sábado, 7 de julho de 2012

Montando uma referência de tensão, resistência e (quase) corrente.

Faz tempo que não posto uma montagem minha por aqui, então vamos lá...

Os motivos para ter montado o circuito são estes:

Multimetros
Sei que tem alguém que vai falar que juntando tudo não dá um Fluke, mas paciência...
Então, como vocês podem ver acima eu tenho alguns instrumentos de medição por aqui e gostaria de conferir como anda a precisão deles. O Minipa ET-2060 é meu primeiro múltimetro, comprado há quase vinte anos e é o que mais uso por aqui. O segundo mais usado é o BK Precision 2703C e aquele grandão analógico (Icel SK-550A) fica de plantão praqueles casos onde só um analógico consegue fazer o serviço. Os demais foram salvos de uma reciclagem e não confio muito.

Tem mais um "motivo" (o principal) que chegou esta semana (parte dele está na foto título do blog e ele deve ganhar um post só dele em breve) que também precisará de uma referência de tensão, resistência e corrente. O caso da corrente será discutido ao final do post, existe um problema que eu só fui ver quando terminei a montagem.

A primeira idéia para o circuito era assim:
circuito 1

Um regulador (U1) com uma certa precisão fornece a referência de tensão, R1 seria um resistor com precisão menor ou igual a 1% (Quanto menor melhor, mas mais caro também) e R2 seria para a referência de corrente. No pino 4 de J1 cirularia uma corrente de 5mA quando este fosse ligado ao terra (pino 5). Teríamos então os valores de referência de 5V, 1k Ohms e 5mA com precisão dependendo apenas da tolerância dos três componentes. E o circuito seria alimentado por uma bateria de 9V para, talvez, ficar portátil e livre dos problemas que uma fonte de alimentação ligada a rede elétrica pudesse causar.

Decidido a montar o circuito parti para a busca dos componentes e consegui comprar 10 resistores de 1k de 0.1% de tolerância aqui no Brasil mesmo (Farnell, com direito a datasheet) e o "regulador", que neste caso foi um ADR02A da Analog Devices que é um CI de referência de tensão normalmente usado com conversores AD. Ele fornece uma tensão de 5V com no máximo 10mA e possui tolerância também de 0.1%.

Com os componentes em mãos fiz alguns testes iniciais e cheguei a conclusão que o circuito acima não seria o ideal. Se pegarmos um multímetro comum veremos que ele mostra de 0 a 1999 e se eu colocasse os valores que antes pensei em usar não estaria aproveitando toda a escala, já que o digito mais significativo ("1") não seria mostrado. Pra ficar mais fácil de entender, com 5V o multimetro teria que ser colocado na escala de 20V e mostraria 5.00V no display. Com uma tensão abaixo de 2V (1.5V por exemplo) ele leria 1.500V garantindo uma leitura mais precisa. Redesenhei o circuito, que ficou assim:
circuito 2

O circuito já é a versão final, que foi montada. Ele ainda fornece as referências de 5V, 5mA e 1k Ohms e com as chaves SW2 e SW1 agora dá pra selecionar os valores de 5/3V e 5/3mA (o que dá 1.66666... na leitura). Com o aumento do número dos resistores a precisão de algumas saídas mudou e os valores finais ficaram:

Saída de tensão:
  • 5V com 0.1% de tolerância (padrão do CI U1);
  • 5/3V (1.666... V) com 0.23% de tolerância (por causa da tolerância dos resistores R3, R4 e R5 do circuito de divisão);
Saída de corrente:
  • 5mA com 0.2% de tolerância (Tolerância do CI + tolerância do resistor R2)
  • 5/3mA com 0.2% de tolerância  (Tolerância do CI + tolerância dos resistores R6, R7 e R8 (tolerância de resistores em série é a mesma independente da quantidade, para resistores com tolerâncias iguais))
  • Existe um problema com a saída de corrente que será detalhada ao final do post.
Saídas RX:
  • 1k Ohms com 0.1% (Tolerância do resistor R9).

A montagem não foi tão dificil e foi feita em placa padrão mesmo. Só o CI ADR02A que precisou de uma placa adaptadora SMD:

Montagem final do circuito
A frente está torta por causa de um erro de cálculo... hehe
Eu pensei em usar uma caixa de metal, mas só tinha esta de plástico disponível. O painelzinho ficou assim:

Painel do aparelho

Imprimi o painel em uma folha de revista e passei o ferro de passar roupa para ver se dava certo. Quase deu certo, mas foi uma idéia idiota e não vou fazer mais isso...

Agora aos resultados, medidos com o Minipa:

Tensão:
Teste de tensão no Minipa

Corrente:
Teste de corrente no Minipa

 Resistência:
Teste de corrente no Minipa

Agora o B&K:
Tensão:
Teste de tensão - Multimetro BK

 Corrente:
Teste de corrente - Multimetro BK

 Resistência:
Teste de resistência - Multimetro BK

Pelas fotos dá pra ver que o BK mediu o resistor com erro de aproximadamente 3% o que está bem acima dos 1% para esta escala (dados do manual do multimetro). O Minipa mediu corretamente, o que me deixou em dúvidas sobre o resistor, afinal o Minipa tem mais de 20 anos e o BK não tem nem um ano de uso. Testei com mais resistores de precisão e realmente o BK está fora das especificações. Viram? O circuitinho já serviu pra alguma coisa, descobri que meu BK tem um probleminha.

As medidas de tensão ficaram dentro das especificações dos manuais (sim, eu ainda tenho o manual do Minipa, não costumo jogar fora os manuais de nenhum equipamento).

O Caso da corrente:
Em ambos os testes a corrente ficou fora do especificado. A questão é que deixei passar algo importante no circuito: Multimetros medem corrente de forma indireta, através da tensão sobre um resistor de valor conhecido. Nos casos acima, na escala de 2mA o múltimetro coloca uma resistência de 100 Ohms em série com o circuito e mede a tensão sobre ele. Assim no meu circuito o valor da corrente tem que ser reavalido por causa do efeito deste resistor. Em fábrica a leitura é calibrada com uma fonte de corrente constante. Isso me fez pensar que toda vez que você mede a corrente em um circuito a medida contém um erro já que não é a corrente "real " que flui normalmente no local medido. A corrente ali é alterada por causa do resistor interno do múltimetro.

É possível montar um circuito com uma precisão maior?
Esta foi outra pergunta que fiz enquanto montava o aparelho. E sim, é possível fazer um circuito com uma precisão bem maior. Só depende do quanto você pode gastar. No Ebay aparece de vez em quando resistores de 0.05% e até de 0.01%. Você pode encontrar resistores assim na Digikey e na Mouser também, mas os preços são bem salgados. Quanto aos CI´s de referência existem vários com precisão de até 0.01% como o AD588.

4 comentários:

  1. Voyager, gostei desse Icel SK-550A. Eu uso em 99% do tempo, multímetro analógico, acho mais prático pra manutenção (do tipo que faço) do que os digitais. Vou ver se ainda acho um desses pra comprar! O meu analógico vagabundo aqui tá pedindo água já, devo ter remendado o danado por umas 5 vezes já. eheh

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2. Comentários fora do assunto do post podem ser apagados.
3. Não, eu não posso consertar os seus aparelhos!

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