Elektroda.pl
Elektroda.pl
X
Elektroda.pl
Advanced Search
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

zgierzman 12 Nov 2020 13:13 59427 27
Testo
Reply Cool? Ranking DIY | New topic
Notify about new articles
  • uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    Natknąłem się kiedyś na projekt µCurrent Davida Jonesa.
    W sumie jest to banalnie prosty układ. Na rezystorze pomiarowym odkłada się napięcie, które następnie jest wzmacniane x100 i podawane na wyjście.
    Niestety rzecz nie jest tania, ok 70 € bez kosztów wysyłki.

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    Postanowiłem zrobić swoją wersję, odchudzoną, potanioną, ale o zbliżonych (a nawet pod pewnymi względami lepszych) parametrach.
    Co mi się nie podobało w oryginale?
    - Zasilanie. Jedna bateria CR2032 i sztuczne zero. Układ się komplikuje (niby jeden opamp, ale zawsze), a zasilanie wzmacniacza wyjściowego to tylko +/- 1,5 V.
    - Zastosowanie dwóch drogich i trudno dostępnych opampów we wzmacniaczu. Układ kaskadowy poprawia trochę pasmo przenoszenia względem jednego wzmacniacza o większym wzmocnieniu, ale czy megaherce są istotne na przykład przy pomiarze prądu pobieranego przez układ w stanie uśpienia?

    Wprowadzone przeze mnie zmiany:
    - Dwa zakresy zamiast trzech. Miliampery mierzy każdy multimetr, a na potrzeby oscyloskopu można zastosować jakiś rezystor w szeregu.
    - Łatwo dostępny wzmacniacz operacyjny - do kupienia choćby w TME.
    - Zasilanie z dwóch baterii 12 V. Daje to zakres napięć wyjściowych od 0 do 10 000 mV, więc na zakresie nA mogę mierzyć prądy od 0 do 10 µA, a na zakresie µV aż do 10 mA. To jest 10 razy więcej niż w oryginale.
    - Miejsce na diodę zabezpieczającą wejście wzmacniacza. Tak na wszelki wypadek.
    - Zrezygnowałem też z układu monitorującego napięcie baterii.

    W ten sposób powstał układ jak na schemacie. Prosty, żeby nie powiedzieć: prymitywny.

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    Wartość kondensatora C1 została przeniesiona z oryginalnego schematu - jeśli zajdzie taka potrzeba, to będę próbował poprawić kompensację przy użyciu generatora i oscyloskopu.

    Za schematem powstał wzór płytki. Ponieważ schemat prosty, to płytka bez problemu wyszła jednowarstwowa, bez kombinowania z mostkami itp. Łatwa do zrobienia w domu.

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    A potem sam układ.

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów
    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    Rezystory 0,1%

    Pora na pomiary:

    Napięcie niezrównoważenia to mniej niż 1 mV. Przy zwartym wejściu napięcie na wyjściu waha się w przedziale 0,3 do 0,8 mV.

    Dokładność wskazań zaskakująco duża, lepsza niż 0,5%. Ale zakładam, że bezpiecznie będzie przyjąć 1%. Wyliczona metodą techniczną, bo nie mam z czym skalibrować tego przyrządu. A przecież mierniki użyte przeze mnie do pomiaru napięcia i rezystancji mają swoje ograniczenia.
    Za źródło napięcia posłużyła bateria 3V, w szeregu rezystor ograniczający prąd i mój adapter. Napięcie mierzone na końcach tego układu szeregowego, zaś jego całkowita rezystancja, wraz z przewodami, zmierzona multimetrem.

