¿Cómo hacer una resistencia ajustable controlada por voltaje?

Esto se presenta como una respuesta incompleta.

La mayoría de los circuitos Pt100 funcionan alimentando una corriente constante conocida del orden de 1 mA a través del sensor y midiendo el voltaje desarrollado a través de sus terminales para calcular o buscar la temperatura. Al reemplazar el sensor Pt con una resistencia calibrada, podemos simular fácilmente la condición de 0 ° C. Cualquier temperatura más alta que cero puede simularse empujando una corriente adicional desde una fuente externa a través de la resistencia.

^{simular este circuito : esquema creado usando CircuitLab}

Figura 1. Simulador Pt100 / 500/1000.

Si se conoce la corriente del sensor y es exactamente la misma en todos los dispositivos que se van a probar, el circuito de la Figura 1 podría ayudar a proporcionar una solución. Por ejemplo, suponiendo 1 mA de la fuente Pt100 y SW1 cerrado y "resistencias" de 100 Ω a 0 ° C y 119.25 Ω a 40 ° C (basado en 0.385 Ω / K, que no he comprobado):

• Los voltajes requeridos en R1 serán de 100 mV y 119.25 mV respectivamente.
• La configuración del voltaje DAC a 100 mV debería hacer que el amplificador operacional no contribuya en nada, ya que la caída de voltaje de la fuente de corriente Pt100 proporcionará la caída de voltaje requerida y los terminales de entrada del amplificador operacional tendrán el mismo voltaje y estarán "contentos" .
• La configuración del voltaje DAC a 119.25 mV hará que aumente el voltaje de salida del amplificador operacional, conduciendo corriente adicional a través de R1 y causando que su voltaje aumente en unidades, luego la entrada no inversora también está a 119.25 mV. Esto debería resultar en una lectura de 50 ° C en el instrumento bajo prueba.

"Ah," te escucho llorar, "pero no sabemos la fuente actual"

Bueno, entonces tendremos que medirlo.

^{simular este circuito}

Figura 2. Simulador Pt100 / 500/1000 con medición de corriente del sensor.

Al reducir la salida DAC a cero, la salida del amplificador operacional se pondrá a cero. D1 evita que el op-amp cargue R1. Al leer el voltaje resultante en R1 podemos calcular la corriente y escalar la salida DAC para adaptarla. D1 debe ser un tipo de fuga inversa baja.

Tenga en cuenta que el circuito debe estar flotando y no debe tener ninguna otra conexión al dispositivo bajo prueba. Se recomienda la protección de conexión inversa: un diodo de salida de amplificador operacional a V + y otro de GND deberían hacer el truco.

Quedan varios desafíos de diseño:

• Resolución adecuada en la salida DAC. Esto puede ser posible utilizando el rango de salida DAC completo y utilizando un circuito de amplificador operacional adicional para amplificar (ganancia < 1) y compensar la señal de control.
• Resolución adecuada en la entrada ADC. Igual que el anterior, pero elimine el desplazamiento y la escala.

Un "potenciómetro digital" puede ayudarlo. Su entrada es digital, generalmente I2C, por lo que puede conducirlo directamente con el microprocesador. Puede encontrarlos en tiendas como Digikey, Mouser, etc.

Si está buscando una solución analógica, puede usar un MOSFET en la región operativa de triodo o una fuente de corriente controlada por voltaje. Pero estas soluciones pueden llevar más tiempo de diseño, especialmente si desea conectarlas como un dispositivo de dos terminales, lo cual interpreto de su pregunta.

Supongo que querrás un cierto nivel de precisión.

Para el simulador PT100, sugiero una resistencia de 110 ohmios de tempco bajo de alta calidad. Ahora coloque un potenciómetro digital, o un FET controlado por voltaje, en serie con una resistencia de relleno, a través del resistor para reducir su valor a la región de 100 ohmios.

Mediante la elección adecuada de resistencia de relleno y resistencias digipot / FET, esto le permite usar resoluciones efectivas para el bote que de otro modo no podría usar. También significa que la deriva en el elemento ajustable está 'diluida' por la resistencia fija de buena calidad.

Además de las otras ideas finas, puede usar un oscilador controlado por voltaje para producir un reloj de frecuencia variable, y luego usar técnicas de capacitores conmutados para producir una resistencia efectiva que varía con la frecuencia de reloj.

La resistencia de control de voltaje se llama transistor. Pero ¿por qué el voltaje controlado? Hay resistencias controladas SPI, más precisas y bonitas.

La forma práctica de hacer una resistencia simulada de alta precisión (aparte de unas pocas docenas de resistencias conmutadas) es asumir que habrá una corriente a través de la resistencia (generalmente algo como 100uA a 1mA para RTDs, pero podría ser menor o más alto), y asumir que es DC (aunque a veces no lo es).

Mida la corriente en un terminal (por ejemplo, en una configuración de amplificador de transimpedancia de tierra virtual capaz de hundir o generar la corriente máxima anticipada), y fuerce al otro terminal a una tensión Vout = Imeasured * Rsim. La salida DAC tiene que manejar el voltaje máximo anticipado a través del sensor y la corriente máxima anticipada.

El cálculo podría realizarse digitalmente con un ADC bipolar y la salida se entrega a través de un DAC bipolar, pero a menudo es mejor usar un cuadrante de 4 cuadrantes (2 utilizados) multiplicando el DAC para obtener más rápido Respuesta y simplicidad. Usted alimenta la medición de corriente (bipolar) en el DAC, junto con los datos digitales para la resistencia simulada.

Por supuesto, todo esto es más fácil decirlo que hacerlo, pero no es demasiado difícil para cualquiera que diseñe instrumentación de precisión (a menos que desee considerar los casos patológicos en los que la corriente es muy baja o muy alta, o donde la energización es CA o CC conmutada ). En este último caso, debe comenzar a preocuparse por la respuesta de frecuencia.

Veo varias sugerencias para digipots y FET en diferentes configuraciones, pero nadie ha mencionado aún las resistencias dependientes de la luz. Como sugiere su nombre, los LDR tienen una resistencia variable en función de la cantidad de luz que los golpea.

No tengo ninguna experiencia personal con ellos, excepto para leer esquemas bien descritos, en su mayoría equipos de audio como compresores y crossfaders, pero vale la pena verlos. Los problemas potenciales son:

• Precisión sin calibrar: es probable que tenga una amplia tolerancia por parte del fabricante pero un comportamiento consistente de cada unidad.
• Fuga de luz si crea su propia unidad LED + LDR. (También se pueden comprar.)

Ninguno de los problemas debe ser un factor decisivo; Al igual que todos los enfoques de todos los proyectos, solo tiene que estar al tanto de los problemas potenciales y dar cuenta de ellos.

Utilizaría un potenciómetro de motor de doble efecto, por lo que puedo leer la posición actual utilizando un ADC y hacer ajustes al controlar el motor.

Pro:

• fácil de construir
• fácil de calibrar
• completamente aislado

Con:

• partes mecánicas móviles