Réalisation d'une sortie 4-20mA pour une sonde de turbidité

[Seb.26]

sinon tu peux aussi utiliser un CI fait pour ça ...
genre AD693 par exemple ... y'en a plein ...
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[Antoane]

Bonjour,

Bonjour,
Encore merci pour vos conseil, je vais tester ce montage mais je voulais savoir si le type de transistor avais une importance ? C'est un composant que je n'est encore jamais utilisé, faut il faire attention à une spécification en priorité ?
Pièce jointe 385831

Le schéma est correct à condition d'inverser les entrées + et - de l'AOP ou (et ce serait préférable) de remplacer le NPN par un PNP (ou, encore mieux, par un PMOSFET).

Ceci dit, il serait bon que tu comprennes le principe des schémas avant de les proposer et de les mettre en oeuvre.

[invite76875b05]

Les 100 ohms c'est une erreur sur mon software de dessin j'ai juste oublié de changer la valeur par défaut.
C'est moi qui l'ai dessiné raison pourquoi ça n'a pas beaucoup de sens..

J'essaye de reproduire ce que je voyais dans le lien d'Antoine. J'avais compris qu'il réalisait un générateur de courant variable dans la boucle ou est branché la LED en fonction de la tension en entré non-inverseuse. Mais encore une fois il semble que je passe à coter de quelque chose

[invite76875b05]

Pourtant dans le lien c'est bien l'entrée (-) qui est en boucle de contre réaction ?

[gienas]

... c'est bien l'entrée (-) qui est en boucle de contre réaction ?

Cette entrée est celle de la contre réaction quand la "sortie" de cette contre réaction est la sortie de l'AOP.

Là, est-ce bien le cas?

[invite76875b05]

HA !! Oui j'avais mal lu le schéma de base

[Antoane]

Pour que le système fonctionne correctement de manière bouclée, il faut qu'il y ai une contre-réaction, i.e. qu'il y ait une inversion de signe entre la sortie du circuit et son entrée. Dans un montage simple à AOP (e.g. un suiveur ou un amplicateur (non-)inverseur), il faut donc relier (plus ou moins directement) la sortie de l'AOP à son entrée "-".
Le circuit dont on discute ici est plus complexe du fait du transistor. En effet, ce composant inverse la sortie de l'AOP : le potentiel du collecteur du NPN varie inversement à celui de la sortie de l'AOP. En détail : si la tension de sortie de l'AOP augmente, le courant de base du transistor augmente, donc son potentiel de collecteur diminue. Le potentiel du collecteur du NPN est donc déjà inversé par rapport à la sortie de l'AOP ; pour réaliser un système régulé, il ne faut donc pas l'inverser une nouvelle fois avant de le renvoyer sur l'entré : il faut le renvoyer sur l'entrée "+" de l'AOP.

Vu autrement :
Pour que le montage fonctionne correctement, il faut qu'une (petite) augmentation de la consigne se traduise par une (petite) augmentation de la tension renvoyée en retour (feedback) de l'AOP.
Ainsi, sur ce schéma : https://forums.futura-sciences.com/a...4-20ma-gnd.png, il faudrait qu'une (petite) augmentation de la tension sur l'entrée "+" résulte en une (petite) augmentation de la tension sur l'entrée "-". Or; une petite augmentation de la tension sur l'entrée "+" entrainera une petite augmentation de la tension de sortie de l'AOP, et donc une petite augmentation du courant de collecteur du NPN, et donc une petite augmentation du produit (R2*Ic), et donc une petite diminution de sa tension de collecteur du NPN, et donc une petite diminution de la tension sur l'entrée "-" de l'AOP, qui va donc partir en saturation.

Tu peux vérifier qu'en inversant les entrés de l'AOP, une petite augmentation du potentiel sur l'entrée "-" entraine une petite augmentation du potentiel sur l'entrée "+".

Le schéma est correct à condition d'inverser les entrées + et - de l'AOP ou (et ce serait préférable) de remplacer le NPN par un PNP (ou, encore mieux, par un PMOSFET).

