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Sensor de corrente não invasivo


Ir à solução Resolvido por Sérgio Lembo,

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Pessoal, a tensão sobre a carga é de 5vcc. A corrente que ela pede à fonte varia entre 1mA e 20mA, mas pode chegar a 120mA. 20mA é o suficiente para dizer que a carga está ativa...

 

Andei vendo uns sensores de corrente não invasivos que a turma do Arduíno costuma usar mas não só são caros como são trambolhões. E se entendi direito, servem para corrente alternada.

 

Encontrei também uns sensores de corrente que trabalham com corrente contínua mas também são caros, grandes e, se entendi direito, botam na saída algo como 66 to 185 mV/A, ou seja, para 20mA daria para ter na saída ínfimos 1,32mV (ou 3,7mV, no máximo).

 

Será que dá para fazer algo como duas bobinas enroladas uma sobre a outra de forma que uma delas leva a energia à carga e a outra poderia ser ligada a um amplificador operacional, por exemplo, para apontar a corrente que está indo para a carga? Ou talvez enrolando o cabo que alimenta a carga no encapsulamento de um sensor hall 49E (abaixo)?

 

hall_sensor_49e_automalabs.com_.br_.jpg

 

Cheguei a pensar em enrolar um fino foi de cobre em torno do cabo de alimentação encapado e medir a tensão sobre esse fiozinho... talvez sobre uma extensão de uns 2 ou 3cm do cabo... ou usando um fio de cobre não tão fino...

 

Será que dá para fazer algo com essas ideias?

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56 minutos atrás, rmlazzari58 disse:

Andei vendo uns sensores de corrente não invasivos que a turma do Arduíno costuma usar mas não só são caros como são trambolhões.

 

Melhor seria se fosse o caso de "copiá-los" numa escala menor, mas parece que você precisa de mais precisão e essa escala talvez fique inversa. Não pensei muito. Sugiro que levantem esquemas dos módulos comerciais, para "adaptá-los". Estou sem tempo para isso hoje.

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14 horas atrás, rmlazzari58 disse:

algo como duas bobinas enroladas uma sobre a outra de forma que uma delas leva a energia à carga e a outra poderia ser ligada a um amplificador operacional, por exemplo, para apontar a corrente que está indo para a carga?

Sim.. esta é a essência de um tc (clique)

Figura%20TC%201.jpg

Pra saída virar dc, você pode amplificá-la e aplicá-la num retificador ideal com ampop (clique também)

algo como...

applications-of-op-amp_15.png

Filtre a saída com capacitor e terás o pico dc proporcional à corrente (pra onda senoidal)

 

De fato já fiz algo como isso com sucesso 😁. De fato.. tá vendo aquele 1º circuito? O trafinho era um de ferrite de filtro de linha.  Imagine aquele primario em paralelo com o shunt: uns 5cm de um fio 10mm. A saída apliquei a técnica abaixo e consegui medir com precisão uns 100A ac (senoidal). Era o recurso que tinha ao alcance das mãos. Hoje em dia eu cogitaria (cogitei e usei) um acs712 e afins

 

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Vamos ao desafio:

- qual velocidade de resposta é necessária?

- pode haver queda de tensão no circuito com uso de shunt? Se sim, qual o valor máximo de queda?

- se o shunt for inaceitável o quanto está disposto a gastar para ler corrente tão baixa?

 

Para um shunt de 1R terá 1mV/mA e um operacional comum dá conta

Para um shunt de 0,1R ou menor terá <100uV/mA. Tem o operacional especializado da Texas conhecido como INA. Possui um baixíssimo offset, elevado ganho e foi construido para essa aplicação. No datasheet dele já tem toda a orientação de como polarizá-lo. Nem chega a ser muito caro mas a velocidade de resposta dos operacionais de precisão é baixa. Verifique se o tempo de resposta te atende.

Sem o uso de shunt, vulgo não invasivo, o bolso vai sentir. Vai entrar na construção de um alicate amperímetro CC. A teoria é simples mas a construção nem tanto. É necessário um aro de ferro e que se enrole uma bobina nele. A bobina deve estar ligada numa fonte AC e sua corrente monitorada. A corrente lida será a resultante das características da frequência, da bobina e do aro. A passagem de uma corrente DC dentro do núcleo de ferro altera a característica magnética dele e influencia a corrente AC imposta sobre a bobina. Quanto maior for a corrente DC maior será a corrente sobre a bobina. É essa variação que terá que ler e interpretar.

