Konwerter prąd-napięcie, prototyp elektroda.pl

Testowany w tym materiale konwerter prąd->napięcie umożliwia pomiar małych wartości prądu (µA, nA) obserwując wskazania na woltomierzu lub miliwoltomierzu. Do wyjścia można podłączyć oscyloskop i rejestrować zmiany wartości prądu w czasie. Niska rezystancja rezystora pomiarowego zapewnia niskie spadki napięcia, w typowym multimetrze są one nawet 10x większe na zakresie µA, co może mieć wpływ na pracę podłączonego odbiornika. Szczegóły powstawania prototypu znajdziecie w temacie autora projektu zgierzman. Urządzenie posiada dwa zakresy:
-µA (pomiar od 0-10mA, rezystancja 10Ω, spadek napięcia do 100mV, napięcie wyjściowe 0-10V)
-nA (pomiar od 0-10µA, rezystancja 10kΩ, spadek napięcia do 100mV, napięcie wyjściowe 0-10V).
Napięcie na rezystorze pomiarowym wzmacniane jest 100x wzmacniaczem OPA189. Płytka konwertera oraz zestaw elementów SMD wraz z instrukcją montażu i schematem pojawi się w gadżetach elektroda.pl Poniżej materiał filmowy, tekstowy i kilka zdjęć prezentujących testy konwertera.



W materiale filmowym znajdziecie porównanie wskazań konwertera z multimetrem na zakresie µA oraz porównanie z konwerterem µCurrent gold. Dla mnie urządzenie spełnia swoją rolę i jest efektywne kosztowo natomiast jak w każdym prototypie jest miejsce na ulepszenia. Sprawdźmy czy będzie możliwe zaobserwowanie na oscyloskopie zmian wartości prądu pobieranego przez Arduino UNO podczas różnych rodzajów operacji wykonywanych przez mikrokontroler. Wyeliminowałem LED sygnalizujący zasilanie płytki UNO oraz obniżyłem napięcie zasilania do 3.3V aby zmieścić się w zakresie 10mA. Być może przydałby się dodatkowy zakres konwertera 100mA lub 1A?



Następnie wysłałem do Arduino napisany na szybko kod, który w pętli wykonuje 3 różne rodzaje operacji:
-obliczenia matematyczne
-manipulacje zawartością RAM
-manipulacje zawartością EEPROM
Oczywiście w takiej próbie lepiej sprawdziłby by się asembler gdzie mamy dokładną kontrolę nad rodzajami operacji wykonywanych przez mikrokontroler.

Każdemu rodzajowi operacji towarzyszą inne stany logiczne na wyjściach 2,3,4, to ułatwi obserwacje na oscyloskopie. Kod jest z gatunku "nic nie robiących" ale nawet taki prymitywny przykład pozwolił na zaobserwowanie wahań prądu pobieranego przez mikrokontroler.



Konwerter pozwolił na zarejestrowanie poboru mocy przez mikrokontroler, najbardziej prądożerne okazały się operacje na pamięci EEPROM. Żółty ślad to napięcie na wyjściu konwertera, pozostałe kanały śledzą zmiany na wyjściach mikrokontrolera towarzyszące kolejnym etapom wykonywania kodu w pętli.





W realnych scenariuszach takie informacje można wykorzystać do optymalizacji zużycia energii przez mikrokontroler, szczególnie tryby oszczędzania energii, ustawienia portów I/O i ustawienia wbudowanych funkcjonalności mogą mieć wpływ na czas pracy na pojedynczej baterii.

Sprawdziłem pasmo przenoszenia i doszedłem do podobnych wniosków jak autor konstrukcji zgierzman. Poniżej kształt przebiegu wyjściowego (ślad niebieski) i czasy narastania/opadania dla zakresu µA konwertera.





Porównanie czasów narastania i opadania dla konwertera µCurrent gold:




Przebieg 100KHz na zakresie µA dla naszego konwertera:



Oraz porównanie 100kHz dla µCurrent gold:



Przełączamy nasz konwerter na zakres nA i przebiegi wyglądają tak:









Zawartość zestawu zobaczycie na zdjęciu poniżej. Zaciski wejściowe i wyjściowe nie są dołączone, należy wybrać je we własnym zakresie. Elementy SMD są dość proste w montażu, uwagę należy zwrócić na wzmacniacz operacyjny, jego montaż wymaga precyzji (szczegóły na filmie w materiale). Uchwyty bateryjne montujemy w dystansie do PCB (nie powinny opierać się o soldermaskę), 2 baterie 12V warto okleić izolacją gdyż mogą spowodować zwarcie gdy zetrze się warstwa farby.







W kolejnych wersjach PCB warto zadbać o opisy zakresów, umieszczenie na PCB informacji o:
-dopuszczalnych prądach na zakresach,
-rezystancji konwertera na zakresach
-maksymalnym spadku napięcia na rezystorze pomiarowym,
-napięciu wyjściowym konwertera,
-opisie przełącznika ON-OFF,
-logo elektroda.pl na górnej warstwie
Przyda się także LED sygnalizujący włączenie aby pamiętać o wyłączeniu konwertera po zakończeniu pomiarów. Dobre byłoby też zabezpieczenie przed odwrotną polaryzacją zasilania. Układ ścieżek można zmodyfikować tak aby złącza baterii nie pokrywały się ze ścieżkami o innym potencjale. Może uda się znaleźć inne złącza baterii?





Podobają mi się uzyskane efekty, należy docenić wkład pracy i wytrwałość autora, która umożliwiła przejście od pomysłu do prototypu, a na końcu pojawienie się niewielkiej serii prototypowych zestawów do montażu dla użytkowników elektroda.pl Gratulacje!

Czy korzystacie z konwerterów prąd-napięcie,
jak oceniacie ten prototyp,
co według Was warto zmienić w tym projekcie?