Как подключить операционный усилитель к ардуино

Arduino.ru

Прошу совета по оу lm358n. Хочу усилить сигнал с фотодиода раза в 2-3. ОУ подключил по стандартной схеме простого неинвертирующего усилителя. Фотодиод подключен так — 1 нога на землю, вторая нога на усилитель (ранее на аналоговый пин), также эта нога подтянута через резистор 10к на питание. Но в мониторе порта одни шумы (с амплитутой 3-5 ед). В чем ошибка и как ее исправить?

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пт, 03/01/2020 — 22:06
Зарегистрирован: 23.11.2016

У фотодиода нет ног 1 и 2.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пт, 03/01/2020 — 23:46
Зарегистрирован: 20.08.2018
rkit пишет:

У фотодиода нет ног 1 и 2.

Почему нет? 1=анод, 2=катод. Если перевернуть — ноги меняются местами. Но есть нюанс, чулки не меняются, а шпильки — да.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 04/01/2020 — 00:01

Зарегистрирован: 25.05.2015
Савелий пишет:

ОУ подключил по стандартной схеме простого неинвертирующего усилителя.

Савелий пишет:

Фотодиод подключен так — 1 нога на землю, вторая нога на усилитель (ранее на аналоговый пин), также эта нога подтянута через резистор 10к на питание.

Савелий пишет:

Но в мониторе порта одни шумы (с амплитутой 3-5 ед).

Откуда они там берутся? Что, вся эта байда ещё и к ардуине подключена? Как подключена? Рисуйте.

И кто эти шумы печатает? Там ещё и скетч есть? Публикуйте.

И той информации, что Вы дали, пока только понятно, что у Вас что-то не работает. Можем только посочувствовать.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 04/01/2020 — 08:27
Зарегистрирован: 04.05.2015

Фотодиод надо подключать по схеме преобразователя ток-напряжение. Это всего 1 резистор в обратной связи, определяет коэффициент преобразования. LM358 можно попробовать, но нужен ОУ с полевыми входами.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 04/01/2020 — 08:33
Зарегистрирован: 20.08.2018

А ещё в некоторых аврках есть встроенный оу на канале ацп )))

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 04/01/2020 — 09:10
Зарегистрирован: 04.05.2015

А ещё в некоторых аврках есть встроенный оу на канале ацп )))

Читаю Ваши посты и удивляюсь. Зачем Вы их пишите? Два последних. про блок питания всё классно описано , но нет ссылки. А вдруг ТС другой найдёт, хуже, и будете Вы иметь отрицательное мнение ТС. А здесь. Ну есть усилители в аврках. Как их можно использовать для усиления тока фотодиода? Может быть подробно распишете? Или слышал звон.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 04/01/2020 — 11:57
Зарегистрирован: 26.10.2019

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 04/01/2020 — 12:18

Зарегистрирован: 25.05.2015

А питание? А скетч? Вам лень рисовать?

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 04/01/2020 — 12:20
Зарегистрирован: 04.05.2015

Посмотрите здесь про включение фотодиода. https://habr.com/ru/post/120086/

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 04/01/2020 — 13:05
Alex_Ferrum
Зарегистрирован: 04.05.2015

Во-первых было бы неплохо понять с каким фотодиод ом мы имеем дело, с фотодиодом с P-N переходом (например BL-L512PD) или с P-i-N фотодиодом (например BPW34), у них совершенно разные схемы включения.

Во-вторых в качестве оу желательно использовать что-нибудь более высокоомное, например MCP601, там в даташит и схема есть для фотодиод с P-N переходом.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Сб, 04/01/2020 — 13:21
Зарегистрирован: 20.08.2018
nik182 пишет:

Или слышал звон.

Скорее всего, точнее, правильнее всего написать — увидел, но это не совсем корректно.

По поводу фотодиода или фоторезистора нужно в голове представить его как переменный резистор. «посмотреть» фотодиодом на то, что он должен видеть и посчитать это сопротивление по току. Далее простейший делитель и напрямую «к ноге». Программно (если мало) подбираем кУ в ацп авр. Это не мапед, это велосипет, изобретать не нужно, есть и в книжках и в инетах. Я делал автоматическую горелку какрас первый рас именно на дурдуине и на дурдуинским языке. Было это какрас 10 лет назад. Горелка отчасти сохранилась, автоматика скорее нет (((

По поводу БП: имею всю линейку в 1/3/5/10/20/30А. Более 5-и лет. Всех их вижу, а 20/30Амперные даже слышу, т.к. там вентилятор встроенный.