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O projeto é de um pequeno aparelho de som, baseado num player que toca FM, bluetooth, música gravada em pendrive (USB) e ainda tem uma entrada auxiliar, via um jack P2.

 

O player e o amplificador usam 5vcc.

 

Quando o player é desligado pelo controle remoto, seu consumo é de 9mA. Quando liga, o consumo começa em 20mA mas chega a 120mA, um pouco mais, nos modos FM e USB.

 

O amplificador, sem receber sinal, pede 15mA. Com sinal, vai depender do volume enviado pelo player. Já medi algo em torno de 1,2A, com volume totalmente aberto e música "barulhenta".

 

Esses 15mA que o amplificador pede quando quiescente é pouquinho mas como a ideia é alimentar tudo com bateria, se puder cortar a corrente para ele quando a corrente para o player for, digamos, abaixo de 15mA, seria bom.

 

Assim, vamos lá:

 

2 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

qual velocidade de resposta é necessária?

Não tem pressa. Depois de acionado o player, pode levar 1, 2 segundos até ligar o amplificador. O mesmo na hora de desligar.

 

2 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

pode haver queda de tensão no circuito com uso de shunt? Se sim, qual o valor máximo de queda?

Pode. Fiz um teste como curiosidade e até 4,2v o player tocou perfeitamente. Não testei abaixo disso porque não achei razoável...

 

Já o amplificador, com 4,2v, distorce bem, dá umas falhadas... não fica bom.

 

Como disse, a alimentação do circuito todo será por baterias 18650, que ficam com 4,2v quando totalmente carregadas mas que trabalham, a maior parte do tempo, com 3,7v. Por isso tem um step-up entre a bateria e o circuito, para elevar a tensão para 5v.

 

Como a saída desse step-up é ajustável, caso haja perda importante pelo circuito todo, dá para aumentar a tensão em sua saída. Não muito, porque nos intervalos entre uma música e outra, ou seja, com sinal mínimo, a tensão no circuito sobe. Mas até uns 10% (5,5v), acho que dá.

 

2 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

se o shunt for inaceitável o quanto está disposto a gastar para ler corrente tão baixa?

Acho que dá para tentar ajustar o circuito todo com o shunt. Mas se não der, não sei... dá para gastar o necessário, acho, o razoável para um brinquedo que certamente acabará com algum amigo, como presente...

 

Para trabalhar a - realmente - baixa corrente, tô pensando em usar um 358 ou um 393. Pensei em usar um 741, para corrigir o offset, mas a tensão que tem no circuito é pouca para ele. Também pensei em amplificar a tensão do shunt em etapas, para os offsets irem ficando desimportantes aos poucos. Se usar dois 358 ou 393, dá para amplificar em 3 etapas e usar o quarto ampop para comparar... será que funciona?

 

Em último caso posso botar uma chave simples que desconecta a bateria de tudo. Não seria o ideal porque esse player não tem memória para volume. É até curioso: tem memória para as estações de rádio, para a última estação de rádio sintonizada, para a última música tocada via USB (é até chato porque, se você interrompe a música no meio, quando volta a inserir o pendrive, ele começa a tocar a partir do trecho da música em que foi interrompida), mas não guarda o último volume. Sempre inicia, na energização, no volume máximo. Já quando desativado pelo controle remoto, sem que se lhe tire a alimentação, ele guarda tudo, inclusive o volume... Por isso é que eu queria usar essa desativação para cortar a amplificação e assim poupar bateria.

 

Já desconectar apenas o amplificador nessa chave, ora... e fica o display do player aceso? E para saber se o amplificador está desligado faz como? Se puser um LED de espera (stand-by), pronto: aí se vão uns belos 20mA...

 

 

 

O esquema que estou pensando é esse:

 

UYWBYrb.jpg

Multímetros não são precisos para medir resistência, Sérgio. Mas usando a lei de Ohm, verifiquei que o melhor resistor de 1ohm que tenho aqui tem aproximadamente 0,73ohm frio, chegando a .82, .83ohm depois de um tempo.

