Amperometro per alimentatore da 13.8V

[rodolfok]

Buongiorno a tutti,

ho realizzato un alimentatore da 13.8V da utilizzare per una ricetrasmittente, modificando un alimentatore per PC.

Ho voluto dotarlo di un voltmetro/amperometro e a tale scopo ho riciclato il galvanometro di un piccolo multimetro analogico.

Avevo a disposizione uno shunt da 20A/75mV, ma la sensibilità del galvanometro non è adatta (195μA/152mV, res. interna 780Ω ca.), per cui ho pensato di estendere il range per arrivare a 10A fondo scala e per farlo ho utilizzato un operazionale LM358 in modo da amplificare di quattro volte la tensione sullo shunt.

Il circuito utilizzato è schematizzato nella figura qui sotto:

R1=76.15kΩ

R2=52.4kΩ

R3=32.9kΩ

Rs=shunt 20A/75mV

S1=doppio deviatore

"+" e "-" sono le boccole d'uscita dell'alimentatore

"A" è il galvanometro

L'operazionale è un LM358N, configurato in modalità non invertente e alimentato a tensione singola con la tensione erogata dall'alimentatore stesso (cioè ca. 13.9V a vuoto).

Per determinare R2 e R1 ho fatto un test su breadboard, e con R2=99kΩ, R3=32.9kΩ (valori misurati) ho ottenuto la moltiplicazione desiderata.

Tramite l'interruttore S1 ottengo la commutazione voltmetro/amperometro, con R1=76.15kΩ, tarata con un trimmer in serie, voltmetro 15V fondo scala.

Il test su breadboard dava il risultato atteso, alora ho montato il circuito su millefori e ho constatato il seguente comportamento:

- l'amplificazione dell'operazionale è molto più alta, ca. 6.5x, ho quindi determinato il nuovo valore di R2 con un potenziometro, misurando poi la resistenza che ho sostituito con ca. 52.4kΩ

- provando la ricetrasmittente in UHF l'amperometro pare segnare correttamente la corrente erogata, arrivando a ca. 6.5A alla potenza massima (50W)

- in modalità voltmetro l'ago del galvanometro praticamente non si muove (anche con la potenza di cui sopra)

- ecco la cosa più strana: in VHF succede che l'ago del galvanometro si muove in direzione opposta, come a segnare una corrente inversa (in modalità voltmetro la tensione invece è ok), per cui ritengo ci sia un errore nel circuito di amplificazione, ma al momento (cioè senza ulteriori test fatti, tipo misurare con un multimetro la corrente/tensione, allontanare la radio dall'alimentatore ecc.) non so come valutare il fenomeno.

Dove ho sbagliato e/o come si spiega tale comportamento?

 

ciao e grazie

rodolfo

[Adelino Rossi]

Visto che hai usato componenti elettronici discreti, non sarà che vengono influenzati dal campo elettromagnetico VHF?

Agli albori del mio lavoro, ho avuto l'onore di mandare in blocco una centrale termoelettrica con le radio nuove aziendali utilizzate vicino ad un quadro di controllo zeppo di elettronica.

Allora erano le classiche radio cb da 27mhz 5w.  

[rodolfok]

Avevo pensato a questa eventualità, farò delle prove cominciando dal distanziare l'alimentatore dalla radio. Questo potrebbe spiegare la deviazione dell'ago in senso opposto.

Non mi spiego però il guadagno eccessivo dell'operazionale a circuito montato, perché la taratura del guadagno l'ho fatta utilizzando come carico una lampadina 12V/28W, con una corrente di 2.5A circa.

[gabri-z]

Chiedo scusa ma non capisco dove è collegato il terminale GND/massa. 

Comunque, in modalità amperòmetro, il galvanometro è collegato in modo che misuri una corrente "negativa", mentre passando in mod. voltmetro, è costretto a misurare una corrente positiva. 

 

Potrei sbagliare ma se mettessi lo schema completo dei collegamenti si potrebbe ragionare un pochino più facile. 

[rodolfok]

Il terminale massa è la massa dell'alimentatore, che è collegata alla carcassa metallica.

Il galvanometro ha il terminale positivo a sinistra, quindi mi pare collegato correttamente in entrambe le modalità: quando funziona da amperometro il positivo è l'uscita dell'operazionale, quando funziona da voltmetro il positivo è la boccola "+", quindi la corrente scorre da sinistra a destra in entrambi i casi.

In pratica i terminali positivo e negativo del galvanometro sono collegati ai due centrali del deviatore S1, e S1a fa deviare il riferimento negativo tra massa (amperometro, quindi tensione ai capi dello shunt, amplificata) e boccola "-" (voltmetro, tensione tra "+" e "-", sottratta la caduta su R1).

[gabri-z]

E la massa del alimentatore è collegata anche al negativo? Se no, a che potenziale si trova? 

Qualcosa non quadra, metti uno schemino del insieme. 

[rodolfok]

Allego uno schema che forse è un poco più chiaro. La massa è quella della PSU-ATX originale, che è il riferimento a 0V, ed è collegata anche alla carcassa.

