LM399 vs LT1021 vs AD584 Fight

Coloquei os 3 tipos pra brigar!

Nesse artigo, verificaremos o desempenho desses 3 referências s de tensão, 2 do tipo série e um tipo shunt.

Primeiro, vamos apresentar os competidores!

LM399H

Já tenho um artigo aqui sobre ele. É um referência utilizada em diversos equipamentos, inclusive multímetros da HP. Fabricado pela Linear Technologies, hoje Analog Devices, esse circuito promete coeficiente de temperatura de 0,5ppm/°C.

Para garantir a estabilidade, a referência de tensão baseada em um tipo de Zener, há um resistor de aquecimento que força o circuito integrado a trabalhar em uma faixa de temperatura fica. Adicionalmente, vem encapsulado dentro de um 'forno' (no Datasheet, oven), minimizando a rápida transferência térmica entre o invólucro e ambiente, aumentando a estabilidade do circuito.

Por si só, não fornece um valor de tensão muito conveniente, o que faz necessário que seja utilizado em conjunto com alguma circuitaria, como amplificador operacional, para criar um nível de tensão de saída ajustado à um valor conveniente.

O ponto central da estabilidade desse circuito está na qualidade dos componentes auxiliares utilizados, como o amplificador operacional, resistores, etc.

LT1021DCN8-10

O LT1021 é uma referência de tensão do tipo série e também tipo shunt que, segundo o fabricante, é otimizada para oferecer um baixíssimo ruído (menor que 1ppm entre 0,1 e 10Hz) e coeficiente de temperatura de 5ppm/°C.

Não requer nenhum circuito adicional para funcionar e sua ligação é extremamente simples, basta alimentá-lo para que entre em funcionamento.

Possui a possibilidade de ligação de um trimpot externo, para ajuste fino da tensão de saída. Neste caso, não pode-se esquecer do coeficiente de temperatura do próprio trimpot, que insere uma instabilidade no sistema.

Como os coeficientes de temperatura já são claramente diferentes entre os modelos de referência que serão utilizados, tentaremos comparar os aspectos gerais do funcionamento dos circuitos, e também, no caso do LM399, o comportamento geral do próprio circuito.

AD584JNZ

Já considerado obsoleto, este circuito integrado ganhou relativa popularidade em função dos kits, vendidos em sites de produtos chineses variados, cuja finalidade seria de aferir a calibração de multímetros. Normalmente, estes kits vêm acompanhados de uma "Etiqueta de Calibração", onde o valor absoluto de cada uma das tensões nominais é anotado, junto com o modelo do multímetro utilizado no teste e a temperatura ambiente. E só. Essas informações não são nada rastreáveis, uma vez que não são apresentadas nenhuma outra especificação, como a data de calibração do multímetro, número de série e qualquer outro dado que possibilite a rastreabilidade da medida.

Desta forma, essa etiqueta apenas apresenta valores que podem, por sorte, estar dentro das especificações ou, então, completamente fora, aferidas com um multímetro longe de uma escala de exatidão aceitável, apesar de uma resolução absurda (de vários "nadas").

O AD584, dentre todos, é o que apresenta pior característica em termos de coeficiente de temperatura, de 15ppm/°C, se comparado com o LM399, isso nos dá uma magnitude de diferença de 30 vezes.

A Briga

Logo de cara, ponto negativo para um dos participantes: LT1021. Comprei 2 peças. Uma delas veio completamente fora da especificação e foi inutilizada.

Para este teste, foram utilizados 4 circuitos integrados AD584, que além de representarem sua categoria, puderam ser comparados entre si.

O 1º AD584 foi configurado segundo o manual do fabricante para fornecer uma tensão de 7,5V.

O 2º e o 3º AD584 foi deixado sem ligações específicas, fornecendo 10V, 5V e 2,5V.

O 4º e último AD584 foi configurado para fornecer 5V.

Todos os circuitos foram energizados simultaneamente, e um teste preliminar de variação foi realizado. Após um período de cerca de 1h de aquecimento, os seguintes valores foram medidos e serão utilizados como referência para análise da variação:

:: LT1021 > 10,00002V

:: LM399H > 10,00003V (saída do circuito) | 6,97601 (referência de tensão)

:: 1º AD584 > 7,50101V

:: 2º AD584 > 10,00210V; 5,00349V; 2,50221V

:: 3º AD584 > 9,99957V; 5,00041V; 2,50014V

:: 4º AD584 > 5,00217V

Os circuitos "envelheceram" por 12 horas consecutivas, e foram submetidos à temperatura ambiente normal, com variação entre 23 e 28ºC. Após esse período, uma nova medida foi realizada, resultando em:

:: LT1021 > 10,00010V

:: LM399H > 10,00004V (saída do circuito)|6,97602V (referência de tensão)

:: 1º AD584 > 7,50119V

:: 2º AD584 > 10,00232V; 5,00364V; 2,50232V

:: 3º AD584 > 9,99971V; 5,00052V; 2,50023V

:: 4º AD584 > 5,00230V

No exato momento da medição, a temperatura ambiente estava em 24,3°C e a Umidade Relativa em 49%.