Le PNP est ici préférable au NPN car il permet d'attaquer le circuit de sortie en haute impédance, comme doit le faire toute bonne source de courant. Il améliore aussi (me semble-t-il) la stabilité du montage.
Le P-MOSFET est préférable au PNP du fait de son gain en courant plus élevé.

[invite76875b05]

Merci énormément pour toutes ces explications, mon cerveau chauffe un peu.
Si je résume j'ai le choix entre ces deux circuits ? :

Mais le schéma sur le lien présente un transistor PNP avec une contre réaction sur l'entrée non inverseuse.

[invite76875b05]

Bonjour,
J'ai testé le circuit avec la contre réaction sur l'entrée inverseuse et le transistor PNP. J'arrive a obtenir une variation d'intensité dans ma boucle entre 0 et 17,8mA. Je ne comprend pas exactement pourquoi je n'arrive pas a monter à 20mA. J'utilise un AOP LM301AN (http://www.ti.com/lit/ds/snosbs0d/snosbs0d.pdf) qui n'est pas rail to rail comment indiqué dans le lien évoqué précédemment j'espère que cela viens de ce composant.
Si j'applique la formule I=(Vcc-E+)/R
je devrais obtenir 4mA quand j'applique 9,6 V sur l'entrée non inverseuse or j'ai une valeur de 5,3mA encore une fois cela viens il de l'AOP ?

Enfin j'ai cherché a brancher un P-MOSFET mais je ne maîtrise vraiment pas ce composant, ma sortie variait entre 24mA et 10mA et je ne sais pas encore pourquoi.

[Antoane]

Bonjour,

Quelle devrait être la tension aux bornes de R2 pour qu'il y ait 20 mA sans la boucle ? est-ce possible ?

je devrais obtenir 4mA quand j'applique 9,6 V sur l'entrée non inverseuse or j'ai une valeur de 5,3mA encore une fois cela viens il de l'AOP ?

renseigne toi sur la notion de "input volatge common mode range"
https://forums.futura-sciences.com/e...tml#post304524

Pense qu'en pratique, l'entrée 4-20mA de l'automate ne sera pas en court-circuit avec la masse. Il faut donc que ton circuit soit capable de fournir 4-20 mA à une résistance connectée entre l'entrée de l'API et la masse.

[invite76875b05]

Si j'ai bien compris, il me faut 12V au bornes de R2 pour avoir 20mA, Or mon AOP n'est pas rail to rail donc la tension de sortie avoisine les 1,5V en sortie quand je lui fournie 0V en entré non inverseuse, d'ou la 17,5mA dans ma boucle ?
Dans l'autre sens je ne comprend pas trop car si c'étais l'ampli OP qui était incapable de fournir les 9,6V avec une alimentation en 12V je ne devrais pas pouvoir descendre en dessous de ces 5,3mA or j'arrive a atteindre 4mA mais je doit appliquer 10,2V et non 9,6V

La résistance de l'automate est normalement très faible, non ?

[Antoane]

Si j'ai bien compris, il me faut 12V au bornes de R2 pour avoir 20mA, Or mon AOP n'est pas rail to rail donc la tension de sortie avoisine les 1,5V en sortie quand je lui fournie 0V en entré non inverseuse, d'ou la 17,5mA dans ma boucle ?

LE transistor "mange" aussi environ 1V.

Dans l'autre sens je ne comprend pas trop car si c'étais l'ampli OP qui était incapable de fournir les 9,6V avec une alimentation en 12V je ne devrais pas pouvoir descendre en dessous de ces 5,3mA or j'arrive a atteindre 4mA mais je doit appliquer 10,2V et non 9,6V

Le "output voltage range" de l'AOP est donné dans des circonstances de test particulières et sont un pire-cas. Ici, tu est dans une "bonne" situation : l'AOP doit absorber un courant et non en fournir, il peut donc faire monter sa tension de sortie un peut plus haut.

La résistance de l'automate est normalement très faible, non ?

Ca doit être indiqué dans la documentation.
A piori, 250Ohm ne me semblerait pas déraisonnable.