Nel frattempo ho provato ad allontanare l'alimentatore dalla radio (ca. 1m, l'antenna è comunque più distante) ma il problema rimane.

 

[Livio Orsini]

Dallo schema che hai messo, la tensione ai capi dello shunt è positiva rispetto allo zero volt.

L'anplificazione è in configurazione invertente pertanto all'aumentare della cdt sul resistore di shunt la tensione in uscita dell'amplificatore diminuisce.

Lo strumento ha il polo negativo connesso allo zero volt, mentre il polo positivo è connesso all'uscita dell'amplificatore, quindi si avrà una deviazione dell'indice vero lo zero.

[ilguargua]

19 ore fa, rodolfok scrisse:

Avevo pensato a questa eventualità, farò delle prove cominciando dal distanziare l'alimentatore dalla radio.

Prova anche a metter in serie all'uscita una bobina di qualche spira avvolta su nucleo o toroide di ferrite, dovrebbe bloccare il rientro dell RF sull'alimentatore.

 

 

Ciao, Ale.

[rodolfok]

1 ora fa, Livio Orsini scrisse:

L'anplificazione è in configurazione invertente

L'operazionale non è in configurazione non invertente?

 

7 minuti fa, ilguargua scrisse:

Prova anche a metter in serie all'uscita una bobina di qualche spira avvolta su nucleo o toroide di ferrite, dovrebbe bloccare il rientro dell RF sull'alimentatore.

Entrambe le uscite sono avvolte su un toroide, visibile a destra nella foto. Dato quello che avevo non sono riuscito a fare più di tre spire mi pare; i fili sono quattro per ramo, quelli originali. Ora che guardo con più attenzione però vedo che le spire del negativo sono a monte dello shunt (ho tagliato i fili in un secondo momento per inserire lo shunt); non è che vanno messe appena dopo la boccola?

 

[ilguargua]

1 ora fa, rodolfok scrisse:

non è che vanno messe appena dopo la boccola?

Concettualmente credo di si, fai una prova e facci sapere.

 

Ciao, Ale.

[Livio Orsini]

3 ore fa, rodolfok scrisse:

L'operazionale non è in configurazione non invertente?

Perbacco devo proprio sostituire gli occhiali! Come ho fatto a scambiare il "-" con il "+" però non è solo causa di diotrie insufficienti, chissà a cosa stavo pensando. Tiprego di scusarmi.

 

Da quello che ho letto è probabile che ci sia un rientro nell'amplificatore.

Le alimentazioni dell'operazionale sono filtrate?

Mi soiego meglio. In questi casi sarebbe opportuno inserire il più vicino possibile al reoforo di alimentazione una cpacità ceramica da circa 0.1,µF verso lo zero, un'induttore da circa 220µHy in serie all'alimentazione con un'altra capacità ceramica verso lo zero. I valori indicati non sono critici. Le celle devono essere 2: una sul positivo e l'altra sul negativo.

[max.bocca]

Dipende anche dalle piste come sono disposte. Sai quante cose ho fatto negli anni 80 che utilizzavo nelle radio private che avevano problema di rientro RF? Non immagi, VK 200 condensatore ceramici passanti, schermature a singoli stadi... Poi ..... trovavi la soluzione.

[rodolfok]

23 minuti fa, Livio Orsini scrisse:

Perbacco devo proprio sostituire gli occhiali! Come ho fatto a scambiare il "-" con il "+" però non è solo causa di diotrie insufficienti, chissà a cosa stavo pensando. Tiprego di scusarmi.

Ma figurati! Scusami tu di aver magari dubitato che non avessi visto male...

 

24 minuti fa, Livio Orsini scrisse:

Le alimentazioni dell'operazionale sono filtrate?

Mi soiego meglio. In questi casi sarebbe opportuno inserire il più vicino possibile al reoforo di alimentazione una cpacità ceramica da circa 0.1,µF verso lo zero, un'induttore da circa 220µHy in serie all'alimentazione con un'altra capacità ceramica verso lo zero. I valori indicati non sono critici. Le celle devono essere 2: una sul positivo e l'altra sul negativo.

In pratica intendi un filtro a pi greco alle alimentazioni dell'operazionale?

Dato che è alimentato a tensione singola, sbaglio o ne basta una sul positivo?

[rodolfok]

Ho avvolto quattro spire della linea negativa su una piccola ferrite, molto vicino alla boccola d'uscita. Il filo usato è da 1.5mm² e il tratto disponibile (ero troppo pigro stasera per dissaldare e sostituire il filo) mi ha consentito di avvolgerne solo quattro, in ogni caso la situazione è molto migliorata, l'ago dello strumento si muove ora correttamente, ma non segna ancora la corrente esatta (verificata con un multimetro in serie) per cui più avanti proverò con una ferrite di maggiori dimensioni e avvolgerò più spire. Questo per quanto riguarda le VHF.