Realizando uma rápida análise preliminar dos resultados já é possível verificar que o sistema mais estável é o do LM399H, porém, no que diz respeito à referência de tensão e não ao circuito, como foi discutido no artigo dedicado à essa referência de tensão.

O valor de referência do Zener de 6,95V apresentou, inicialmente, 6,97601 e nessa análise preliminar, tivemos uma variação de 1,4 P.P.M. e, quanto ao circuito, a variação foi menor do que 1 P.P.M.

Já o AD584, todos os circuitos tiveram variação superior à 14 P.P.M. e, no pior caso, 43,96 P.P.M.

Não foi possível realizar os testes em ambiente de temperatura controlada, porém, de acordo com as informações do Datasheet de cada um dos fabricantes, essa variação de temperatura não deveria causar variação significativa na tensão de saída.

Após 13h da tomada das medidas anterior, uma nova medição foi realizada, com temperatura ambiente de 26,3°C e Umidade Relativa de 48%.

:: LT1021 > 10,00014V

:: LM399H > 9,99956V (saída do circuito)|6,97601V (referência de tensão)

:: 1º AD584 > 7,50127V

:: 2º AD584 > 10,00235V; 5,00373V; 2,50244V

:: 3º AD584 > 9,99978V; 5,00062V; 2,50036V

:: 4º AD584 > 5,00240V

Com exceção do LM399H, cuja variação foi para baixo, todos os outros circuitos apresentaram incremento na tensão de saída.

Por fim, após mais 12 horas de funcionamento, uma nova bateria de medições foi realizada. Desta vez, com a temperatura ambiente de 24,5°C e Umidade Relativa de 53%.

:: LT1021 > 10,00020V

:: LM399H > 9,99958V (saída do circuito)|6,97604V (referência de tensão)

:: 1º AD584 > 7,50480V

:: 2º AD584 > 10,00590V; 5,00724V; 2,50592V

:: 3º AD584 > 10,00332V; 5,00413V; 2,500384V

:: 4º AD584 > 5,00589V;

Nesta última medição, foi uma surpresa o valor final das medições, que em alguns casos, foi superior a 1000 P.P.M. 

Nenhuma alteração no circuito foi feita, nem movimentação entre os componentes ou troca de posição. Os circuitos funcionaram de forma ininterrupta desde o primeiro momento e não houveram quedas de energia ou nada que criasse uma variação dos resultados tão grande.

Os resultados finais obtidos, tendo-se tomada como referência os valores iniciais lidos foram:

LT1021: +18P.P.M.

LM399H: -45P.P.M. (tensão de saída) | +4,3 P.P.M. (Referência de tensão).

1º AD584: +505,2 P.P.M.

2º AD584:

    :: 10V: +380 P.P.M.

    :: 5V: +749,5 P.P.M.

    :: 2,5V: 1482,7 P.P.M.

3º AD584:

    :: 10V: +375 P.P.M.

    :: 5V: +743,9 P.P.M.

    :: 2,5V: 1480 P.P.M.

4º AD584: +743,68 P.P.M.

TODOS os integrados se apresentaram fora das especificações do fabricante. Porém, o que manteve-se mais estável foi o LT1021 e a referência de 6,95V do LM399.

Tratando-se de um circuito muito simples de ser implementado, que não requer nenhum componente adicional ou, apenas um trimpot de ajuste fino, o LT1021 utilizado, apesar de não ser a melhor versão do componente, é o que apresenta o melhor custo benefício de todos e uma ótima estabilidade final, melhor até do que o LM399H montado neste teste.

Porém, no que diz respeito à estabilidade, a referência de 6,96 que, apesar de apresentar-se em 6,97 mas que pode ser corrigida com polarização, foi o que apresentou a maior estabilidade mas com o dobro do valor. Ao passo que o preço médio do LT1021 foi de R$15,00 em Outubro de 2021, o LM399H apresenta valor médio de  R$51,00, podendo ser encontrado de R$32,00 a R$70,00 no mercado.

No caso, os AD584, que já não eram a melhor versão do componente, mostraram-se razoavelmente estáveis até a 2ª casa decimal. Isso os torna componentes bem adequados para servirem de referência de tensão externa para circuitos utilizando conversores AD de Microcontroladores, onde necessita-se de uma "relativa" exatidão e repetibilidade, sabendo-se que os uC são bastante imprecisos em alguns casos, uma referência de tensão vem a cair bem!