 

De toda forma, tem um trimpot ali, na parte de cima do divisor resistivo usado para comparação. Quem sabe se dá para ir ajustando esse trimpot em conjunto com o trimpot do step-up até achar um ponto de equilíbrio?

 

Fiz um shunt de acordo com o vídeo que nosso colega @alexandre.mbm trouxe, acima, e consegui 1ohm. Mas a resistência ficou instável pela temperatura. Lembre-se de que música não é nada linear em consumo, e que a tensão no circuito todo cai quando o volume aumenta ou nos graves mais fortes...

 

Bom... é isso. Que você acha?

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Quando se consegue simplificar fica melhor. Por acaso seu player possui display com luz de fundo que desliga quando em off? Se positivo, o simples monitoramento dessa luz resolve o caso com 1 ou 2 transistores mais o mosfet. Caso a luz de fundo trabalhe com 5V dá para liga-la diretamente no gate do mosfet via resistor de 470R

 

Sobre o seu desenho, 2 erros:

- a entrada invertida tem que ir ao shunt através do resistor de 1k.

- a saída do operacional não inversor é = tensão da entrada não inversora mais o ganho. Como a entrada não inversora está nos 5V, a saída calculada ficará acima dos 5V. Com o operacional sendo alimentado por 5V... sem chance.

O mesmo desenho com a primeira correção acima e com o shunt no GND funciona mas tem uma coisa que me incomoda: o consumo do primeiro estágio é constante para qualquer volume? Se não, o shunt vai provocar distorção.

Sobre a seleção do componente: prefiro trabalhar com comparador para essa aplicação. Se o consumo em off é 9mA e vai pra 20mA quando liga um set de comparação em 15mA = 15mV resolve. Admitindo um off-set de até 5mA no comparador, com um ganho de 100x o setup do segundo estágio ficará entre 1 e 2V. Nos comparadores a saída é um coletor aberto, coloque um resistor pull up de 10K na saída do primeiro estágio. Então a saída amplificada vai para a entrada inversora e o setup na não inversora. Isso fará que o consumo de 20mA coloque a saída em zero Volt. Ligue essa saída na base de um PNP com 10k de resistor, o emissor nos 5V e o coletor no mosfet 44N. A descarga do mosfet pode ser feita por um resistor de 10K.

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9 horas atrás, rmlazzari58 disse:

mas chega a 120mA, um pouco mais,

No meu pontinho de vista, esta corrente é baixa demais pro título do tópico mas enfim.. cada mania com seu lôcô..(!)

 

11 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

operacional especializado da Texas conhecido como INA

No meu dito cujo acima fiz com lm324 mesmo. Usei ferro de soldar pra aquecê-lo e limpa contato pra congelá-lo : a  estabilidade ficou além da expectativa da entrada de projeto.

 

1 hora atrás, Sérgio Lembo disse:

seleção do componente: prefiro trabalhar com comparador para essa aplicação

Quando o amigo menciona comparador, direciona o projeto por outras veredas: passa a não ser amperímetro e sim algum sistema de monitoramento ou segurança o que torna + simples. Assim sendo, as dicas que [me] leu são ligeiramente inúteis.

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4 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Por acaso seu player possui display com luz de fundo que desliga quando em off?

Infelizmente não.

 

É bem curioso: no display total há 6 símbolos que podem estar ligados ou desligados (play, pause, USB, SD, FM e MP3) além de 4 "sub-displays" de 7 segmentos cada (28 segmentos, portanto) e um "dois pontos" entre o 2o. e o 3o. sub-displays. Além de números, esses displays formam letras, também (USB, AUX e BLUETOOTH). Para completar podem ficar acesos, apagados ou piscando. E, pasme, há apenas 7 terminais para conectar esse display total na placa, em nenhum deles há nem Vcc nem GND. E mesmo com o display geral todo apagado, quando o player é desligado pelo controle remoto, há tensão em todos eles, variando entre 0,85v e 1,75v.

 

É algo parecido com esses aqui

ZJtD1AZ.jpg

 

Olha lá os 7 terminais...

ryac5qH.jpg

 

4 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Sobre o seu desenho, 2 erros:

- a entrada invertida tem que ir ao shunt através do resistor de 1k.