Так что некоторые вещи вижу, а некоторые ещё и слышу )))

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Arduino.ru

Мне удалось частично повторить давно известные труды и сделать усилитель для двух канального тензометрического датчика углов наклона с помощью опорного напряжения AD780, 2 инструментальных усилителей AD620, операционного усилителя LM358 (для создания референсного напряжения и смещения нуля для АЦП) .

И всё добро даже расположил на печатной плате, и вот настал момент подключения.

Планировалось взять малошумный блок питания (типа БПС 12-1, лучше конечно же есть, но дорого), и от него одновременно запитать ардуино (благо можно припаяться внизу платы) и 2 инструментальных усилителя.

Для реалиазации биполярного напряжения на ИУ предусмотрена система с двумя резистора по 10кОм с замыканием на землю.

А теперь внимание ВОПРОС!

Случай 1. Подключаю блок питания, на ИУ Vs- = 0,05В, Vs+ = 9В, при этом один ИУ нормально усиливает в 500 раз, а второй усиливает но значительно меньше.

Случай 2. Ардуино запитываем от компа, а ИУ от батарейки КРОНА, и всё работает как должно работать.

Как это можно исправить?

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Чт, 26/01/2017 — 18:02

Зарегистрирован: 25.12.2013

Moker, совершенно ничего не понятно. Рисуйте схемы и объясняете толком, чётко формулируя факты и вопрос.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Чт, 26/01/2017 — 18:21
Зарегистрирован: 26.01.2017

Постараюсь. Схема собрана без конденсаторов. GND +5V +3.3V идет с ардуино.

Датчик угла наклона работает по полному мосту, то есть 4 тензодатчика. При возбуждении напряжением в 3В с источника опорного напряжения, в сигнальной цепи возникает напряжение разбаланса = 2,5мВ при наклоне на 5 градусов. Моя задача усилить сигнал и подать его на АЦП Ардуино.

Вся загвоздка в том, что при подаче питания инструментальных усилителей (на схеме 2 штуки посередине) у меня все работает нормально. А вот если взять источник биполярного питания +-9В от розетки 220В и запитать одновременно от него Ардуино и 2 ИУ, то один Инструментальный усилитель начинает чудить. Стоит правда отметить что ввиду отсутствия двух одинаковых ИУ на левом месте у меня стоит AD620, а на правом — INA118P.

Вопрос: как сделать чтобы всё работало от блока питания?

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Чт, 26/01/2017 — 22:16
Aleks_neofit

Зарегистрирован: 28.12.2016

По ходу, вы сами ответили на свой вопрос: «. от кроны работает.» Значит вся проблема в блоке питания.

Первое, что я бы поменял — так это резисторы на делителе напряжения >> на конденсаторы — питание у AD620 от 2,3 — 18 в. можно поделить любое напряжение — хоть 5в — ей хватит.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пт, 27/01/2017 — 10:45
Зарегистрирован: 26.01.2017
Aleks_neofit пишет:

По ходу, вы сами ответили на свой вопрос: «. от кроны работает.» Значит вся проблема в блоке питания.

Первое, что я бы поменял — так это резисторы на делителе напряжения >> на конденсаторы — питание у AD620 от 2,3 — 18 в. можно поделить любое напряжение — хоть 5в — ей хватит.

Дело в том, что я попробовал два разных блока питания, 1 даже с возможностью регулировки напряжения, пытался подать больше, но ничего не вышло. А суть в том, что наш прибор должен стоять у датчика углов наклона, опрашивать его, оцифровывать сигнал и передавать по локальной сети к компьютеру через роутер. А питание его должно быть одно от розетки.

Прошу прощения, утаил может быть важную информацию, что на ардуино сверху стоит Ethernet Shield, ну и то, что ардуино — китайская копия, хотя я не думаю что это принципиально.

Вопрос по поводу конденсаторов. Чем это лучше резисторов? Какой тип конденсатора использовать? У меня пока в арсенале электролитические, значит возникает вопрос с полярностью. Но самое интересное, какая емкость нужна навскидку? // Я конечно сам постараюсь посчитать, но хочется, чтобы поскорее заработала схемка.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Arduino.ru

я был бы очень благодарен, если б кто-нибудь из грамотных электронщиков нашёл бы время объяснить мне особенность работы операционного усилителя, которую я не понимаю. Чтобы вопрос был понятен, напишу подробно, простите за «много букв».

