Здесь мы собираемся сконструировать простой вольтметр. Это просто, потому что в нем всего одна микросхема - LM3914. LM3914 - это микросхема, которая управляет 10 светодиодами в зависимости от значения линейного входного напряжения.
Микросхема обеспечивает десятичный вывод, зажигая необходимый светодиод в зависимости от значения входного напряжения. Максимальный измерения входного напряжения изменяется в зависимости от опорного напряжения и напряжения питания, мы обсудим, что в более поздней части статьи.
Этот чип можно модифицировать для схемы защиты аккумулятора, схемы амперметра и т. Д., Но здесь мы используем ее для вольтметра. LM3914 - это 10-ступенчатый вольтметр, что означает, что он показывает изменения в 10-битном режиме. Чип воспринимает измеряемое входное напряжение как параметр и сравнивает его с эталонным, каждый раз, когда напряжение пересекает определенную часть эталонного сигнала, загорается соответствующий светодиод.
Чип запрограммирован на непосредственное управление светодиодом, поэтому дополнительное сопротивление не требуется.
Составные части
Источник питания (5В)
Резистор 1 кОм (3 шт.)
Резистор 10 кОм (2 шт.)
LM3914 IC
10 светодиодов
Конденсатор 0,1 мкФ (2 шт.).
Макетная плата и соединительные провода
Принципиальная схема и работа
Внутренняя схема LM3914 показана на рисунке ниже:
Как уже говорилось, LM3914 представляет собой 10-ступенчатый измерительный блок. Это показано на внутренней схеме выше. LM3914 представляет собой комбинацию из 10 компараторов. Каждый компаратор представляет собой операционный усилитель с повышенным опорным напряжением на его отрицательном выводе.
Теперь главное здесь в том, что измеряемое напряжение не может быть выше, чем опорное напряжение или напряжение питания чипа. Об этом нужно всегда помнить. Для достижения более высокого измерительного напряжения при постоянном входе мы будем использовать схему резистивного делителя напряжения. Он просто делит напряжение по резисторам.
Рассмотрим схему, образованную сетью, показанной на рисунке:
Таким образом, при входном напряжении 15 В, R1 = 11K, R2 = 1K мы имеем Vout = 15 (1/11) = 1,5 В (приблизительно).
Опорное напряжение выбираются исходя из требований. Контрольное значение должно быть максимальным измерительным напряжением, которое мы собираемся приложить к микросхеме. Если мы измеряем переменное напряжение с пиковым напряжением 20v мы должны выбрать ссылку на 20В.
Ссылка выбирается по формуле:
Поскольку мы хотим измерять напряжения от 0 до 15, нам нужно выбрать R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K.
С этим мы выбрали опорное напряжение для Vref = 1,25 * 12 = 1. Итак, у нас максимальное входное напряжение до 15В.
Тем не менее, важно помнить, что выше, опорное значение больше шага напряжение и уменьшить разрешение. Скажем, относительно 20 В у нас есть шаг 2 В, любое напряжение между 2 В и 4 В невозможно измерить. Таким образом, чем выше напряжение, тем меньше точность.
Так как микросхема 10-каскадная, а напряжение от 0 до 15 В, то шаг 1,5 В. Таким образом, с каждым шагом измерения напряжения 1,5 В загорается дополнительный светодиод.
Подключения, которые выполняются для цепи вольтметра LM3914, приведены ниже:
PIN3 ---------------------------- Питание +5 В
PIN2 -------------------------------- заземление
PIN5 ----------------------------- + переменное напряжение
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- подключен к светодиодам
Уровень измерения для светодиода выглядит следующим образом:
+ 1,5 В, + 3,0 В, + 4,5 В, + 6,0 В, + 7,5 В, + 9,0 В, + 10,5 В, + 12,0 В, + 13,5 В, + 15,0 В.
Допустим, измеряемое напряжение 10В, горит шестой светодиод. Допустим, измеряемое напряжение 12,5 В, горит девятый светодиод. Таким образом, с шагом 1,5 В мы можем измерить до 15 В.