[invite76875b05]

Donc pour palier la tension "mangé" par le transistor, et la résistance de l'automate je doit adapter mes valeurs d'entrées en jouant sur les résistances ?

Je me demande donc comment fonctionne les vrais boucle 4-20mA, je viens d'essayer de brancher une résistance de 270ohms mon ampérage max passe de 17,3 à 9,6 c'est beaucoup

[Antoane]

Donc pour palier la tension "mangé" par le transistor, et la résistance de l'automate je doit adapter mes valeurs d'entrées en jouant sur les résistances ?

Je t'encourage vivement à comprendre comment fonctionne, précisément, ton circuit.

[invite76875b05]

Ce que pense comprendre c'est que l'ampli OP cherche a ce que ses entrées soit en équilibre de tension donc la sortie connecter à la base du transistor PNP va chercher a s'ajuster pour que le transistor laisse passer un courant suffisamment fort pour que à la borne de ma résistance R2 il y ai une tension qui correspond à l'entrée non inverseuse. Ce qui ce traduit par théoriquement par 20mA quand l'entrée non inverseuse est à 0 et 0mA quand elle est à 0 et donc 4mA pour 2,4V.

[Antoane]

Quelle est la relation entre la tension de sortie de l'AOP et celle appliquée sur l'entrée non-inverseuse ?
Quelle est la relation "exacte" entre le courant délivré par le montage et la tension appliquée sur l'entrée non-inverseuse ? Plus précisément : quelles sont les sources d'erreurs principales du montage ?
Peux-tu ajouter sur ton schéma les connections de l'automate montrant sa résistance interne ? Quelle est la valeur maximale que peut prendre cette résistance pour que le circuit fonctionne bien ?

Restera ensuite à ajouter l'ampli transimpédance au montage et à calculer les différents gains et circuits de mise à l'échelle

[gienas]

Bonjour à tous

Tous les intervenants habituels du forum savent, bien entendu, trouver une solution au problème posé.

L’objectif, ici, n’est pas de donner une solution toute cuite ce qui serait contraire à l’aspect didactique de la demande.

C’est pourquoi la solution proposée par DAT44 a été supprimée.

C’est au demandeur de proposer sa solution que nous pourrons ... corriger.

Quand la discussion sera terminée, avec la solution finale, les éléments supprimés seront découverts.

Merci de respecter ces règles en vigueur ici même.


À l’attention de Wongze:

L’aspect convertisseur "0/xV -> 4/20mA" est à traiter séparément de la question globale. C’est à cela que tu dois t’attaquer sans vouloir mélanger les genres.

[invite76875b05]

Bonjour !
Je doit encore acquérir des connaissances et réfléchir pour comprendre les limites de la boucle de courant évoqué en #46. Vous aurez compris que mes connaissances en électronique sont ultra limitées (il y a 1 mois je ne faisait pas la différence entre courant et tension..).
En attendant j'utilise le système D :


J'ai mon courant 4-20mA a la sortie de R3. Je choisi R2 en fonction de la photorésistance puis je choisi R1 pour avoir toujours un minimum de 2.4V qui correspond a une sortie de 4mA

[Antoane]

Bonjour,

Soit.
Je trouve néanmoins "dommage" que tu abandonnes
- le transimpédance ;
- le générateur de courant ;
que tu avais de presque fonctionnels.
Surtout pour les remplacer par un circuit comme celui-ci, qui, entre autre, ne fonctionne que pour une résistance de mesure nulle

[invite5956aee8]

Je n'abandonne rien
J'ai bien dit que c'était mon système D, c'est un système qui me permet au moins d'avoir des résultats exploitables en attendant une solution meilleur

[DAT44]

Bonjour,
en câblant l'entrée - sur l'alimentation tu bloque L'AOP ...

Si tu utilise un LM301 la sortie est limité en courant, tu ne peux pas attendre les 20mA, il faut qu'il soit aidé par un transistor...

Il serait bon que tu visualise sur ton schéma ou se trouve ta bouche 4-20 mA, tu peux utilisé le symbole d'un ampèremètre par exemple ...