- a saída do operacional não inversor é = tensão da entrada não inversora mais o ganho.

Ops! Grato, corrigirei e trago para dar uma conferida.

 

4 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

o consumo do primeiro estágio é constante para qualquer volume?

Sim. Pelo menos com o amperímetro que uso, amador, o volume não altera o consumo. O que altera o consumo de player é o modo de operação:

 

AUX: 20mA

Bluetooth: oscila mas sem estar pareado com nada chega a 120mA, pareou, fica um pouco mais estável nuns 100mA

FM: também oscila mas fica sempre perto desses 120mA

USB: fica perto de uns 160mA

 

5 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

prefiro trabalhar com comparador

Apenas comparador, sem ser ampop, é isso? Poderia indicar algum, Sérgio?

 

 

15 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

Tem o operacional especializado da Texas conhecido como INA.

Andei xeretando os INA, que pelo que entendi, é voltado para sensor de corrente, mesmo. Para vender tem até smd aplicado numa plaquinha, para selecionar ganho, etc... E tem SOIC também. Achei nos ML da vida por uns R$ 30,00, e na China, por uns R$ 7,00 antes do frete. Mas vamos ver se dá para usar esses que tenho aqui, 393 e 358...

 

3 horas atrás, .if disse:

No meu pontinho de vista, esta corrente é baixa demais pro título do tópico

Pois é, rs... e eu pensando que bastava enrolar um fiozinho de cobre no positivo da alimentação do player. O que seria da vida sem a experiência prática dos mestres, né?

 

3 horas atrás, .if disse:

fiz com lm324 mesmo. Usei ferro de soldar pra aquecê-lo e limpa contato pra congelá-lo : a  estabilidade ficou além da expectativa da entrada de projeto.

Hein? Você deu uma têmpera no chip, é isso? E bastou fazer uma única vez?

O legal do 324 é que nele já tem 4 amplificadores/comparadores. Por outro lado, tem bastantes 358 e 393 aqui... Quem sabe dá para usá-los?

 

 

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4 horas atrás, .if disse:

Se não foi sarcasmo

Desconfiança, rs... não, não foi. Realmente fiquei curioso.

 

Agora, tava lembrando... tem uns transistores darlington aqui, BC517, que comprei por curiosidade e espanto pelo hFE: 30.000!

 

7tCOdO1.png

OZdB95w.png

 

Que tal botar um desses com a base entre o shunt e a carga (o player), o emissor no gnd e o coletor no 5vcc? A saída ficaria em um tipo de derivação a partir do emissor... Essa saída iria para a inversora do 393, na não inversora poria vcc... ou algo assim.

 

Será que é viável?

Esse step-up, @alexandre.mbm, MT3608, é bem estável na saída. Uma vez coloquei 1000uF ali, na saída, e... bem, não sei se melhorou porque, na verdade, já estava bastante estável lá na ponta, na carga. Mas o que mais poderia colocar ali para estabilizar, cravar 5v até para a comparação ficar menos sujeita a falhas?

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Ola pessoal

 

Eu estava acompanhando esse tópico e também vou dar minha contribuição.

Na verdade é apenas a soma do que todos já disseram, 

 

Um shunt ,  um comparador de tensão  com a referência da corrente desejada ( por um divisor de tensão ) para o corte do segundo circuito , um transistor sendo ativado/desativado quando cruzar a barreira dos 15~16 mA .

 

Fiz a simulação e como tinha os componentes aqui espalhei na bancada e funcionou.

 

No grafico  aparece uma lâmpada  como sendo o player  e o LED como sendo o amplificador que  nosso amigo deseja desligar .

 

O Led  permanece aceso enquanto o player estiver com corrente acima de 16 mA .

 

 

lazzari-16ma.jpg

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Grato, @Tito Fisher!

 

Ajudou muito, especialmente nos fundamentos. Eu estava entendendo errado... Amanhã mesmo vou tentar montar, trago aqui o resultado.