Referências:

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/1021fc.pdf

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD584.pdf

https://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/199399fc.pdf

https://www.digikey.com/en/products/detail/analog-devices-inc/LM399H/2002709

https://www.ti.com/lit/wp/slpy003a/slpy003a.pdf?ts=1636169118479&ref_url=https%253A%252F%252Fwww.google.com%252F

Referência de tensão com LM399H

O circuito integrado LM399H, conhecido por integrar no circuito de tradicionais multímetros do mercado, como o HP3478A, é uma referência de tensão, tido como de boa estabilidade e baixo desvio em função da temperatura.

Seu circuito simplificado apresenta internamente uma resistência de aquecimento e um Zener, cuja tensão Vz é de 6,95V. Além disso, o integrado vem encapsulado em uma espécie de "forno", que nada mais é do que um encapsulamento de plástico que contribui na manutenção da temperatura de trabalho. A tensão de alimentação do aquecedor pode ir de 9V a 40V, segundo o fabricante.

O sistema de controle de temperatura não é realimentado, o que desfavorece um pouco a estabilidade do componente, mas melhora significativamente no desvio em função da temperatura ambiente.

Existem circuitos integrados, como o LTZ1000, utilizado em multímetros de 8 1/2 dígitos, que possuem integrados na mesma pastilha transistores que funcionam como sensores de temperatura, e que contribuem para uma quase perfeita estabilização e baixíssimo coeficiente de temperatura. Circuitos como este são normalmente proibitivos para uma aplicação Hobby ou comercial.

No mercado nacional, é possível encontrar o LM399 por valores variando entre R$30, e R$70 reais, como referência novembro de 2021. Isso o torna especial para aplicação de precisão e com custo relativamente baixo.

O circuito aqui apresentado é baseado no Datasheet do componente, referenciado como "Portable Calibrator".

De montagem simples, utiliza apenas um amplificador operacional de precisão, alguns resistores de precisão e um trimpot multivoltas.

O circuito faz uso da referência de tensão e do ampop para gerar uma tensão de saída de 10V, ajustável através do trimpot.

Ao observar o circuito, identificam-se alguns pontos críticos, como por exemplo os resistores de realimentação negativa, o trimpot e o próprio ampop.

:: Os resistores de realimentação negativa precisam ser de excelente estabilidade térmica. Isso devido ao fato de estarem diretamente relacionados com o ganho do circuito e com a tensão de saída. Idealmente, esses componentes deveriam ser integrados no mesmo substrato, de tal forma que a variação de temperatura do sistema fosse igualmente percebida nós dois, simultaneamente. Assim, com o aumento da temperatura e um coeficiente de temperatura igual para os dois componentes, o valor de tensão de saída sofreria uma variação mínima.

:: O trimpot é um segundo elemento bem crítico no que diz respeito à estabilidade. Por ser constituído de partes mecânicas móveis, folgas, impactos e variações de temperatura podem influenciar fortemente no valor ajustado de resistência do circuito. Idealmente, seu valor deve ser o mais baixo o possível e com resolução alta, para garantir a menor variação possível para o circuito. O ajuste de compensação pode ser feito no resistor de realimentação e o que encontra-se em série com este trimpot, para que este possa ser substituído por valores na casa das centenas de ohms apenas.

:: O amplificador operacional, em outra mão, deve ser escolhido para que apresente o menor coeficiente de temperatura possível, podendo até ser utilizado um com possibilidade de ajuste na tensão de offset de saída, mas preferivelmente um de boa qualidade, como o recomendado lt1001, é bem decente para a aplicação.

Uma alternativa para amenizar os problemas elencados é minimizar a transferência térmica do circuito com o ambiente. Para isso, pode-se enclausurar todo o circuito, em uma caixa fechada e com algum material potencialmente isolante térmico, como espuma ou isopor, lã de vidro ou de rocha, etc.

Isso faz com que, primeiro, todos os componentes estejam na mesma temperatura e, em segundo lugar, a temperatura dentro da clausura mantenha-se uniforme e estável.

É importante notar que o sistema precisa de um tempo de estabilização, de tal forma a permitir que atingida a temperatura de estabilização, as medições possam ser efetuadas dentro da condição estática do circuito.

Os testes aqui apresentados não configuram a condição ideal de aplicação do circuito, com uma montagem em protoboard e sem o isolamento térmico do circuito com o ambiente.