Итак, в datasheet LM324 (рисунок 19 на странице 15) я нашел вот такую схему включения светодиода:

Я подумал, что здесь предполагается наличие некоего сигнала на входах и не обратил на схему внимания. Но потом я случайно набрёл на видео, где мужик подключает светодиод именно по такой схеме – подаёт на ОУ питание и ставит на выход светодиод, оставляя входы ОУ болтаться в воздухе! И светодиод светится!

ВОПРОС №1. Как это работает? Можете объяснить логику работу ОУ? Откуда на выходе берётся напряжение, если на входах нет ничего и они вообще в воздухе болтаются?

Решив попробовать, я порылся в закромах, но не нашёл LM324, зато нашёл LM358. Подумал, что должно быть тоже самое – такой же однополярник вроде, а вот фиг там! Подключил к выходу светодиод, подал питание – не светится! Светится начинает, если, например, инвертирующий вход на массу завести – но это я хоть как-то могу понять, а вот так как на схеме в даташите LM324 или на видео, мой LM358 не работает.

Ладно, полез в даташиты посмотреть к чему там притянуты входы этих ОУ, надеясь увидеть разницу – не увидел. Ниже приведены схемы этих двух усилителей – входы заведены практически одинаково!

ВОПРОС №2. Объясните пожалуйста в чём разница между этими усилителями (по схеме объясните), что один из них работает при такой схеме включения, а второй – нет.

Спасибо заранее!

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 17:28
Зарегистрирован: 05.08.2014

Не парся. Наводки это.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 17:31
Зарегистрирован: 19.05.2013

ты на 30 секунде посмотри схему, стабилизатор тока. а потом просто упрощенка, хотя смысла так показывать не вижу, ты как минимум один уже не понял

а 324 и 358 это одинаковые усилители, просто в одном 4 канала, а в другом 2. а картинки разные потому что смотришь разных производителей

кстати по схеме с 30 секунды будет работать и 324 и 358

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 17:35
Зарегистрирован: 05.08.2014
jeka_tm пишет:

ты на 30 секунде посмотри схему, стабилизатор тока. а потом просто упрощенка,

угу. я так понял ТС возмущают болтающиеся в воздухе входы. Что вобще не нормально.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 18:22

Зарегистрирован: 25.05.2015
jeka_tm пишет:

ты на 30 секунде посмотри схему, стабилизатор тока. а потом просто упрощенка, хотя смысла так показывать не вижу, ты как минимум один уже не понял

Вы не правы, там во второй половине крупным планом показывается работающая сборка — отлично видно, что ничего кроме микросхемы, диодов и их токоограничивающих резисторов там нет и никакие ноги микросхемы не замкнуты меж собой. Думаете я не смотрел прежде, чем вопрос задать?

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 19:54
Зарегистрирован: 19.05.2013

посмотри с 1:37 по 1:42 и посмотри что собрано.

эта схема работоспособно от 4 до 5 В)) на диодах стоят ограничивающие резисторы и нафига операционный усилитель здесь))

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 21:07
Зарегистрирован: 15.12.2013

ЕвгенийП. Подключил по схеме из первого поста LM358. Схема работает. Светодиод светит.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 22:14

Зарегистрирован: 25.05.2015
jeka_tm пишет:

посмотри с 1:37 по 1:42 и посмотри что собрано.

эта схема работоспособно от 4 до 5 В)) на диодах стоят ограничивающие резисторы и нафига операционный усилитель здесь))

Причем тут «нафига усилитель»? Он работает, а на мой взгляд не должен. Я попросил специалистов объяснить почему, чтобы я понял. Вы, похоже, как и я, не понимаете, ну и не флудите, послушаем тех, кто понимает.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 22:17

Зарегистрирован: 25.05.2015
Kolchugin пишет:

ЕвгенийП. Подключил по схеме из первого поста LM358. Схема работает. Светодиод светит.

Странно. Ошибиться там трудно. Но я, конечно, перепроверю и попробую взять другой экземпляр микросхемы, может с ней чего. Завтра отпишусь. Спасибо.

А понимание есть почему работает с висящими входами? Объяснить можете или тоже, как я, в непонятках?

