Mili / Micro amperímetro com CA3140 ou outro?

Andreas Karl · 29 de agosto

Bom dia amigos. Estou querendo fazer um amperimetro para baixas correntes e normalmente o eleito para fazer a leitura de um shunt que vai ao terra, principalmente com fonte simples é o bom e velho CA3140. Mas cidade pequena é complicado pra achar, no M Livre só em quantidade, frete caro e muitos clientes reclamando que vem falsificado.

As informações na internet de que outros amp. op. para fonte simples e mais fáceis de encontrar como o LM358 serviriam para a mesma função são poucas e contraditórias.

Alguém podia me dar uma luz? Obrigado por hora.

Andreas Karl · 29 de agosto

Algo parecido com esse aqui do mestre Newton C. Braga mas ao invés de galvanômetro vou usar com multimetro ou voltimetro digital.

MOR_AL · 29 de agosto

@Andreas Karl

Achei este aqui, com AmpOp mais acessível.

https://www.electronicsforu.com/electronics-projects/nano-ampere-meter

Mas qualquer AmpOp, que tenha ajuste de offset deve servir, pois o ganho é 100 e a resposta em frequências não precisa ser alta.

Observe que C2 reduz ainda mais a faixa de ganho em frequências.

Neste seu circuito pode estar faltando um resistor entre a saída do AmpOp e os diodos, R7 P2 M1 e M.

Como está, caso a tensão de saída do AmpOp seja maior que 1,4V, a corrente solicitada ao pino 6 do AmpOp aumenta muito.

MOR_AL

.if · 30 de agosto

Não devo te ajudar diretamente como fez o amigo Moris mas certa feita precisei medir a fixa de uV...mV num shunt de corrente. Usei um attiny26 que tem ad com ampop ganho 20 e 200. Eis que surge a dica: no meu (meu) . de vista estes ajustes com [trim]pot e tal, tornam o sistema de ajuste (*) crítico e quiçá sujeito a instabilidades. Neste caso, eu (eu) cogitaria um simples precondicionamento com ampop com ganho fixo/estável/filtrado e aplicaria o sinal no mc que pode fazer coisas absurdas/tratáveis/ajustadas/ confiáveis com ele desde que, claro, seu precondiconador seja homólogo.

Se achar que deve/pode, nos fale de que projeto curioso se trata. Quiçá novas ideia surjam...

(*) me fez lembrar de uma tv a côres antiga transistorizada cujo chassi vi há muuuuito tempo atrás: contabilizara entre dezenas e centenas de ajustes.. trimpots, trimmers, indutores, bobinas e etc.. ficara a imaginar a paciência/treinamento/tempo e etc que pessoas - não necessariamente técnicas - desprendiam naquilo.

Sérgio Lembo · 30 de agosto

O desenho do circuito acima possui um grave erro: o operacional CA3140 não garante swing de Vout a partir do Vss, tem uma margem de 130mV a partir do Vss. A correção é simples: uso de GND VIRTUAL, que pode ser um simples divisor resistivo, pois a única corrente que irá circular por ele será a proveniente de R1 e do voltímetro. Com essa solução passa a ser possível o uso dos operacionais TL061, TL071 e TL081 além do CA3140. Outra vantagem adicional será a medição bidirecional.

Andreas Karl · 31 de agosto

Bom, primeiro quero agradecer ao @MOR_AL pelo circuito.

Em 30/08/2024 às 09:36, Sérgio Lembo disse:

O desenho do circuito acima possui um grave erro: o operacional CA3140 não garante swing de Vout a partir do Vss, tem uma margem de 130mV a partir do Vss.

Hum, desconhecia esse detalhe. Ainda esta semana estava olhando o Datasheet do CA3140, onde dizia que ele por ter a tecnologia Pmos (mosfets canal P na entrada) poderia ser usado para medições a partir do – VSS e lembro de um texto do Newton Braga que li há um tempo atrás que falava sobre o uso dele nessa configuração de fonte simples.

Na verdade não quero fazer nada complicado, eu tenho algumas fontes em que eu queria colocar um voltímetro e um amperímetro pra acabar com a chatice de pendurar mais um multímetro só pra medir a corrente. E eventualmente fazer um circuito “stand alone” alimentado por pilhas/bateria + step up (para aumentar a capacidade de excursão de tensão) para converter a corrente em tensão a ser medida por um multímetro nem que seja um amarelinho de 30 reais ou até um daqueles mini voltímetros de LED se não for muito impreciso.

Nesse eu queria por um shunt com uma resistência bem baixa (pra não dissipar muito calor) para poder medir correntes de até uns 30 ou 40 amperes e talvez mais um com uma resistência maior pra uma escala pra correntes mais baixas.

