente medida 0 – 10 Amperes, resolução 20 mA. As leituras são exibidas em incrementos de 10 mA.
3. A potência aparente é calculada como o produto da corrente e da tensão e apenas o valor inteiro em Volt-Amps é exibido.

Diagrama esquemático

Fragmento excluído. Nossa revista existe com doações de leitores. A versão completa deste artigo está disponível apenas

Aplicado no esquema medição direta de tensão e corrente CA microcontrolador.
A tensão medida através do divisor R7, R9, R12 e C12 é fornecida à entrada do microcontrolador através do capacitor C10. O capacitor C12, juntamente com o divisor de tensão de entrada, forma um circuito integrador que impede a penetração de ruído de impulso.

A corrente medida flui pelo shunt R1, a tensão retirada dele é amplificada pelo amplificador operacional e, através dos circuitos R8 e C8, é fornecida à entrada do microcontrolador. O primeiro estágio em OP1 é um amplificador inversor com um capacitor integrador C3 no circuito de realimentação. Devido ao fato de que a oscilação de tensão removida do OP1 deve ser de cerca de 5 Volts, o chip amplificador recebe maior potência (9-15 Volts). O segundo estágio do OP2 é acionado por um repetidor e não possui recursos especiais. O capacitor C3 serve para reduzir interferências durante a operação do ADC do microcontrolador.

As entradas de medição RA0 e RA1 recebem uma polarização estabilizada constante de 2,5 volts através dos resistores R11 e R13. Esta tensão permite medir corretamente os semiciclos positivos e negativos das tensões de entrada.
Um display LCD é conectado ao microcontrolador PIC16F690, exibindo 2 linhas de 16 caracteres. O resistor R14 é usado para definir o contraste ideal da tela. O resistor R15 determina a corrente de luz de fundo do display.
O dispositivo é alimentado por um transformador separado de 9 a 12 volts. O estabilizador de potência de +5 Volts é montado em um chip 78L05 e não possui recursos especiais.

Liguei o dispositivo com um adaptador de telefone. Devido ao fato da placa possuir ponte própria Br1, a polaridade da conexão não importa. É importante que a tensão no capacitor C4 esteja entre 10 e 15 Volts.

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▼ 🕗 20/08/12 ⚖️ 18,04 Kb ⇣ 442 Olá, leitor!

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Obrigado pela sua atenção!
Igor Kotov, editor-chefe da revista Datagor

▼ 🕗 20/08/12 ⚖️ 6,41 Kb ⇣ 457 Olá, leitor! Meu nome é Igor, tenho 45 anos, sou siberiano e um ávido engenheiro eletrônico amador. Eu criei, criei e mantenho este site maravilhoso desde 2006.
Por mais de 10 anos, nossa revista existiu apenas às minhas custas.

Bom! O brinde acabou. Se você quiser arquivos e artigos úteis, me ajude!