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 22:27
Зарегистрирован: 19.05.2013

открывается верхний транзитор скорее всего от наводок, так как в режиме компаратора работает, но он не работает как стабилизатор тока

просто открылся транзистор, резистор ограничивает ток, плюс падение на транзисторе. если бы работал в диапазоне 4-10В тогда да, работает как стабилизатор, а диапазон 4-5В это ниочем. падение на биполярнике даже на 0,7В при 5В питания уменьшает напряжение до 4,3В. падение на белом светодиоде 3-3,7В. остаток падает на 82 омах

если также будет работать от 10В соглашусь схема крута

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 22:32
Зарегистрирован: 15.12.2013

ЕвгенийП
Пока понимания нет. Просто стало интересно.
Значит у меня в цепи резистор на 150 ом. При питании +5 вольт на выходе 1,9 вольта. При +12 на выходе 2,1 вольта.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 22:48
Зарегистрирован: 19.05.2013

вот это уже интереснее. если операционник еще не греется подними еще выше напряжение

покурил еще даташит. судя судя по нему внутри уже есть ограничение тока, вот в этом куске

источник тока 100мка открывает q5 и q6, увеличивается выходной ток, и соответственно ток через Rsc. резистор в цепи базы, при достижении определенного напряжения (тока) приоткрывается q7, пропуская через себя часть тока от 100мка. q5 и q6немного прикрылись, ток застабилизировался

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 22:43
Зарегистрирован: 15.12.2013

Там что выше написал мерил напряжение не на выходе, а на светодиоде.
Значит на микросхему 20 вольт подал (по документации она до 32 работает) На диоде 2 вольта.
Не греется.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Пнд, 21/09/2015 — 22:54
Зарегистрирован: 13.02.2014
ЕвгенийП пишет:

я был бы очень благодарен, если б кто-нибудь из грамотных электронщиков нашёл бы время объяснить мне особенность работы операционного усилителя, которую я не понимаю.

Не претендую на «грамотного» электронщика, но Вы выбрали не очень удачный пример для изучения.

Для начала стоит рассмотреть работу ОУ от двуполярного источника питания. Это когда есть, например, +12В, -12В и «общий».
Если мы хотим понять, что будет на выходе, то должны взять разницу между входными напряжениями и умножить на Ку. И, если входы имеют одинаковое напряжение (даже когда они одинаково не подключены), то на выходе будет ноль.

Вы рассматриваете схему с однополярным питанием, значит на выходе будет полпитания.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 00:02
Зарегистрирован: 07.07.2013
Kolchugin пишет:

Там что выше написал мерил напряжение не на выходе, а на светодиоде.
Значит на микросхему 20 вольт подал (по документации она до 32 работает) На диоде 2 вольта.
Не греется.

На диоде всегда будет два вольта, какое бы напряжение ни было перед резистором. Прямовключенный светодиод в этом смысле подобен обратно включенному стабилитрону. Мелкие светодиоды могут не греться до самого момента своей смерти от теплового разрушения кристалла. Кристалл маленький, тепла выделяет не много, а пластмасса его крайне фигово отводит. Кристалл будет 200 градусов, а корпус такого светодиода будет чуть-чуть теплый.

Схема с операционником совсем бестолковая. Из-за разброса параметров входов операционник подобно триггеру — переключается в крайнее положение и выдает максимальное напряжение, которое возможно для подаваемого напряжения по линиям питания. В этом смысле схема не будет ничем отличаться, если подцепить светодиод с резистором к двум последовательно-включенным батарейкам по полтора вольта.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 00:10
Зарегистрирован: 25.05.2015

ОУ имеет огромный коэф. усиления. Обычно от единиц до десятков тысяч. Есть и заранее точно неизвестное смещение нуля. При неподключенных входах это смещение разгоняется полным паспортным усилением усилителя и устанавливает его выход в крайнее состояние. Для какой микросхемы как конкретно обернется, сказать нельзя. Даже если входы ОУ соединить вместе, смещение все равно остается. Его выравнивают либо через специальные балансировочные входы, либо за счет внешних цепей, подмещивающих балансировку на сигнальные входы. Но в любом случае при неподключенных входах ОУ работает в режиме компаратора. Он одинагово хорошо и очень сильно усиливает и любую внешнюю помеху, и собственные «стоны». А в чем смысл схемы, где светодиод подключен к выходу ОУ с неподключенными входами? Что означает, «она работает»?