[DAT44]

Bonjour,
peux tu donné la mesure du courant qui traverse le photo-transistor quant la turbidité est maximum et aussi quant la turbidité est minimum, ainsi que le schéma qui donne les conditions de la mesure (tension d'alimentation, résistance de limitation etc ...)

[invite5956aee8]

Bonsoir, oui j'ai encore posté un schéma sans le vérifier..
Il faudrait que j'utilise un rail tout rail pour obtenir une valeur proche de 20mA
Pour le moment j'utilise une résistance R2 de 10k mais j'adapte en fonction de la géométrie de mes leds

[DAT44]

Bonjour,
en général l'impédance de l'entrée d'un système de mesure de courant 4-20 mA est assez faible ...

Un AOP "rai to rail" n'est pas indispensable ...

Il ne faut pas oublié l’objectif final, obtenir entre deux fils un courant qui varie entre 4 et 20mA en fonction de la mesure de turbidité.

C'est pour cela qui est important que tu mesure le courant qui circule dans le photo-transistor en fonction de la turbidité min et maxi.

[DAT44]

Bonjour,
Le L53P3C que tu utilise est un photo transistor:
http://www.farnell.com/datasheets/16...SAAEgKopvD_BwE

Il a un Vce Sat, un courant de fuite dans le noir absolu , bref c'est un composant réel et non pas un composant parfait.
Dans le schéma que tu donne en #1 ou #8, tu ne donne pas la valeur de R2 et pourtant tu dit que la tension au borne de R2 varie de 0 a 12V, il s'agit la de valeurs théorique, peux tu donné les mesures réels ainsi que la valeur de R2 ?

[DAT44]

Bonjour,
si on reprend le shéma en #48, il faut que l'entrée - soit utilisé en contre réaction, tu peux utilisé un transistor en sortie de l'AOP qui donne un effet miroir du courant, un coté est utilisé pour la contre réaction de l'AOP l'autre est utilisé pour injecter le courant dans la ligne 4-20mA.

Il faut donc que la sortie de l'AOP soit connecté sur la base (ou mieux sur la grille) du transistor ...

[invite76875b05]

Bonjour,
J'ai essayé de brancher un transistor PNP avec mon montage #48 dont j'ai inverser le sens du "pont diviseur" ou est situer la photodiode, ainsi la courant de ma boucle de courant augmente quand la turbidité augmente et non pas l'inverse. Les résultats sont prometteur mais je ne comprend vraiment pas tout, ma variation ce fait entre 4,6mA et 16,9mA. Je crois comprendre que le transistor engendre une perte qui cause ce 4,6mA au lieu de 4mA mais je ne comprend pas pourquoi je stagne à 16mA. Ensuite j'ai essayer de remplacer le transistor par un P-MOSFET mais la je ne comprend vraiment pas les valeurs obtenues

[DAT44]

Bonjour,
tu peux donné le schéma obtenu, avec les valeurs des composant ?

[invite76875b05]

Voila ce que j'utilise, j'ai débranché la photodiode et je ne vois pas de changement sur mon ampèremètre donc le courent de fuite dans le noir est presque négligeable pour la résolution de mon ampèremètre.

[Antoane]

Bonjour,

Pour avoir 20 mA en sortie du collecteur du PNP, il faudrait Vmax =0.02*600 = 12 V aux bornes de R3, et donc 12 V aux bornes de R1. Il resterait donc seulement (Vcc- Vmax) aux bornes de la photo-diode (en fait du photo-transistor, comme déjà indiqué), et autant aux bornes du transistor.
Or, pour que le PNP comme le photo-transistor fonctionnent bien, il faut au moins ~1 à 2 V, voir 5 V à leurs bornes.
Sans compter qu'il faudrait prévoir d'avoir suffisamment de tension aux bornes de Q1 pour pouvoir alimenter le circuit "lisant" l'état de la boucle 4-20 mA (à voir en fonction du lecteur, mais 5 V me semble a priori raisonnable).
Il faudrait par ailleurs que la tension de sortie de l'AOP puisse descendre à Vcc-Vmax -0.7 -- ce qui n'est pas évident, à vérifier dans sa doc. technique.