Descrição do teste 

Materiais utilizados

*Por se tratar de um circuito altamente sensível, que pode sofrer influência sob muitos fatores, serão listados aqui os materiais, seus respectivos fabricantes e as especificações apresentadas ou obtidas empiricamente desses elementos.

:: Matriz de contatos de 840 pontos Minipa MP-840 [Contatos de bronze fosforoso banhados à níquel];

:: LM399H [lote: H0736];

:: Fonte de Alimentação Linear ajustável de 30V-5A

:: Amplificador Operacional OP07

Medição:

:: Agilent 34401A, conectado à um computador via comunicação serial RS-232 com software DMM conectivity utility

:: 

Metodologia

O circuito apresentado foi montado em uma matriz de contatos, nova, para evitar mal contato e falhas.

A tensão de alimentação adotada foi de 15V DC, oriunda de uma fonte linear, com baixo ripple e baixo ruído:

 > Vripple: 1mV RMS;

Foi colocado sobre a parte do circuito na matriz de contatos, uma pequena caixa plástica, para minimizar correntes de vento e dificultar a troca de calor entre o circuito e o ambiente.

Após a energização do sistema, aguardou-se 5 minutos para que o ajuste da tensão de saída fosse realizado no trimpot. Um tempo de estabilização de 1 minuto serviu de intervalo entre os ajustes da saída, até que a tensão de saída ficasse o mais próxima o possível de 10V. A tensão obtida foi de 10,00002V.

O sistema foi deixado em funcionamento em 3 condições análogas, de tal forma que se pudesse aferir seu funcionamento.

No primeiro teste, o circuito ficou acionado por 24h consecutivas, e a temperatura ambiente não variou mais do que 1ºC, ficando na faixa de 25ºC

No segundo teste, o circuito funcionou por 14h consecutivas, sob condições de temperatura iguais ao teste anterior.

No terceiroteste, o circuito rodou por 33h, e a temperatura variou entre 24ºC e 28ºC.

Em nenhum momento durante a execução dos dois testes o circuito foi tocado, e nenhum dispositivo que pudesse causar grande interferência foi acionado durante os períodos de testes.

Resultados Obtidos

Teste 1:

:: Tensão Média: 9,999999107V

:: Tensão Máxima: 10,000036V

:: Tensão Mínima: 9,9999744V

Variação total: 61,6 p.p.m.

Variação em torno da tensão ajustada: +16 p.p.m. / -45,6 p.p.m.

Teste 2:

* Sem o gráfico

:: Tensão Média: 9,999979282V

:: Tensão Máxima: 10,000017V

:: Tensão Mínima: 9,9999389V

Variação total: 78,1 P.P.M.

Variação em torno da tensão ajustada:-78,1 p.p.m.

Teste 3:

:: Tensão Média: 9,999988668V

:: Tensão Máxima: 10,000023V

:: Tensão Mínima: 9,9999389V

Variação total: 84,1 ppm

Variação em torno da tensão ajustada: +3ppm/-81,1 ppm

Discussão

Como pode ser observado nos resultados apresentados, notamos uma variação superior a 60 ppm em todos os testes, o que significa que o sistema pode ser utilizado como referência precisa até a 4ª casa decimal, indicando que pode ser utilizado como referência para multímetros de até 5 1/2 dígitos, de forma não ideal, e com confiança até a 3ª casa decimal, sendo mais indicado para multímetros de 4 1/2 dígitos.

Pode-se atribuir essa grande variação encontrada à montagem, que foi realizada de forma não ideal em uma matriz de contatos e ao fato do isolamento térmico do circuito não estar plenamente adequado.

Os fatores elencados como críticos são provavelmente os maiores responsáveis pela grande variação encontrada.

Na montagem definitiva em placa, o layout da montagem considerará colocar estes dois resistores próximos entre si, de tal forma que sofram as variações de temperatura de forma igual, já que conseguir resistores montados sob o mesmo substrato e de tal forma que satisfaçam as necessidades do circuito, no Brasil, é uma tarefa extremamente complexa, como conseguir resistores com coeficiente de temperatura de 1 ou 0,1 ppm/C.

Propostas para os próximos testes

Os próximos testes serão efetuados com o circuito já transferido para uma placa de circuito impresso e já encapsulado com isolante térmico, com a finalidade de minimizar os efeitos térmicos e de contatos da montagem.

O sistema será posto em funcionamento sob as mesmas condições e os efeitos serão novamente analisados.

Adicionalmente, outra proposta é a de verificação da qualidade do componente em si, desconsiderando as variáveis de circuito apresentadas.

Dessa forma, pretende-se manter as mesmas configurações de polarização, porém, desta vez, o objetivo será a realização da medida da tensão de referência do próprio LM399H e comparar com as variações apresentadas neste teste.

