Eletrônica

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:

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:

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:

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:

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:

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:

Corrente:

Resistência:

Agora o B&K:

Tensão:

Corrente:

Resistência:

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.

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