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 00:22
Зарегистрирован: 07.07.2013

Рабочесть схемы здесь определяется показателем «светодиод горит». 🙂

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 00:32
Зарегистрирован: 15.12.2013

Уважаемые коллеги. Спасибо вам, что объяснили.
К вопросу «она работает». Я так понимаю просто, что по схеме из первого поста ОУ работает в режиме стабилизации по току.
Я подаю на вход от 5 до 32 вольт и рабочесть схемы определяется «светодиод горит» как и говорит даташит.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 00:44
Зарегистрирован: 05.08.2014
Kolchugin пишет:

Там что выше написал мерил напряжение не на выходе, а на светодиоде.

От и чудненько! А то уж я грешным делом подумал что в этой лаже есть здравый смысл. Воще светодиод сам по себе неплохой стабилизатор напряжения. Как правильно выше писали светодиод на 20мА и резистор 82Ом при 5В питания ни в каких ОУ не нуждаются. Вся роль ОУ сводится к подаче 5В. Пусть и нестабильно, при нужной фазе наводок на входах. Токовая защита выхода ОУ может влиять, но тогда и резистор был бы вобще не нужен, скорей всего она ни при чем.

Воще работа ОУ при висящих входах — это совершенно нештатное применение, годится разве что для поиска скрытой проводки, да и то только один вход висит.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 01:27
Зарегистрирован: 25.05.2015

Специально посмотрел «ролик с мужиком». Понял, что хотели продемонстрировать ОУ как стабилизатор тока для светодиода. Испытал «культурный шок». Мрак. Ни схема, ни демонстрация к указанной задаче отношения не имеют. «Замкните выводы плоской батарейки и положите ее в рукавицу. Так Вы бесплатно согреете руки на зимней рыбалке.» Мрак.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 02:32
Зарегистрирован: 07.07.2013

Батарейка в рукавице — крайне удачное сравнение с качествами обсуждаемой здесь схемы. Схемы из серии «Как самым причудливым и бессмысленым способом использовать радиокомпоненты».

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 08:37

Зарегистрирован: 25.05.2015

Обсуждение дурацкости схемы несколько не в ту сторону — это схема из даташита. Поймите, если бы я увидел её в левом месте, я бы не обратил внмание, но когда я увидел висящие входы в официальном докумете производителя — это меня напрягло. Я понял, что чего-то в этой жизни не догоняю. По профессии я программист, а в электронике — не ахти какой продвинутый любитель.Потому и решил попросить профессионалов помочь в понимании.

Duino A.R., я правильно понял Вас, что:

1. Если я возьму несколько усилителей и буду просто мерять напряжение «выход-земля» (можно и без светодиода) — я буду получать разные значения для разных экземпляров?

2. Факт горения или не горения светодиода в этой схеме ничего не говорит, например, об исправности или неисправности усилителя?

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 10:41

Зарегистрирован: 25.12.2013
ЕвгенийП пишет:

Обсуждение дурацкости схемы несколько не в ту сторону — это схема из даташита.

Вы не так поняли. В даташитах совершенно нормальным считается не рисовать те ноги, на которых не акцентируется внимание. Всё, что на этой картинке -относится только к ноге выхода. При подключении О.У. никогда не оставляют входы висящими в воздухе. Считается, что человек, который читает даташит уже знает что делать с этими ногами.

ЕвгенийП пишет:

1. Если я возьму несколько усилителей и буду просто мерять напряжение «выход-земля» (можно и без светодиода) — я буду получать разные значения для разных экземпляров?2. Факт горения или не горения светодиода в этой схеме ничего не говорит, например, об исправности или неисправности усилителя?

Это не штатный режим работы, что будет на выходе так же непредсказуемо как analogRead на неподключенном входе ардуино)

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Втр, 22/09/2015 — 11:46
Зарегистрирован: 25.05.2015
ЕвгенийП пишет:

Duino A.R., я правильно понял Вас, что:

1. Если я возьму несколько усилителей и буду просто мерять напряжение «выход-земля» (можно и без светодиода) — я буду получать разные значения для разных экземпляров?

2. Факт горения или не горения светодиода в этой схеме ничего не говорит, например, об исправности или неисправности усилителя?