    Dla zakresu µA:
    U wej. = 3,1630 V, R = 99890 Ω
    I teor. = 31,6 µA
    I zm. = 31,8 µA
    błąd = 0,42%

    Dla zakresu nA:
    U wej. = 2,9434 V, R = 5134000 Ω
    I teor. = 573,3 nA
    I zm. = 574,4 nA
    błąd = 0,19%

    Jak dla mnie wystarczająco.
    Attachments:

    Cool? Ranking DIY
    Odkryj oryginał, zgarnij złączkę WAGO i zawalcz o nagrody!
    About Author
    zgierzman
    Level 30  
    Offline 
    zgierzman wrote 1612 posts with rating 1229, helped 89 times. Live in city Zgierz. Been with us since 2005 year.
  • Testo
  • #2
    ptero
    Level 22  
    1. Jak ze stabilnością przy zwykłych rezystorach?
    2. Czy te blaszki nie robią zwarcia przez metalową obudowę baterii? - wystarczy zarysować farbę.
  • #3
    TechEkspert
    Editor  
    Oryginał ma wzmacniacz z funkcją "zerowego" offsetu "near-zero DC offset and drift through the use of autocorrelating zeroing techniques", jak na efekty może wpływać zastosowanie OPA192 zamiast MAX4239?

    Może udostępnisz szerszą produkcję do nabycia np. na portalach aukcyjnych, a może dałoby się wprowadzić do gadżetów elektroda.pl? ;)

    Jaki szacujesz koszt przy produkcji jednostkowej lub cenę końcową przy produkcji małoseryjnej?
  • #4
    zgierzman
    Level 30  
    TechEkspert wrote:
    Oryginał ma wzmacniacz z funkcją "zerowego" offsetu "near-zero DC offset and drift through the use of autocorrelating zeroing techniques", jak na efekty może wpływać zastosowanie OPA192 zamiast MAX4239?


    OPA192 wylądował tam trochę z przypadku.

    Teraz widzę, że w TME jest MAX4239 w obudowie SO8, ale wtedy go nie widziałem (albo nie było go w ofercie). Poza tym jego zasilanie to maksymalnie +/- 2,75 V, więc musiałbym zostać przy dwóch bateriach 1,5 V, albo jednej 3 V ze sztucznym zerem. Szukałem czegoś innego, więc się nie skupiałem na nim.
    Potem wpadł mi w oko OPA189, który ma zbliżony offset do MAX-a. Ale jego też brak w TME. Jest za to OPA192, który statystycznie ma większy offset, ale jak pomierzyłem to co mam, to mnie zadowala. Może wylosowałem dobry egzemplarz :-)


    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    TechEkspert wrote:
    Może udostępnisz szerszą produkcję do nabycia np. na portalach aukcyjnych, a może dałoby się wprowadzić do gadżetów elektroda.pl?


    Raczej nie mam czasu na produkcję, ale do gadżetów można by go dodać (jeśli byliby zainteresowani). Chętnie pomogę :-) Wtedy można by sprowadzić z Mousera czy innego Farnella OPA189, żeby poprawić parametry :-)

    TechEkspert wrote:
    Jaki szacujesz koszt przy produkcji jednostkowej lub cenę końcową przy produkcji małoseryjnej?


    Trudno powiedzieć. PCB to groszowe sprawy, w Elecrow 10 x 10 cm to 5$ za 10 szt., więc byłoby 20 płytek. Oni nie robią szumu jeśli przygotuje się własny panel, inaczej niż takie JLCPCB, gdzie kazaliby to podzielić i zapłacić dwa razy :-). Wliczając koszt dostawy wychodzi mniej niż 1$ za płytkę.
    Blaszki do baterii to ok 5 zł.
    Przełączniki ok. 6 zł.
    OPA189 ok. 8 zł.
    Rezystory 0,1% nie są najtańsze, ale nie kosztują też majątku. Do produkcji "dla ludzi" można by poszukać także dokładniejszych rezystorów, dostępne są 0,05%, 0,02% a nawet 0,01% :-D

    Więc przy kilkudziesięciu sztukach wyszłoby ok. 25 zł bez gniazd bananowych. Tak na oko. Gniazda, montaż, obudowa itp. po stronie kupującego - taki kit.

    ptero wrote:
    1. Jak ze stabilnością, przy zwykłych rezystorach?
    2. Czy te blaszki nie robią zwarcia przez metalową obudowę baterii? - wystarczy zarysować farbę.


