Prosty układ ogranicznika natężenia prądu Układ łagodnego
advertisement
TIPS & TRICKS Prosty układ ogranicznika natężenia prądu Wiele interfejsów używających pętli prądowej akceptuje natężenie prądu w zakresie 0…20 mA. W ten sposób projektowane są też układy driverów. Co jednak zrobić, jeśli nadajnik pętli nie ma ograniczenia prądowego? Ratunkiem może być prosty układ ogranicznika przedstawiony na rys. 1. Jeśli prąd wzrasta, to rośnie też spadek napięcia i negatywny potencjał UGS. Jeśli UGS ma wartość około –1 V, to prąd płynący przez kanał tranzystora DN2540 jest ograniczany. Natężenie prądu ograniczenia jest zależne od tolerancji wykonania tranzystora oraz temperatury złącza. Przez ostrożną regulację rezystancji potencjometru (najlepiej aby był to potencjometr wieloobrotowy) można ustawić żądaną wartość natężenia prądu, przy której zadziała zabezpieczenie. Potencjometr należy ustawić tak, aby układ zaczynał ograniczać prąd przy IDS=30 mA, ponieważ jeśli ograniczenie zostanie ustawione na wartość bliską 20 mA, to może okazać się, że spadek napięcia na tranzystorze będzie nie do zaakceptowania. Z drugiej strony, nie wolno też przesadzić z wartością natężenia prądu ograniczenia, bo w przypadku zwarcia prąd płynący w obwodzie będzie powodował silne grzanie się elementów. Rys. 1. Prosty ogranicznik prądu interfejsu 0…20 mA Filtr wejściowy o dwóch stałych czasowych Wielu producentów układów scalonych służących do pomiaru napięcia sugeruje, aby na wejściu umieścić filtr dolnoprzepustowy zbudowany z rezystora 100 kV i kondensatora 100 nF. Jest to prosty układ i często nie ma wystarczającego tłumienia. Wówczas to należy zwiększyć wartość rezystancji i/lub pojemności tworzących filtr. W takim przypadku może się jednak okazać, że stała ładowania i rozładowania wręcz uniemożliwiają stabilny odczyt. Problem ten może rozwiązać prosty układ, którego schemat przedstawiono na rys. 2. Prosty filtr wyposażono w dużą pojemność (470 nF) i niewielką rezystancję 1 kV załączaną przez diody. Filtr oferuje krótki czas ustalania dla dużych zmian sygnału wejściowego i jednocześnie poprawioną charakterystykę filtracji sygnału ze względu na niską górną częstotliwość graniczną. Obwód działa w następujący sposób: jeśli dociera do wejścia sygnał o dużej amplitudzie, to któraś z diod Schottky zaczyna przewodzić (gdy napięcie A-K jest >0,2 V). W takim przypadku filtr formowany jest przez rezystor 1 kV i kondensator, który jednocześnie ładowany jest przez mniejszą rezystancję. Gdy napięcię spadnie poniżej 0,2 V, to dioda przestaje przewodzić i wówczas filtr formowany jest przez rezystor 100 kV i kondensator oferując znacznie lepszą filtrację zakłóceń w.cz. Układ łagodnego załączania napięcia na wyjściu LM317 Na rys. 3 przedstawiono zmodyfikowany zasilacz z układem LM317. Modyfikacja powoduje, że napięcie wyjściowe wolno narasta, zgodnie ze stałą czasową ładowania określoną przez R2+R3 i C2. Do momentu aż tranzystor T1 nie zostanie zatkany (a stanie się to, gdy potencjał bazy będzie większy lub równy potencjałowi emitera), napięcie na wyjściu LM317 ustalane jest przez dynamiczną, rosnącą rezystancję tranzystora. Po zatkaniu tranzystora napięcie ustalane jest w tradycyjny sposób, to jest z zależności pomiędzy R2 a R1. Poniżej rys. 3 podano wartości rezystorów dla napięć wyjściowy równych 9, 12 i 24 V. R1=1, 5 kV, dla Uwy=9 V 2 kV dla Uwy=12 V 4,3 kV dla