 

E fiquei com algumas dúvidas, desculpe se são muito primárias mas... a carga não precisaria ficar no coletor do transistor? E será poderia substituir o 547 por um BD135 ou um TIP122, por exemplo? É que o que está no lugar do led no seu circuito - o módulo amplificador - pode consumir até uns... sei lá, uns 1,2A? E se em vez de um BJT, ali fosse um mosfet, como o IRFZ44, para evitar aquecimento...

 

Mais uma vez, muito obrigado!

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Ola Sr @rmlazzari58

 

54 minutos atrás, rmlazzari58 disse:

a carga não precisaria ficar no coletor do transistor?

 

Sim, é uma regra geral que se usa quando o transistor opera como chave em malhas de tensões diferentes, e na prática tornou-se padrão, porém aqui para fins de exemplo da aplicação  do comparador eu não atentei para o posicionamento da carga, repare que nem calculei resistor para o led .

 

1 hora atrás, rmlazzari58 disse:

E será poderia substituir o 547 por um BD135 ou um TIP122, por exemplo?

 

 

Correto também, eu usei o BC547 somente como transistor genérico,  voce pode  ( e deve ) usar um transistor que trabalhe com folga no quesito corrente da carga.

 

Um mosfet  cairia bem, sem dúvida .É que minha intenção foi tão somente ilustrar a ligação dos componentes para validar a funcionalidade da proposta .

 

'_'

 

 

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  • Solução

LM393 é um comparador dual, perfeito para o projeto.

O primeiro estágio utiliza resistores altos. É bom para economizar bateria mas pode ficar instável devido a ruídos. C1 entra para matar os ruídos. Pode ser um capacitor de valor mais elevado. O retardo provocado em segundos é R2 x C1. Então pode usar um valor alto. Respeite a polaridade.

Seu comparador se for de boa marca possui um erro de leitura típico de 1mV podendo chegar a 5mV. O set up do segundo comparador é para 15mA no shunt que resultará entre 1V e 2V na saída do primeiro estágio com o ideal em 1,515V. Então, mesmo que o erro de off-set esteja próximo do máximo a referência utilizada dará conta nos poupando de um trimpot cheio de maus contatos.

 

Schematic_New Projec4_2022-04-30.png

Pode elevar o valor do resistor R4 para até 100K se quiser economizar mais um pouco de bateria.

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O único sensor hi-side que conheço é o INA. É complicado ler tensões coincidentes com o VCC do amplificador.

Acredito, mas posso estar errado, que esse primeiro estágio já entregue sinal nível lógico para o amplificador que certamente é Classe D. Nesse caso, 120mV de elevação no GND virtual do primeiro estágio (a pior situação com consumo de 120mA) serão aceitáveis. Caso a passagem seja analógica, entre os estágios sempre há um capacitor de desacoplamento que elimina essa diferença.

Quer partir para o INA?

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De fato o sinal do player para o amp é analógico, um foninho toca - ainda que bem baixo - o que sai desse player. E de fato há um capacitor na entrada do amplificador, sem especificação de valor mas está lá...

 

kR8487K.jpg

 

Acho que dá para conectar a alimentação GND do 393 junto com o divisor resistivo diretamente lá atrás, na fonte e com um cabo exclusivo para esses dois, o mais longe possível do GND do sinal de áudio...

 

 

Umas dúvidas: você falou do

8 horas atrás, Sérgio Lembo disse:

R4 para até 100K

e eu tô pensando, será que R5, R6 e R7 poderiam também mudar para, respectivamente, 10k, 220k e 100k?

 

E Q1, Sérgio, mesmo parecendo primário, poderia ser BC558?

 

Por último, se puder poria um IRLZ44N no lugar do IRFZ44N. Se bem que você mostrou a enorme capacitância do L... mas como é o que tenho, quem sabe?

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@rmlazzari58 Apesar do circuito de corrente estar praticamente pronto, eu ainda estou pensando nisso:

Em 29/04/2022 às 05:58, Sérgio Lembo disse:

Quando se consegue simplificar fica melhor. Por acaso seu player possui display com luz de fundo que desliga quando em off? Se positivo, o simples monitoramento dessa luz resolve o caso com 1 ou 2 transistores mais o mosfet. Caso a luz de fundo trabalhe com 5V dá para liga-la diretamente no gate do mosfet via resistor de 470R

Você já mediu a alimentação do USB ou do cartão SD? 