    Nie wiem jaką stabilność masz na myśli, ale nie robiłem badań ani stabilności termicznej, ani w czasie. :-)
    Blaszki u mnie zwarcia nie robią, bo baterie mają na sobie koszulkę z folii :-)
  • #5
    And!
    Admin of Design group  
    Gdybyś chciał udostępnić projekt większej ilości osób to rzeczywiście "kit" byłby lepszy niż zmontowany produkt,
    natomiast złącza bananowe, tak jak piszesz, są opcjonalne, istotne jest PCB, akryl, zestaw elementów bez baterii.
  • #6
    piterek-23
    Level 33  
    Projekt świetny i właśnie takie gadżety bym chciał zobaczyć w sklepiku elektroda.pl ;)

    Gdzie kupiłeś te uchwyty na baterie? Szukam takich, ale na baterie AAA i coś nie mogę namierzyć.
  • #7
    zgierzman
    Level 30  
    piterek-23 wrote:
    Gdzie kupiłeś te uchwyty na baterie? Szukam takich, ale na baterie AAA i coś nie mogę namierzyć.


    https://www.tme.eu/pl/details/keys82/baterie-pojemniki-i-uchwyty/keystone/82/

    Ten konkretny model pasuje do AAA, N, i A23, czyli 12 V właśnie. Różni się tylko rozstaw "na długość".

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    And! wrote:
    PCB, akryl, zestaw elementów


    Z tym akrylem jest kłopot o tyle, że swoje płytki wycinałem pod gniazda jakie miałem akurat w szufladzie. Dlatego czerwone gniazdo jest inne niż czarne, bo nie miałem jednakowych. Ale średnica nakrętki może być inna w innych modelach, więc górną płytkę PMMA trzeba by zaprojektować inaczej - jako bardziej uniwersalną. Poza tym nie wiem, ile kosztowałoby wycięcie tego - ja swoje rzeźbiłem sam. Ale z pewnością do tych 25 zł trzeba byłoby doliczyć kilka PLN.
  • Testo
  • #8
    Błękitny
    Level 13  
    Gratuluję udanego projektu! Mam pytanie, ponieważ buduję własnie coś podobnego tylko na LF356, mianowicie jakie jest pasmo pomiaru, czy mógłby wykonać kolega pomiar generatorem prądu powiedzmy kilku nA przy częstotliwości np. 100kHz i 3MHz? Byłbym wdzięczny za wyniki :)
  • #9
    Urgon
    Editor  
    AVE...

    Bardzo fajna alternatywa, choć mi osobiście raczej się nie przyda. No i do tego absurdalnie wręcz tania. Zawsze mi się wydawało, że oryginalny µCurrent był cokolwiek za drogi w porównaniu do przeznaczenia. Wzmacniacze autozero czy choppery są fajne, ale nie każdy skorzysta z ich możliwości.

    Odnośnie błędu wzmacniacza, to mogłeś dodać kompensację. Potencjometr 100 kΩ, wieloobrotowy najlepiej dołączasz między V+ i V-, jego szczotkę zaś przez rezystor 470k-1M do pinu IN- wzmacniacza. Jeszcze fajniejszą opcją byłoby dodanie stopnia wejściowego na JFETach z kompensacją. Koszt to 4 tranzystory NPN, dwa JFET, 6 rezystorów i jeden potencjometr.
  • #10
    Janusz_kk
    Level 36  
    Urgon wrote:
    Jeszcze fajniejszą opcją byłoby dodanie stopnia wejściowego na JFETach z kompensacją. Koszt to 4 tranzystory NPN, dwa JFET, 6 rezystorów i jeden potencjometr.

    Ale po co? Po drugie nie skompensuje tego tak jak są wejścia wzmacniacza, lepiej dać wzmacniacz z przetwarzaniem.
  • #11
    zgierzman
    Level 30  
    Błękitny wrote:
    jakie jest pasmo pomiaru


    Proszę bardzo.

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    Pasmo różni się znacznie w zależności od zakresu. Na zakresie µA jest to raptem 73 kHz.
    Czas narastania odpowiedzi impulsowej to 4,8 µs, więc BW = 0,35/trise = 73 kHz

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    Dla zakresu nA jest lepiej, bo czas narastania to tylko 320 ns, co przekłada się na ok 1 MHz pasma.