Review de Protoboards

 Há algum tempo que estou intrigado com as possibilidades de medida que o meu recém adquirido Agilente 34401a oferece. Mesmo não sendo um instrumento muito recente, é absurdamente confiável e permite realizar medidas muito precisas, estáveis e, o mais interessante, criar datalogs.

Ainda, para explorar as possibilidades dele e de circuitos de precisão, montei um circuito de 'Standard Cell' de 10V com LM399H, que pretendo discorrer mais a respeito na próxima postagem. Por hora, aproveitei a medida a 4 fios (ou Kelvin) que ele possui para verificar a qualidade dos protoboards que utilizo.

Na busca por protoboards melhores, mais confiáveis, resolvi fazer este review.

Na minha pequena oficina, possuía basicamente 2 modelos de protoboard. A primeira de uma marca antiga, chamada Pront-o-labor que, na minha humilde opinião, era horrível! Péssima para trabalhar. Conexões absurdamente duras, muito mal contato, com problemas no acabamento, enfim, não valiam o dinheiro gasto (na época nem me lembro quanto me custou). Por fim, foi deixada de lado e servia apenas como backup ou para ficar na mochila em casos de emergência (Qual seria o tipo de emergência que necessitaria do uso de uma protoboard?)

A segunda marca, pouco conhecida, E.I.C., só vi a venda (e ainda vejo) na mais tradicional loja de componentes eletrônicos da região da Santa Efigênia. E só nessa grande loja com M azul.

Essa marca, apesar de desconhecida, nunca me trouxe problemas em nenhuma das minhas montagens, tanto que, posteriormente, sempre procurei comprar dessa marca, variando entre alguns modelos.

Hoje, porém, em busca de realizar alguns testes, adquiri alguns exemplares da Minipa, modelo MP-830A.

A Minipa, há alguns anos, vendia um protoboard com base cinza e matriz branca, que, sinceramente, nunca utilizei, mas que nas minhas buscas, era um modelo que me transmitia bastante confiança ao olhar. Com estética muito parecida com os tradicionais e de altíssima qualidade da 3M, tristemente impossíveis de encontrar no Brasil e com preços bastante proibitivos no mercado nacional.

Utilizando esta potente máquina que é o 34401A, resolvi realizar a medida da resistência elétrica entre os terminais de todos os modelos que possuo. O resultado será apresentado a seguir:

E.I.C 830

O primeiro modelo da E.I.C. possui 830 pontos. É muito parecido com os modelos que hoje encontram-se facilmente no mercado chinês. Nas laterais da placa correm 2 trilhas longitudinais de alimentação, de cada lado. Supostamente uma para transmitir a alimentação + e outra -. Este modelo não possui interrupção no meio das trilhas de alimentação, como ocorre em alguns modelos de outras marcas (inclusive da Minipa).

O acabamento geral do equipamento é muito bom, a serigrafia é bem legível e durável, não apresenta borrões ou falhas e não possui nenhuma rebarba na parte plástica.

A marca não especifica quais são os materiais utilizados na construção, como material dos contatos ou o tipo de plástico.

Os orifícios não são duros para inserir os terminais dos componentes eletrônicos e ele oferece uma boa fixação. Não sente-se que o terminal fica solto dentro do orifício.

A parte inferior possui uma fita dupla-face que permite colar a matriz de contatos em uma superfície ou base, para trabalhar e a embalagem acompanha uma folha de alumínio que pode ser utilizada para fixar o protoboard. Este modelo não vem com aquela tradicional base com bornes, e nem acompanha a caixa de jumpers.

Testes elétricos

A resistência elétrica observada nas trilhas longas de alimentação foi: 

:: 75mOhms entre as duas extremidades;

:: 39mOhms entre uma das extremidades e o centro;

A resistência elétrica entre as trilhas menores, onde encaixamos os componentes foi:

::  17mOhms em média.

Foram testados 5 pontos e o resultado é a aproximação da média entre as medidas.

Apesar de não conter a especificação, eu não recomendaria utilizar essas trilhas para uma circulação de corrente superior a 3A, tampouco para utilizar com sinais de alta tensão e, principalmente, não utilizar a tensão da rede elétrica.

Estes testes foram realizados em uma matriz nova, comprada para esta finalidade.

Como mencionei, possuo outras matrizes de contato dessa marca, a mais antiga está com 15 e ainda a utilizo nas prototipagens, sem nenhum problema.

Minipa MP-830A

Esta foi a minha primeira impressão com um protoboard dessa tradicional marca de instrumentos brasileira.