Uma fonte vai ser uma ATX que vou colocar um step up e talvez um down para ter uma fonte variável de alta corrente. Nesse caso ótimo, ela tem a saída de -12V então tenho alimentação simétrica pra trabalhar com qualquer amp op.

Tem mais uma linear simétrica também.

Mas tem duas que não tem saída negativa, só +5V e +12 V pra uns 4 amperes. Nessas não ia fazer nada muito bonito, elas medem uns 10 cm por 4, vou montar o conversor numa placa protótipo perfurada e já prender nela um Lm2596 e dois mini voltímetros e parafusar nas carcaças das fontezinhas.

No começo da ideia eu ia comprar aqueles medidores de tensão e corrente de 20 reais do M. Livre. Mas andei lendo as críticas, são uma co cô. Imprecisos, grandes, fazem apenas 1 leitura por segundo, só tem ajuste do voltímetro e param de funcionar do nada.

Sérgio Lembo · 1 de setembro

22 horas atrás, Andreas Karl disse:

Ainda esta semana estava olhando o Datasheet do CA3140, onde dizia que ele por ter a tecnologia Pmos (mosfets canal P na entrada) poderia ser usado para medições a partir do – VSS

Realmente, ele lê a partir do Vss por conta do circuito de entrada. O swing de Vout é dependente do circuito de saída.

22 horas atrás, Andreas Karl disse:

Ainda esta semana estava olhando o Datasheet do CA3140, onde dizia que ele por ter a tecnologia Pmos (mosfets canal P na entrada) poderia ser usado para medições a partir do – VSS

Realmente, o formato do circuito de entrada do operacional permite leitura segura e precisa a partir do Vss. O swing de Vout é dependente do formato do circuito de saída do operacional. Se pretende fazer leituras precisas onde o Vout ficará muito próximo ao Vss, ter o GND deslocado um pouco acima do Vss te garante uma operação confortável. O desconforto do Vout muito próximo ao Vss é o seguinte: O que vemos como um integrado nada mais é que um monte de transistores amontoados numa única cápsula. Individualmente todos eles possuem as mesmas limitações e parasitas que os componentes discretos. Para o nosso desafio, saída de sinal precisa a partir do zero, devo lembrar que temos uma saída push-pull, isto é, 1 transistor responsável por abaixar a saída e outro por levantá-la. O transistor inferior consegue saturar bem a saída até o instante em que a tensão sobre seus terminais começa a ficar muito baixa, abaixo de determinado valor passa a haver dificuldade do transistor de saída oferecer uma baixa impedância. Nessa situação em que se deseja uma saída quase que zero espera-se que a corrente que vem do transistor superior seja quase que zero também. Caso a tensão de saída esteja um pouco acima do esperado a excitação sobre o transistor superior de saída será zero e a corrente de saída dele será zero + a imprecisa corrente de fuga deste, que chega fácil a 50uA. Esta corrente de fuga sobre o transistor inferior que está com dificuldades de zerar a saída acaba provocando uma tensão. Como se lida com isso? Trabalhando sempre na faixa de tensão onde o performance dos componentes consiga trabalhar fora da zona crítica.

Andreas Karl · 3 de setembro

Valeu @Sérgio Lembo . .Agora caiu minha ficha. Podemos dizer que a entrada do CA3140 é “Rail to Rail” pelo menos em relação ao -vss. Mas a saída não é. Eu não tinha lido direito quando você citou "o operacional CA3140 não garante swing de Vout a partir do Vss"

Agora entendi que 0,130 V é a mínima tensão na saída em relação ao -vss que seria a tensão de saturação do q15 do CI. Digamos que eu projetasse um circuito com ele alimentado por, digamos, 12 V para converter corrente de um shunt em volts (1A = 1 volt) e colocaria um voltímetro digital na saída. Ele mediria corretamente em quase toda a escala mas não chegaria a 12V. No caso de uma corrente de 200 ou 300 mA no shunt ele mediria corretamente mas caso fosse 0 não iria zerar, o voltímetro iria indicar algo como 0,13, é isso?

Sérgio Lembo · 4 de setembro

No caso do CA3140 essa é a tensão mínima que ele consegue garantir (zona de conforto). Abaixo disso passa a depender de muitos fatores, razão pela qual deve ser evitado quando se necessita de zero preciso.

No desenho abaixo o mesmo circuito com GND virtual. Nessa proposta se consegue ter inclusive -1V na saída (medição bidirecional).

São muitas as formas de descascar o abacaxi. Comum simples diodo entre a saída do operacional e sua realimentação consegue-se matar o Vout mínimo do CA3140. Nessa segunda proposta perde-se a possibilidade da medição bidirecional. Pessoalmente prefiro a primeira proposta.