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów
    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    Ponieważ pasmo wzmacniacza wynosi 10 MHz, a wzmocnienie 100, to lepszych wyników się nie spodziewałem :-)
  • #12
    Urgon
    Editor  
    AVE...

    @Janusz_kk
    Myślałem o czymś takim:

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów

    Q1 i Q2 powinny być ze sobą sklejone, podobnie Q3 i Q4. R1 i R9 powinny być możliwie najlepszej jakości. Wartości Rs nie dobierałem. Regulację należy zacząć od R12 przy wejściu dodatnim wzmacniacza zwartym do masy. Potem dopiero reguluje się R10 przy zwarciu obu wejść pomiarowych do masy. Układ ma znaczną impedancję wejściową, więc trzeba zatroszczyć się o dobre oczyszczenie po lutowaniu i opcjonalnie polakierowanie jej. Ogólnie powinno to działać dość przyzwoicie.
  • #13
    Janusz_kk
    Level 36  
    Urgon wrote:
    Myślałem o czymś takim:

    Domyśliłem się :) tyle że ten układ tu nie ma racji bytu, tak się robi wejścia oscyloskopu, które musi być wysoko omowe, ale tutaj zysk z niego jest nikły, bo nie potrzebujemy tak wysokiej rezystancji, a płynięcie całego układu zniweczy dobre parametry wzmacniacza operacyjnego, tym bardziej, że są wzmacniacze na fet-ach na wejściu ogólnodostępne i już nie trzeba urządzać takiej partyzantki, zresztą popatrz na np. AD8551, prąd wejścia <20pA, niezrównoważenie 1µV, zasilany może być 2*1,5 V z masą pośrodku i kosztuje <20 zł.
  • #14
    zgierzman
    Level 30  
    Janusz_kk wrote:
    są wzmacniacze na fet-ach na wejściu ogólnodostępne i już nie trzeba urządzać takiej partyzantki,


    Na schemacie @Urgon jest LF356, który ma tą cechę: "JFET Input Operational Amplifier". Ja też chętnie się dowiem dlaczego warto dorzucić garść elementów dyskretnych, aby dorobić bufor JFET do wejścia JFET.

    To z karty katalogowej LFx5x obejmującej wzmacniacze LF155, LF156, LF256, LF257, LF355, LF356, LF357

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów
  • #15
    Urgon
    Editor  
    AVE...

    Na schemacie jest błąd w obwodzie sprzężenia zwrotnego - złe wartości rezystorów i zły układ połączeń.

    Macie rację, trochę to nie ma sensu, szczerze pisząc. Użyłem na schemacie za dobrego op-ampa po prostu. Ale sobie pomyślałem, iż dodając trzy przekaźniki, zamieniając dwa potencjometry na cyfrowe oraz dodając ADC można zrobić mikro-/nano-/pikoamperomierz z autozerowaniem offsetu i dryftu temperaturowego.

    EDIT:
    Jedna przewaga takiego rozwiązania, jak pokazałem nad "gołym" op-ampem - z prądem polaryzacji można zejść poniżej 1pA (LF356 ma 30 pA, OPA192 ma 5 pA), także szumy byłyby niższe. Tylko pewnie trzeba by dobrać lepsze tranzystory.
  • #16
    PiotrPitucha
    Level 34  
    Witam
    Dziś można kupić dobre wzmacniacze patrząc na dryfty temperaturowe itd.
    Dawniej nie było tych wynalazków i trzeba było sobie radzić :)
    W czeskim Amaterskie Radio było doskonałe rozwiązanie przystawki do multimetru do pomiaru bardzo małych napięć, przy zerowym płynięciu pomiaru.
    Postaram się kiedyś odnaleźć ten schemat, ale z grubsza układ przetwarzał napięcie stałe na zmienne przy pomocy CD4066, a następnie to napięcie było wzmacniane we wzmacniaczu operacyjnym i szło do prostownika idealnego.
    Układ nie umywał się pasmem do przedstawionego tutaj, ale jeśli chodzi o czułość to chyba był lepszy. Postaram się odnaleźć układ w stercie gazet i zamieścić dla potomności :).
  • #17
    Urgon
    Editor  
    AVE...