Diferente da E.I.C., a Minipa traz as especificações do produto:

:: 830 Furos,

:: Corpo em ABS (Resistente até 90ºC)

:: Contatos de Bronze fosforoso com banho de níquel

:: Tensão máxima de 300V

:: Corrente Máxima de 3A RMS

Ao abrir a cartela onde o produto veio embalado, fisicamente já não gostei do acabamento da serigrafia. É consideravelmente mais fraco e borrado, com algumas falhas, se comparado ao modelo da marca anterior. Este aspecto o faz parecer-se mais aos modelos encomendados de sites chineses.

Ao experimentar a inserção de componentes, verifica-se uma maior dificuldade de inserção dos terminais, sendo necessário recorrer ao uso de um pequeno alicate. A 'pega' é muito boa, não transmite a sensação de que ocorrerá mau contato. Apenas estranhei a dificuldade.

A trilha dupla de alimentação já possui a interrupção na metade. Na minha opinião, um aspecto negativo, já que trás uma maior propensão a erros. Nesses casos, costumo colocar e também recomendar que coloquem um jumper, interligando as partes divididas.

Testes elétricos

O modelo da minipa foi o que ofereceu os melhores resultados elétricos:

A resistência elétrica observada nas trilhas longas de alimentação foi: 

:: 18mOhms entre o centro e uma das extremidades;

A resistência elétrica entre as trilhas menores, onde encaixamos os componentes foi:

::  7mOhms em média.

Este modelo, sem dúvida entre os testados, é o que apresenta melhor desempenho elétrico, apesar das características estéticas deixarem a desejar um pouco.

Outro ponto que me deixou desapontado foi o fato de os furos da trilha de alimentação não coincidirem com os furos das colunas dos componentes. Questão de gosto.

Tanto este modelo quanto o anterior possui possibilidade de encaixe de múltiplas matrizes, possibilitando a expansão.

Teste de capacitância

Nos testes de capacitância, todos os protoboards apresentaram medidas variadas entre 2 e 3pF.

O valor foi medido com uma Ponte LCR Hantek 1833c, em todas as faixas de medição do instrumento, de 100Hz até 100kHz.

Em toda a faixa, a capacitância foi bem estável.

Neste teste, portanto, apenas os protoboards antigos apresentaram capacitância superior a 3pF, que não foram elencados e caracterizados neste teste. Portanto, nesse pré-requisito, todos os protoboards foram bem consistentes, sem um vencedor iminente.

Num futuro não tão distante

Pretendo adicionar umas fotos aqui dos 2 protoboards citados e também comprar de mais uma ou duas marcas, para enriquecer as comparações.

Numa segunda oportunidade, realizar o teste comparativo das capacitâncias parasitas de todos os modelos, em até 15MHz já que entendo que, em mais altas frequências, as próprias técnicas de montagem no protoboard já não são adequadas, quanto a própria matriz.

Por que preciso de um osciloscópio e de um gerador de funções?

Muitas vezes o osciloscópio é visto como um instrumento opcional e na maioria delas, os usuários o subestimam, acreditando que sua única função é a visualização de ondas. Não deixa de ser verdade, pois basicamente o que um osciloscópio simples de duplo traço faz é exibir ondas (!). O interessante não é apenas ver a onda, mas saber o que ela significa e o que pode ser feito com ela.

Da mesma forma, o mesmo entendimento é feito a respeito do gerador de funções, visto como equipamento para áudio e que serve para testar amplificadores. Muitos acreditam que o gerador de funções e o gerador de áudio são o mesmo equipamento, o que não é verdade.

Entre as diferenças básicas dos dois, salientamos:
  Largura de Banda:
 Gerador de funções: 0Hz à 2MHz (no mínio) ou 60MHz nos modelos mais novos.
 Gerador de Áudio: 0Hz a 100Khz (alguns modelos a até 1MHz).

  Formas de Onda:
  Gerador de Funções: No mínimo onda Senoidal, Quadrada e Triangular. Modelos novos possuem diversas formas de onda diferentes, além de permitires a geração de sinais arbitrários, desenhados pelo usuário.
  Gerador de Áudio: Normalmente apenas onda Senoidal e Quadrada.

  Controles e funções gerais:
 Gerador de Funções: Simetria de Onda, Varredura de sinal, saídas CMOS e TTL, Ajuste de Offset positivo e negativo, Impedância de Saída de 50 Ohms. Distorção Harmônica menor que 1%
  Gerador de Áudio: Ajuste de amplitude do sinal, Impedância de saída típica de 600 Ohms. Distorção Harmônica menor do que 0,05% na maioria dos geradores.

 Analisadas essas características básicas apresentadas, podemos verificar que são dois equipamentos distintos utilizados em eletrônica.

  Mas afinal, por que precisamos desses equipamentos?