Uwy=24 V Rys. 3. Układ powodujący łagodne narastanie napięcia wyjściowego Miliomomierz z LM317 Na rys. 4 przedstawiono układ prostego miliomomierza zbudowanego z użyciem LM317 pracującego w konfiguracji źródła prądowego. Dostarcza ono 10 lub 100 mA zależnie od położenia przełącznika. IC1 tak steruje prądem bazy T1, aby zapewnić stałość prądu wyjściowego. Kalibrację wykonuje się po włączaniu na zaciski Rx rezystora o znanej wartości rezystancji. Mierzy się na nim napięcie tak ustawiając wartości rezystancji R3 lub R4, aby uzyskać spadki odpowiednie dla prądów o natężeniach odpowiednio 10 mA lub 100 mA. Rys. 2. Filtr RC o dwóch stałych czasowych 148 ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 TIPS & TRICKS Rys. 5. Schemat prostego układu odmierzania czasu Rys. 4. Miliomomierz wykonany z użyciem LM317 Aby zmierzyć nieznaną rezystancję należy podłączyć ją do zacisków Rx i mierzyć na niej spadek napięcia, najlepiej przy pomocy woltomierza cyfrowego. Jeśli źródło zostało właściwie skalibrowane, to na zakresie 10 mA uzyskuje się przelicznik 100 V/V, a na zakresie 100 mA 10 V/V. Odmierzanie czasu w mikrokontrolerze bez użycia timera Rys. 6. Oscylogram pokazujący przebiegi w układzie. Przebieg prostokątny, to wyjście bramki 74HC14, natomiast trójkątny, to napięcie na kondensatorze. Okres przebiegu prostokątnego jest równy 10,4 s W większości aplikacji związanych z mikrokontrolerami jednym z kluczowych zadań jest odmierzanie czasu. Najczęściej wykorzystuje się do tego zadania układy timerów wbudowane w strukturę CPU, ale z drugiej strony każdy mikrokontroler ma ich ograniczoną ilość, a ponadto przeważnie potrzebne są do zadań związanych z precyzyjnymi pomiarami czasu rzeczywistego. A co, jeśli w strukturę wbudowane są 3 timery, a jest konieczność użycia 5? Inną sprawą jest odmierzanie długich czasów (np. timeout), dla których to specjalnie trzeba budować łańcuchy programowych liczników. A przecież nie zawsze wymagania aplikacji są aż tak mocno wygórowane. Czasami wystarczy odmierzenie czasu w okolicach 1 s, a nie dokładnie 1 s. Omawiane wyżej problemy rozwiązuje prosty układ przedstawiony na rys. 5. Używa on rezystora, kondensatora, bramki Schmitta, wyjścia mikrokontrolera oraz jego wejścia przerwania. Najlepiej jest, jeśli będzie to przerwanie wywoływane zmianą sygnału. Nie mniej jednak, prosta modyfikacja polegająca na włączeniu równolegle z rezystorem diody w kierunku zależnym od wymaganego poziomu logicznego powoduje, że może to być R E ELEKTRONIKA PRAKTYCZNA 5/2009 K również wejście przerwania wyzwalanego zboczem narastającym lub opadającym. Czas, po którym generowane jest przerwanie łatwo jest zmienić dobierając odpowiednie komponenty R i C. Zasada działania jest bardzo prosta. Kondensator elektrolityczny ładowany lub rozładowywany jest przez rezystor z użyciem portu I/O. Napięcie na kondensatorze zmieniając się powoduje zadziałanie bramki Schmitta. Bardzo dobrze widać to na oscylogramie na rys. 6. Przebieg piłokształtny, to napięcie na kondensatorze, natomiast prostokątny, to wyjście bramki 74HC14. Jeśli wejście przerwania mikrokontrolera ma bramkę Schmitta, to w niskobudżetowej aplikacji można pominąć 74HC14. Zanim jednak uruchomimy produkcję seryjną, to dobrze jest skrupulatnie sprawdzić takie rozwiązanie. Trzeba też liczyć się z tym, że takie uproszczone rozwiązanie znacznie trudniej jest przetestować. L A M A 149