    W jednym epizodzie EEVBlog jest pokazany miernik, który posiada zakres prądowy sięgający 100 attoamperów, czyli 0,0001 pA. Stopień wejściowy na JFET, wszystko lutowane "na pająka" na bodaj poliestrowych wspornikach.
  • #19
    Urgon
    Editor  
    AVE...

    To dodam jeszcze jedną ciekawostkę, z lat 60tych: układ o impedancji wejściowej ponad 1 TΩ, wyjściowej 50 Ω przy wzmocnieniu napięciowym na poziomie 0,98.
    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów
    Znalazłem to w artykule High Input-impedance Amplifier Circuits using bipolar transistors, integrated circuits and f.e.ts in a.c. amplifiers presenting low loading on the signal source.
  • #20
    TechEkspert
    Editor  
    Wartość rezystora na bramce tranzystora BFX63 powoduje, że jest trudny do kupienia w osiedlowym sklepie elektronicznym (w tych latach pewnie jeszcze takowe istniały).
    Rozumiem, że to nie jest wzmacniacz stałoprądowy?
  • #21
    Urgon
    Editor  
    AVE...

    Znalazłem taki rezystor na ebaju za jakieś cztery dolary, koszt wysyłki to kolejne 15. Poza podanymi parametrami nic więcej na temat tego stopnia nie wiem, bo był podany tylko jako przykład rozwiązania - muszę poszukać drugiego artykułu z innego czasopisma.
  • #23
    zgierzman
    Level 30  
    Fajnie, a masz je jeszcze i możesz się podzielić z zainteresowanymi? Jeśli nie, to po co ten wpis?

    Bo wiesz, ja miałem dwa dobre samochody, ale oddałem je jednemu panu odzianemu na czarno. Chętnie dałbym Ci jeden, ale już za późno.
  • #24
    PPK
    Level 28  
    Po co te kpiny?
    Piszę, bo takie listwy bywają u gościa na Giełdzie Wolumen w W-wie. Są różne listwy o różnej wartości rezystorów. Jeśli ci zależy, to poszukam w piwnicy u siebie. 100 M miałem z dziesięć lat temu. Poszły ale może coś jeszcze znajdę. Na 100% mam jeszcze chyba jakieś 68 M. Poza tym, na Allegro też widziałem 100 M z demobilu. Nie mówiąc o sklepach internetowych.
  • #26
    TechEkspert
    Editor  
    Miałem okazję w praktyce przetestować prototyp przedstawionego tutaj konwertera prąd->napięcie,
    szczegóły w temacie: konwerter prąd-napięcie, prototyp elektroda.pl
    moim zdaniem współczynnik cena/możliwości jest wysoki.
  • #27
    linuxtorpeda
    Level 26  
    TechEkspert wrote:
    Oryginał ma wzmacniacz z funkcją "zerowego" offsetu "near-zero DC offset and drift through the use of autocorrelating zeroing techniques", jak na efekty może wpływać zastosowanie OPA192 zamiast MAX4239?


    Oryginał w zasadzie niweluje dryft napięcia niezrównoważenia powstały na skutek temperatury czy starzenia się układu. Jeśli wykorzystamy zamiast tego wzmacniacz bez tej funkcjonalności, to równie dobrze możemy włożyć tam dowolny wzmacniacz z wysokoimpedancyjnymi wejściami i kalibrować napięcie niezrównoważenia potencjometrem przed każdym pomiarem.

    Jak dla mnie układ z innym opampem w tym projekcie mija się z celem i żeruje tylko na popularności pierwotnego rozwiązania, chyba że autor pokusiłby się o implementację wyżej wspomnianego "autocorrelating zeroing" za pomocą tańszych i szerzej dostępnych elementów.
  • #28
    j7v5
    Level 1  
    Oto moja wersja, z większą liczbą opcji wzmocnienia (1/10/100/1000/10000x), przystępnymi wartościami rezystorów (10K/100K) i ogranicznikiem diody wejściowej/krótką zworką do przełączania zakresu/regulacji zera:

    uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów uCurrent dla ubogich - adapter do pomiaru małych prądów
Reply Cool? Ranking DIY | New topic
Notify about new articles
Popular Topics