  De forma geral, um não vive sem o outro. Você normalmente não terá muita utilidade para o gerador sem possuir um osciloscópio. O inverso já não é tão recíproco assim, mas possuir os dois equipamentos aumentará seu campo de visão na Eletrônica.

  Com um osciloscópio e um gerador, você consegue:

• Projetar e Testar amplificadores de áudio;
• Seguir sinais em placas de circuitos analógicos e digitais;
• Medir Capacitâncias de componentes e capacitores desconhecidos;
• Medir indutância;
• Medir ESR de capacitores eletrolíticos e similares;
• Identificar os terminais externos de capacitores de poliéster, para conectá-los corretamente aos circuitos;
• Medir impedância de entrada e de saída de amplificadores e outros equipamentos, circuitos e componentes;
• Medir a curva de resposta em frequência de qualquer dispositivo ou equipamento;
• Utilizando circuitos apropriados, pode-se testar praticamente qualquer componente eletrônico transformando o osciloscópio em um traçador de curvas, permitindo: Teste e casamento de diodos, diodos zener e transistores;
• Procurar por fontes de ruído em circuitos sensíveis;
• Testar cristais osciladores dentro e fora de circuitos;
• Verificar a distorção de sinais (Osciloscópio Analógico) e Calcular a distorção total (osciloscópio Digital).

Essas são algumas das aplicações básicas que se consegue fazer utilizando-se os dois equipamentos. Muitas outras funções podem ser obtidas, dependendo apenas da necessidade. Podemos salientar, ainda, o uso do osciloscópio em outras áreas, por exemplo a área médica e automotiva.

Esse conjunto de equipamentos traz muitos detalhes à bancada de Eletrônica, que nem os melhores multímetros conseguem. Muitas vezes, ter os equipamentos de testes específicos para todos esses parâmetros encarece muito o laboratório e, em função do seu uso relativamente raro, acaba não oferecendo um bom custo benefício. Utilizando um simples osciloscópio e um gerador de funções básico temos todos esses equipamentos em uma configuração reduzida. 

Retificador Para Galvanoplastia

Há alguns meses eu desenvolvi um projeto de uma mini galvanoplastia. Eram um conjunto para dar banho de Ródio em joias, com 2 tanques com aquecimento, tanque de desengraxe e lavagem. O aquecimento era controlado e o banho era temporizado, com corte de corrente ao tempo pré-determinado pelo fabricante da solução.

O principal elemento desse sistema era um 'retificador' (coloquei assim porquê esse é o nome que o pessoal da joalheria dá para a fonte). Era basicamente uma fonte linear, de 0 a 15V e 50A. Essa fonte seria reaproveitada, já existente e operante no local.

Quando abri e fui dar uma olhada no circuito do retificador, a configuração do circuito me deixou bastante curioso.

A topologia tradicional de fonte linear foi deixada de lado e tomou lugar o controle por tiristor. Havia um Triac no primário do transformador, basicamente um circuito de dimmer tradicional e, no secundário, 2 diodos formando um retificador com center tape. E só. (pra não dizer só, tinha um Shunt gigante feito com fio de cobre enrolado, pois a fonte original tinha amperímetro).

Ficou bem claro pra mim, naquele momento, que o uso do tiristor no primário eliminaria a perda de potência em transistores, caso fosse adotada uma topologia padrão de fonte linear, mesmo porquê são 50A, o que criaria a demanda pelo uso de vários transistores e grandes dissipadores de calor. Os únicos elementos dotados de dissipador eram os diodos.

O que me deixou bem intrigado foi o fato de não haver filtro capacitivo. A minha dúvida maior era se aquele shunt de cobre enrolado era mesmo só um shunt ou um tipo de filtro indutivo na saída.

Os processos de galvanoplastia com Ródio são muito criteriosos, a tensão deve se manter estável, sem variações, além da temperatura da solução e os cuidados ao manipular a peça e prevenção de contaminação da solução.

Não tive a oportunidade de colocar a saída daquele retificador em um osciloscópio, mas tenho certeza de que a forma de onda de saída não era estável. Aí está, esses retificadores são caros, pesados e vendidos como excelentes para as aplicações de banhos em jóias. Porém, não há um filtro capacitivo que permita um sinal estável na saída.

Gostaria de saber se alguém com mais experiência que eu em eletrônica para galvanoplastia poderia me responder se esse tipo de topologia pode prejudicar os banhos ou se não interferem.

Placa de acionamento GSM - GSM Relay - Parte 1

Essa placa veio da China, comprada pelo AliExpress. Meu sogro a comprou para abrir e fechar o telhado da casa dele e também abrir e fechar os portões de entrada.