1. На выходе классического ОУ при неподключенных входах будет максимальная или минимальная «полка» (зависит от знака смещения конкретного экземпляра) из-за смещения, либо генерация из-за самовозбуждения, либо шум «от края до края» из-за внешних наводок. Ситуация, когда при неподключенных входах на выходе ОУ некое стабильное напряжение, отличное от предельного, говорит, скорее, о неисправности ОУ. 🙂

Конкретные серии ИМС могут «тяготеть» к типовому смещению ввиду особенностей схемотехники и технологии изготовления. В общем случае — заранее неизвестно.

Бывают очень(!) редкие случаи ОУ специального назначения, например, измерительных. Там для высокой точности и термостабильности цепи обратных связей, термостабилизации, автобалансировки нуля, частотной коррекции сформированы на одном кристалле. Готовая ИМС ОУ из коробки имеет коэф. усиления, например 10 (просто десять), зато с точностью в сотые доли процента. «Нормальному» пользвателю о таких случаях можно не заморачиваться.

2. По сути — да. Представьте, что в выходных каскадах ОУ пробиты верхние по схеме транзисторы. Питание на светодиод через гасящий резистор буднет исправно поступать. Светодиод будет светиься.

• Войдите на сайт для отправки комментариев

Регулируемая электронная нагрузка постоянного тока на Arduino

Если вы когда-нибудь работали с батареями (аккумуляторами), импульсными (SMPS) или любыми другими источниками питания у вас наверняка возникала потребность в проверке их работы в различных условиях, то есть под различной нагрузкой. Устройство, которое обычно используется для этих целей, называется нагрузкой постоянного тока (Constant Current DC Load) и позволяет проверить выходной ток вашего источника питания и поддерживать его постоянным до тех пор пока не понадобится изменение условий его работы. В данной статье мы рассмотрим создание регулируемой электронной нагрузки постоянного тока на основе платы Arduino с максимальным входным напряжением 24V и силой тока до 5A. Для этого проекта в компании AllPCB была изготовлена печатная плата. Вы можете изготовить печатную плату, используя необходимые для этого файлы, у любого другого производителя.

Наша регулируемая электронная нагрузка будет работать на основе операционного усилителя и MOSFET транзистора. Управлять всеми процессами в схеме будет плата Arduino Nano.

Схема нашего проекта будет состоять из 3-х частей. Первая часть будет содержать плату Arduino Nano, вторая – цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), а третья часть будет представлять собой чисто аналоговую схему, в которой двойной операционный усилитель (в едином корпусе) будет использоваться для управления секцией нагрузки.

Наша электронная нагрузка будет иметь следующие особенности:

1. Два переключателя для увеличения и уменьшения нагрузки.
2. ЖК дисплей, на котором будет отображаться установленная нагрузка, текущая нагрузка и напряжение нагрузки.
3. Максимальный ток нагрузки — 5A.
4. Максимальное входное напряжение нагрузки — 24V.

Необходимые компоненты

1. Плата Arduino Nano (купить на AliExpress).
2. ЖК дисплей 16х2 (купить на AliExpress).
3. Два разъема (barrel socket).
4. Mosfet irf540n (купить на AliExpress).
5. Цифро-аналоговый преобразователь Mcp4921 (купить на AliExpress).
6. Операционный усилитель Lm358 (купить на AliExpress).
7. Шунтирующий резистор 0,1 Ом 5 Вт (купить на AliExpress).
8. Резистор 1 кОм (купить на AliExpress).
9. Резистор 10 кОм – 6 шт. (купить на AliExpress).
10. Резистор 2 кОм – 2 шт. (купить на AliExpress).
11. Конденсатор 1 мкФ 50В (купить на AliExpress).
12. Теплоотвод (радиатор).

Схема проекта

Схема регулируемой электронной нагрузки постоянного тока на основе платы Arduino представлена на следующем рисунке.

В представленной схеме операционный усилитель имеет 2 секции: одна управляет MOSFET транзистором, а другая усиливает измеряемый ток. Первая секция содержит резисторы R12, R13 и MOSFET. Резистор R12 используется для уменьшения действия нагрузки в цепи обратной связи, а R13 является резистором затвора MOSFET транзистора. Более подробно про работу схемы и назначение ее элементов вы можете посмотреть на видео, приведенном в конце статьи, правда, на английском языке.

