Sursa cvadrupla de semnal unif icat 4 -20mA IUNIE 2017 [619946]

Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică Licșor Mihai – Alexandru
Sursa cvadrupla de semnal unif icat 4 -20mA IUNIE 2017

1
1.Convertorul AD694
1.1 Descrierea Produsului
AD694 este un emițător de curent monolitic care acceptă intrări de semnal de înaltă
calitate pentru a conduce o buclă standard de curent de 4 -20 mA pentru controlul supapelor,
dispozitivelor de acționare și a altor dispozitive utilizate în mod obișnuit în controlul
proceselor. Semnalul de intrare este tamponat de un amplificator de intrare care poate fi
utilizat pentru a scala semnalul de intrare sau pentru a tampona ieșirea dintr -un mod curent
DAC. Valorile de intr are precalibrate de la 0 V la 2 V și de la 0 V la 10 V sunt selectate prin
legarea simplă a pinilor ; Alte intervale pot fi programate cu rezistențe externe.
Tăierea activă cu laser a rezistențelor filmului subțire AD694 are ca rezultat un nivel
ridicat de precizie, fără a fi nevoie de ajustări și calibrare suplimentare. Un tranzistor extern
poate fi utilizat cu AD694 pentru a se descărca puterea de disipare, extinzând intervalul de
temperatură de funcționare.
AD694 este blocul ideal pentru sistemele care ne cesită transmisie de semnal imune la
zgomot de 4 -20 mA pentru a acționa supape, servomotoare și alte dispozitive de comandă,
precum și pentru transmiterea parametrilor procesului, cum ar fi presiunea, temperatura sau
debitul. Se recomandă ca înlocuitor pen tru modele discrete într -o varietate de aplicații în
domeniul controlului proceselor industriale, automatizării fabricilor și monitorizării
sistemului.

1.2 Evidentierea produsului
1. AD694 este un convertor tensiune – curent in domeniul 4 -20 mA.
2. Intervalel e de intrare programabile sunt precalibrate de la 0V la 2 V și 0 V până la
10 V.
3. Amplificatorul de intrare poate fi configurat pentru tamponarea și scalarea tensiunii
de intrare sau pentru a servi ca amplificator de ieșire pentru convertor digital – analogic de
ieșire curenta .
4. Conformitatea tensiunii de ieșire se extinde până la 2 V de la alimentarea pozitivă
și sub nivelul comun. Atunci când este operat cu alimentare de 5 V, conformitatea tensiunii de
ieșire se extinde la 30 V sub pragul comun.

Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică Licșor Mihai – Alexandru
Sursa cvadrupla de semnal unif icat 4 -20mA IUNIE 2017

2
5. Curentul de zero 4 mA poate fi pornit și oprit cu ajutorul unui pin TTL de control, care
permite o funcționare de 0 -20 mA.
6. O alarmă deschisă a colectorului avertizează asupra eșecului de buclă datorită firelor
deschise sau neconformitatea stadiului de i eșire.
7. O ieșire monitorizată este furnizată pentru a conduce un tranzistor extern de trecere.
Caracteristica elimină consumul de energie pentru a extinde intervalul de temperatură și pentru a
minimiza eroarea de auto -încălzire.

1.3 Caracteristici ale conv ertorului
 4-20 mA, 0 -20 mA
 Valori de intrare precalibrate:0 V până la 2 V, 0 V până la 10 V
 Tensiune de referință de precizie programabila la 2.000 V sau 10.000 V
 Operație de alimentare unică sau duală
 Domeniu larg de alimentare: între 4.5 V și 36 V
 Confor mitate largă a rezultatelor
 Amplificatorul de tampon de intrare
 Alarmă Open -Loop

1.4 DESCRIERE FUNCTIONALA
Funcționarea AD694 poate fi înțele asă cel mai bine prin împărțire circuitului în trei părți
funcționale (a se vedea figura 1). Mai întâi,un singur ampl ificator de intrare tamponeaza nivelul înalt
al terminalului de intrare. Amplificatorul tampon actioneaza cea dea doua sectiune, un convertor
tensiune – curent, care face un semnal de curent dependent de 0 – 16 mA.
A treia sectiune, o tensiune de referinta si un generator de offset sunt responsabile pentru
furnizarea curentului de offset de 4mA.

Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică Licșor Mihai – Alexandru
Sursa cvadrupla de semnal unif icat 4 -20mA IUNIE 2017

3

Fig. 1 .1 – Diagrama bloc functionala
1.5 Amplificatorul de buffer (tampon)
Amplificatorul tampon este un amplificator de alimentare unic, care poate fi utilizat
ca un tampon de câștig de unitate, un amplificator de ieșire pentru un DAC de ieșire curent
sau ca un bloc de amplificare pentru amplificarea semnalelor de nivel scăzut. Etapa de intrare
PNP a amplificatorului are o gamă de moduri comune care se extinde de la c âteva sute mV
sub nivelul solului până la 2,5 V de VS. Ieșirea de clasă A a amplificatorului apare la pinul 1
(FB).
Domeniul de ieșire se extinde de la aproximativ 1 mV deasupra nivelului comun în
cazul în care amplificatorul funcționează ca un follower.
Amplificatorul poate genera o sarcină maximă de 5 kΩ, dar poate fi coborat doar la
fel de mult cum perm ite rezistența internă de 10 kΩ
1.6 Convertor tensiune – curent
Semnalul de intrare de la amplificatorul tampon este convertit la un curent de la 0 la
0,8 mA de către A2 și mutat la o alimentare pozitivă. Un curent identic înmulțește acest
semnal cu un factor de 20 pentru a face curentul de semnal de la 0 la 16 mA. Acea sta tehnica
permite etapei de ieșire să conducă o sarcină de până la 2 V din alimentarea pozitivă (Vs).
Amplificatorul A2 forțează tensiunea la pinul 1 între rezistențele R1 și R2 prin acționarea
tranzistorului Darlington, Q2. Câștigul mare Darlington tran smite curentul de rezistor
colectorului si rezistentei R3 (900Ω).

Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică Licșor Mihai – Alexandru
Sursa cvadrupla de semnal unif icat 4 -20mA IUNIE 2017

4

Functia de transfer a stadiului V / I este :
Iout = 20 × V pin1/(R1+R2)
Rezultand o curba de iesire de 0 -16 ma pentru o intrare de 0 -10V. Legarea pinului 4(2V l a
masa scurtcircuiteaza R2 si rezulta intr -o intrare pe scara larga pentru un interval de iesire de 16 mA)
Etapa de ieșire a convertorului V / I are un design unic, care permite pinului Iout să conducă o
sarcină sub potențialul comun (substrat) al dispozit ivului. Tranzistorul de ieșire poate conduce
intotdeauna o sarcină la un punct de 36 V sub aprovizionarea pozitivă (Vs)
Se poate adauga un tranzistor tranzitoriu NPN optional pentru a transfera majoritatea puterii
disipate off -chip, pentru a extinde raza d omeniului de functionare. Etapa de ieșire este limitată la
curent la aproximativ 38 mA pentru a proteja de la un overdrive la intrarile sale.
1.7 Tensiunea de referinta
O tensiune de referinta de 2 V sau 10 V este disponibilă pentru aplicațiile utilizatorilor,
Selectabil prin legarea cu pini. Opțiunea de 10 V este disponibilă pentru tensiuni de alimentare mai
mari de 12,5 V, ieșirea de 2 V este disponibilă pe întreaga gamă de alimentare de 4.5 V până la 36 V.
Referinta Poate genera până la 5 mA pentru aplicații le utilizatorilor. Un tranzistor de amplificare
poate fi adăugate pentru a crește capacitatea curentă a modulului de 2V.
1.8 APLICAREA AD694
AD694 poate fi conectat cu ușurință fie pentru operatii de alimentare duale sau singure,
pentru a functiona de la consu mabile de la 4.5V pana la 36V. Urmatoarele sectiuni descriu diferite
configuratii ale conexiunilor, la fel ca si metode de ajustare. Tabela I arata diferite optiuni de
conectare.

Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică Licșor Mihai – Alexandru
Sursa cvadrupla de semnal unif icat 4 -20mA IUNIE 2017

5

Intrare
Iesire Tensiunea
de referinta Tensiunea
minima Vs
Pin9
Pin4
Pin8
0-2 V
0-10 V
0-2.5 V
0-12.5 V
0-2 V
0-10 V
0-2.5 V
0-12.5 V
4-20 mA
4-20 mA
0-20 mA
0-20 mA
4-20 mA
4-20 mA
0-20 mA
0-20 mA
2V
2V
2V
2V
10V
10V
10V
10V 4.5 V
12.5 V
5.0 V
15.0 V
12.5 V
12.5 V
12.5 V
15.0 V Pin 5
Pin5
≥3 V
≥3 V
Pin 5
Pin 5
≥3 V
≥3 V Pin 5
Deschis
Pin 5
Deschis
Pin 5
Deschis
Pin 5
Deschis
Pin 7
Pin 7
Pin 7
Pin 7
Deschis
Deschis
Deschis
Deschis

Tab.1 – Valori precalibrate pentru AD694

1.9 FUNCȚIONARE CU UN TRAN ZISTOR PAS S
Modelul AD694 poate funcționa ca un c onvertor autonom 4 -20 mA fără componente
active suplimentare. Cu toate acestea, s -au făcut provizioane pentru a conecta I OUT la baza
unui tranzistor NPN extern. Aceasta permite o majoritate a disipării de putere să fie mutată
off-chip pentru a îmbunătăți p erformanța și să extind ă intervalul temperatur ii de funcționare.
Respectarea tensiunii de ieșire pozitivă este redusă cu aproximativ 0,7 V. Un rezistor de 50 Ω
ar trebui să fie adăugat în serie cu colectorul tranzistorului de trecere, atunci când AD694 est e
acționat cu consumabile duale. Aceasta nu va reduce conformitatea tensiunii eșantionului de
ieșire

Facultatea de Automatică, Calculatoare și Electronică Licșor Mihai – Alexandru
Sursa cvadrupla de semnal unif icat 4 -20mA IUNIE 2017

6

2.0 PIC18F2520
2.1 Descrierea Produsului

Fig. 2.1 Diagrama pinilor
Familia PIC18F2420 /2520/4420/4520 oferă avantajele tuturor microcontrolerelo r PIC18 – și
anume, performanțe computationa le ridicate la un preț economic , memorie program Enhanced Flash.
Pe lângă aceste car acteristici, aceasta familie introduce îmbunăt ățiri de proiectare care fac aceste
microcontrolere o alegere logică pentru multe aplicații de înaltă performanță, sensibile la putere.

Fig. 2.2 Microcontroler PIC18F2520
Toate dispozitivele din familia PIC18F2420 / 2520/442 0/4520 încorporează o serie de
caracteristici care pot reduce semnificativ consumul de energie în timpul funcționări i