O envio foi feito em uma caixinha, sem manual nem nada. Vieram apenas a placa, 2 antenas e um adaptador para USB, que permite ligar a placa ao computador e efetuar as configurações de forma mais fácil.

A primeira informação que cacei na internet foi o fabricante. É feita por uma tal de Waferstar. O site é www.waferstar.com.

No site, consegui o manual, o programa e o driver para o adaptador.

Impressões sobre a placa

A placa parece boa. vou deixar no final do post as especificações dela segundo o fabricante.

A parte de comunicação GSM é feita pelo SIM800, da SIMCom. Já trabalhei com o SIM900L. Meio chato, por causa da tensão de alimentação do CI, que era de até 4,1V se não me engano e  corrente dele, que era razoável, 2A. (já exclui, por exemplo, os 78XX da vida).

O microcontrolador da placa é um Silicon Labs c8051f380. Esse Microcontrolador é baseado no clássico dos clássicos 8051, mas com USB nativa, sem necessidade de osciladores ou outro hardware e que roda com clock de até 50MHz. Legal também é seu ADC de 10 bits, 32 canais e 500ksps.

Bem abaixo dele, existe uma EEPROM, ATMLH122. Ao lado da EEPROM, tem outro CI SMD cujo código é 1726. Não achei informação nenhuma sobre ele e não o conheço.

Fora isso, o último CI da placa é um conversor step-down para 3,3V MP1593.

Na parte de potência, 6 relés comuns, 5V de bobina, 250V/10A de contatos e um outro relé, diferente, que é de 250V/12A de contato.

Diz que pode ser alimentada com bateria, mas não fala a tensão. Acredito que seja de 5,1V, de lítio, tipo de celular. A alimentação padrão é de 9 a 24V.

Quanto à qualidade, deixa um pouco a desejar. Encontrei muitos resíduos de fluxo de solda na parte inferior da placa.

Especificações do Fabricante:

Specifications:

• Real-time & interactive control
• 7 channels  250V 10A 50 Hz relay contacts
• Works  with GSM phones 
• Operating temperature (-25 .. +60 °C) 
• Relays operates almost every appliance 
• Small standby power (< 10mA 12V) 
• Relay memory after power failure
• Optional password to keep the system at safety operating mode.
• Remote Password change 
• Two operating mode optional ( remote setting with GSM phones)
• One relay is woking with the phone calling, and others working with the SMS
• Commands can added to GSM-phone number for raeady made commands
• Working voltage is at 9~24V AC /DC.

Link: http://www.waferstar.com/en/GSM-RELAY.html

Na parte 2 eu vou mostrar a programação da placa. Falta comprar o CHIP e procurar uma fonte na oficina pra alimentar a placa.

Fontes de Alimentação YaXun

Recentemente tenho trabalhado (e parado) em um projeto de uma fonte de alimentação ajustável, com controle de corrente e tensão. Num momento de falta de tempo e um pouco sem paciência para terminar o projeto, fui atrás de uma opção "boa mas barata" e me deparei com as fontezinhas YaXun PS-1502 e diversos outros modelos similares. Fucei um pouco por aí e consegui achar o esquema elétrico.

Achei também muita gente reclamando do transistor de saída, um 2N3055, velho de guerra. Dando uma resumida, tirado do Datasheet dele aqui, temos:

Corrente de coletor: 10A
Corrente de Base: 7A
Potencia total dissipada à 25°C: 115W

Qual o problema então, se essa fontezinha dá na saída só 2A com 15V?
O problema é que, quanto maior a temperatura do encapsulamento, menor a potência que ele consegue controlar.

Por exemplo, em 50°C a potência cai para 100W; Em 100°C, para 65W; E por fim, quando a temperatura está próxima de 150°C, a máxima potência vai para 30W, o que fica bem perto do valor máximo da potência dessa fonte.

Como resolver?

Uma solução mais simples seria adotar um dissipador de calor melhor para o transistor. Originalmente ele é preso à carcaça da fonte. Vários videos do YouTube mostram como adaptar coolers de computador para isso. Ajuda, é uma boa solução. Mas tem coisa melhor que pode ser feita.

Uma alternativa interessante seria, além de melhorar o dissipador, associar mais um 2N3055 em paralelo com esse primeiro, com um pequeno resistor no coletor, de 0,22Ohm ou um pouco menor, e potência de pelo menos 1W, ideal seria 2W ou mais. Isso faz com que a corrente de coletor se ddivida em cada transistor, indo para 1A, diminuindo a potência total em cada um pela metade, aumentando a folga e garantindo estabilidade térmica para os dois. 

Fácil, Rápido e você resolve o principal problema dessa fontezinha, que de resto, me pareceu bem boa.

Valeu!