Pode ser que seja cortado pela alimentação. 

 

Sobre o display existe sim uma maneira de fazer algo com ele:

Entre o terra e os 7 pinos existe tensão, mas esta não é a referência. 

A referência está entre os próprios pinos, se encontrar dois deles que ligam um dos símbolos quando o aparelho é ligado pode controlar algo por ali, só ligar um opto acoplador em paralelo. 

Esses displays usam os mesmos pinos pra acender dois segmentos, pois um fica invertido do outro. Tem que pegar na polaridade certa. 

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1 hora atrás, Renato.88 disse:

Apesar do circuito de corrente estar praticamente pronto

 

Nada, estava justamente desenhando a PCB no quadriculado, achando que entre os pinos 1 e 7 vai um jumper mesmo, rs...

 

Mas de fato tanto o amigo @Tito Fisher, que ajudou a "cair a ficha" desse sensor quanto do @Sérgio Lembo, com seu circuito, se for fazer esse sensor, praticamente resolveram o tópico.

 

Bem...

 

1 hora atrás, Renato.88 disse:

Você já mediu a alimentação do USB ou do cartão SD?

 

Tanto o USB quanto o SD estão direto com Vcc e GND nos lugares de praxe, e continuam com Vcc e GND mesmo com o player desativado via controle remoto. Na verdade, estou usando os pinos Vcc e GND do USB para alimentar a placa toda. É que quando tentei juntar a entrada e a saída do 7805 (2a. foto do post #10), sem querer acabei arrancado a trilha que vinha dos pinos apropriados para a alimentação. Essa placa é feita para automóvel, Xará, 12v...

 

9SBN3no.jpg

 

Agora quanto aos pinos, um em relação ao outro, boa ideia! Vou dar uma testada, depois volto dizendo.

 

Grato e té já.

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Bem... eis a tabela:

 

22Bp8MD.jpg

 

Se não estiver boa para visualização, à noitinha passo no scanner.

 

Coloquei a ponteira positiva sempre no pino de menor número. E os números não são tão precisos assim. No multímetro, escala de 0 a 20v, às vezes a última casa pula um pouco, mas não mais do que o normal. Porém quando a variação é muito grande, mudando até de polaridade, anotei "varia".

 

De fato quando o player está desativado, desligado pelo controle remoto, não há tensão nenhuma entre os pinos. Desativado, em relação ao GND, os pinos ficam com 1,18v. Mas no que são tocados pela ponta de prova, em segundos às vezes vão a zero, às vezes ficam com algum resíduo, tipo 0,01v. Dá a impressão de ser alguma capacitância residual, acho...

 

Ativado e nos modos AUX, BT e FM até que as tensões entre os pares são estáveis. Mas não consegui encontrar nenhuma coincidência, algo do tipo "tanto AUX quanto BT e FM, o par x e y, com positivo no x, sempre mostra -0,20v".

 

Já no modo USB em "play", não há um único par de pinos que se mantenha "quieto". Porém no mesmo USB só que pausado, os pares apresentam tensões estáveis entre si, mas sem coincidência com o que aparece nos modos AUX, BT ou FM.

 

De fato, no USB/play o mostrador fica alterando os números o tempo todo, de acordo com o tempo da música, mas no USB/pause, o mostrador apresenta apenas "PA:US", com o "dois pontos" piscando.

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10 horas atrás, rmlazzari58 disse:

e eu tô pensando, será que R5, R6 e R7 poderiam também mudar para, respectivamente, 10k, 220k e 100k?

A economia será de pouco mais de 100uA. O circuito todo já consome 800uA no standby só pelos operacionais e um total de aproximadamente 1mAh.. A bateria, se de qualidade, mesmo que cansada, deve ter uns 1200mAh remanescentes ou mais. O inconveniente de fazer a referência com valores tão altos será quando estiver próximo a uma estação de rádio ou TV. Vai ficar sensível demais a quaisquer interferências. Um capacitor paralelo a R7 ameniza a situação mas se houver um pouco de fuga nele adeus referência. Na malha circula 150uA. Com a modificação cai para 15uA numa trilha longa composta por 3 resistores pth + o caminho até o comparador, uma antena e tanto.

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