Дополнительные два резистора R8 и R9 используются для измерения напряжения, поступающего от источника питания. Исходя из их номиналов по правилу делителя напряжения легко определить что максимальное измеряемое напряжение составит 24V, если напряжение будет больше 24V, то оно может повредить контакт платы Arduino, поскольку на него в этом случае будет поступать напряжение более 5 В.

R7 является нагрузочным резистором, его сопротивление составляет 0,1 Ом и он может рассеивать мощность до 5 Вт. Исходя из формулы для расчета мощности P = I2R он может выдерживать ток до 7A, но в целях безопасности лучше ограничить ток, протекающий через данный резистор, значением 5A. Таким образом, получается что наша регулируемая электронная нагрузка постоянного тока (то есть эквивалент нагрузки) рассчитано на напряжение до 24V и ток до 5A.

Другая секция операционного усилителя работает как обычный усилитель с коэффициентом усиления 6x. При протекании тока через какой либо электронный элемент на нем создается падение напряжения. К примеру, если ток 5A протекает через шунтирующий резистор сопротивлением 0,1 Ом, то в нем по закону Ома (V = I x R) создается падение напряжения 0,5 В. Наш неинвертирующий усилитель усилит это значение в 6 раз, следовательно, на выходе второй секции операционного усилителя будет напряжение 3V. Это напряжение подается на аналоговый контакт платы Arduino Nano, которая измеряет его и на основе этого рассчитывает силу протекающего через шунтирующий резистор тока.

Первая часть операционного усилителя работает как повторитель напряжения и управляет работой MOSFET транзистора, который выступает в роли обратной связи для тока, протекающего через шунтирующий резистор.

MCP4921 представляет собой цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который получает цифровые данные от платы Arduino по протоколу SPI и преобразует их в соответствующие аналоговые значения, которые в нашей схеме подаются на вход операционного усилителя.

Плата Arduino Nano передает цифровые данные ЦАПу MCP4921 по протоколу SPI и, таким образом, производит управление нашей электронной нагрузкой. Также она отображает необходимые данные на экране ЖК дисплея 16×2. Также к плате Arduino Nano подключены две кнопки для увеличения и уменьшения значения нагрузки. Вместо их подключения к цифровым контактам (как обычно) мы их подключили к аналоговым контактам платы Arduino. Поэтому вместо них можно в проекте использовать другие типы переключателей, например, слайдеры или аналоговые энкодеры. Также, при помощи небольших изменений в коде программы можно непосредственным образом подавать «сырые» (необработанные) аналоговые данные (raw analog data) в цепь операционного усилителя для управления нагрузкой. Подключение кнопок к аналоговым контактам также устраняет проблему, связанную с дребезгом их контактов (debounce problem).

Таким образом, в нашей схеме плата Arduino Nano передает данные ЦАПу в цифровой форме, ЦАП преобразует их в аналоговый вид и подает на вход операционного усилителя, который управляет работой MOSFET транзистора. Протекающий через шунтирующий резистор ток создает падение напряжения на нем, которое усиливается вторым каналом микросхемы LM358 и поступает на плату Arduino Nano, которая отображает его значение на экране ЖК дисплея. При помощи кнопок можно увеличивать и уменьшать значение тока через нагрузку.

Изготовление печатной платы для проекта

Спроектированная нами печатная плата для рассматриваемого в данной статье проекта регулируемой электронной нагрузки на основе платы Arduino показана на следующем рисунке.

Скачать Gerber файлы этой печатной платы вы можете по следующей ссылке — Download Adjustable Electronic DC Load Gerber File.

Заказать печатную плату можно, к примеру, на сервисе allpcb.com, или у любого другого изготовителя печатных плат. Процессы заказа и оплаты изготовления печатной платы на сервисе allpcb.com показаны на следующих рисунках.

После изготовления печатная плата пришла авторам проекта вот в такой вот коробке:

Внешний вид пришедшей печатной платы показан на следующем рисунке. Качество изготовления, как видите, хорошее.

После сборки проекта на основе этой печатной платы получился следующий окончательный вид конструкции нашего проекта:

Объяснение программы для Arduino

Полный код программы приведен в конце статьи, здесь же мы кратко рассмотрим его основные фрагменты. Комментарии к коду программы также переведены в конце статьи, в этой части статьи я их оставил без перевода.

Вначале в коде программы мы подключим необходимые библиотеки ( SPI.h и LiquidCrystal.h ). Также установим максимальный логический уровень напряжения, значение сопротивления шунтирующего резистора, определим необходимые контакты.