In UHF lo strumento conferma la taratura corretta e l'ago indica la stessa corrente che segna il multimetro.

Grazie ilguargua per il suggerimento che mi ha fatto scoprire che l'avvoglimento originale era inefficace, perché posizionato troppo lontano.

In seconda battuta se necessario proverò a seguire anche il consiglio di Livio, grazie.

 

[Livio Orsini]

15 ore fa, rodolfok scrisse:

Dato che è alimentato a tensione singola, sbaglio o ne basta una sul positivo?

 

Forse non ti influenza la misura ma hai un paio di volt di zona morta, da zero a circa +2V. Se l'ampli fosse un rail to rail sarebbero solo 500mV circa, ma comunque avresti una zona di non linearità.

 

Si intendo proprio un pi greco. Se non hai induttori puoi anche provare con resistori di basso valore, visto che la corrente di alimentazione sarà dell'ordine di qualche mA. Io spesso metto 2 celle in serie usando resistori da 47 ohm.

Anche dalle ultime prove che hai fatto c'è la conferma che si tratta di rientri. Potrebbe anche essere necessario filtrare gli ingressi. A te serve una misura in continua, quindi mettere un tantalio da 4.7 µF (valore non critico) in parallelo allo shunt e uno 0.33 µF in parallelo a R3 anche se rallenta un poco la risposta non fa che bene.

[rodolfok]

2 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Forse non ti influenza la misura ma hai un paio di volt di zona morta, da zero a circa +2V. Se l'ampli fosse un rail to rail sarebbero solo 500mV circa, ma comunque avresti una zona di non linearità.

All'interno dell'alimentatore ho la disponibilità della linea a -12V, che in seguito alla modifica per portare la tensione a 13.8V ora non è più -12V ma è intorno ai -13V.

Pensi che sia meglio usare questa tensione per alimentare l'operazionale in tensione duale, anche se le due tensioni non sono identiche in valore assoluto?

 

2 ore fa, Livio Orsini scrisse:

continua, quindi mettere un tantalio da 4.7 µF (valore non critico) in parallelo allo shunt e uno 0.33 µF in parallelo a R3 anche se rallenta un poco la risposta non fa che bene.

Che vantaggio da il tantalio?

[Livio Orsini]

Per fare un alimentazione duale, se non devi avere escursioni in negativo del segnale di uscita, basta alimentare da -3V circa in poi.

L'eguaglianza delle tensioni non è importante; l'importante è che la somma delle tensioni non ecceda il massimo valore di tensione di alimentazione, valore che se ricordo bene è 30V.

 

38 minuti fa, rodolfok scrisse:

Che vantaggio da il tantalio?

 

Gli elettrolitici al tantalio hanno meno induttanza parassita rispetto ai tradizionali in alluminio, quindi filtrano meglio le frequenze elevate,

Magari potresti usare un 4.7 µF - >=5 V, con in parallelo un ceramico multilayer da 0.47 µF.

[rodolfok]

Ho rifatto il cablaggio in uscita, usando un toroide in ferrite più grande a monte dello shunt; la situazione è migliorata in quanto l'ago ora si spota sempre nella direzione corretta, ma da un errore di lettura via via crescente al diminuire della frequenza (es. da 146MHz --> 137MHz).

Ho provato anche due diversi condensatori al tantalio, li ho da 1uF e 10uF, ma la situazione non migliora. Credo dipenda principalmente dal filtraggio del rientro, ma non ho trovato il modo di calcolare l'induttanza da usare, in base alle dimensioni del toroide e al numero di spire, tranne questo sito (http://toroids.info/T94-6.php).

[Mauro Dalseno]

Rodolfo, prova a guardare il filtraggio di questo RTX sull'alimentazione...

 

[sx3me]

io sarei curioso di sapere cosa ci colleghi, e a sua volta che antenna usi...??

[rodolfok]

il 21/10/2018 at 03:50 , sx3me scrisse:

io sarei curioso di sapere cosa ci colleghi, e a sua volta che antenna usi...??

Ci collego uno Yaesu FT7800 e uso un dipolo autocostruito.

Per il momento pare funzionare bene, ma non ho avuto ancora l'occasione di fare un collegamento per verificarlo.

Ho però aggiunto una ventola da 12V che alimento a ca. 7.5V, perché anche in stand-by (ca. 250-300mA) scaldava un po'.

[sx3me]

3 ore fa, rodolfok scrisse:

uso un dipolo autocostruito

questo è il problema... hai messo un bal-un?

[rodolfok]

59 minuti fa, sx3me scrisse:

questo è il problema... hai messo un bal-un?

No, nessun bal-un.

Intendi il problema del rientro RF?

[sx3me]

e certamente, un dipolo è bilanciato, mentre il coassiale è sbilanciato, se non usi un bal-un, o simmetrizzatore, la calza ti diventa parte radiante... 

è già assai che non ti è scoppiato niente 

 

poi, tra parentesi, un dipolo in V/U non ha senso, irradia in orizzontale, mentre vanno tutti in verticale!