Itt egy egyszerű voltmérőt tervezünk. Egyszerű, mert csak egy IC chipet tartalmaz - LM3914. Az LM3914 egy chip, amely 10 LED-et működtet a lineáris bemeneti feszültség értéke alapján.
Az IC decimális kimenetet nyújt a szükséges LED megvilágításával a bemeneti feszültség értéke alapján. A maximális bemenő bemeneti feszültség a referenciafeszültségtől és a tápfeszültségtől függően változik, ezt a cikk későbbi részében tárgyaljuk.
Ez a chip módosítható az akkumulátor védelmi áramköréhez, az ampermérő áramkörhöz stb., De itt a voltmérőhöz használjuk. Az LM3914 egy 10 fokozatú voltmérő, ami azt jelenti, hogy 10 bites módban mutatja a variációkat. A chip paraméterként érzékeli a bemenő bemeneti feszültséget, és összehasonlítja azt referenciával, valahányszor a feszültség átlépi a referencia bizonyos részét, a megfelelő LED világít.
A chip úgy van programozva, hogy közvetlenül vezesse a LED-et, így nincs szükség további ellenállásra.
Alkatrészek
Tápegység (5v)
1K ellenállás (3db)
10K ellenállás (2db)
LM3914 IC
10 LED
0,1µF kondenzátor (2 db).
Kenyérlemez és összekötő vezetékek
Áramkör és munka
Az LM3914 belső áramköre az alábbi ábrán látható:
Az LM3914 egy 10 fokozatú mérőegység. Ezt a fenti belső áramkör mutatja. Az LM3914 alapvetően 10 komparátor kombinációja. Minden komparátor op-amp, negatív terminálján referenciafeszültséget nyer.
Itt az a fontos, hogy a mérési feszültség nem lehet magasabb, mint a referenciafeszültség vagy a chip tápfeszültsége. Ezt mindig szem előtt kell tartani. A nagyobb mérési feszültség elérése érdekében a bemenet állandó értékét az ellenállás feszültségosztó áramkörével fogjuk használni. Egyszerűen felosztja a feszültséget az ellenállások alapján.
Tekintsük az ábrán látható hálózat által alkotott áramkört:
Tehát 15V bemeneti feszültség mellett R1 = 11K, R2 = 1K Vout = 15 (1/11) = 1,5 V (hozzávetőlegesen).
A referenciafeszültséget a követelmények alapján választják meg. A referenciaértéknek annak a maximális mérési feszültségnek kell lennie, amelyet a chipre fogunk alkalmazni. Ha változó feszültséget mérünk 20v csúcsfeszültséggel, akkor a 20V referenciát kell választanunk.
A referenciát az alábbi egyenlettel választjuk meg:
Mivel 0-15 közötti feszültségeket akarunk mérni, R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K értéket kell választanunk.
Ezzel a referenciafeszültséget Vref = 1,25 * 12 = 15V-ra választottuk. Tehát maximális bemeneti feszültségünk 15 V.
Fontos azonban megjegyezni, hogy magasabb referenciaértéknél nagyobb a lépésfeszültség és alacsonyabb a felbontás. Mondjuk 20V referenciával, hogy van egy 2V-os lépésünk, a 2V-4V közötti feszültség nem mérhető. Tehát nagyobb feszültség mellett kisebb a pontosságunk.
Mivel a chip 10 fokozatú, és a feszültség 0-15 V-os, 1,5 V-os lépcsőnk van. Tehát a feszültségmérés minden 1,5 V-os növekedésével egy további LED világít.
Az LM3914 voltmérő áramköréhez készített csatlakozásokat az alábbiakban adjuk meg:
PIN3 ---------------------------- + 5v táp
PIN2 -------------------------------- föld
PIN5 ----------------------------- + változó feszültség
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- csatlakozik a LED-ekhez
A LED mérési szintje:
+ 1,5 V, + 3,0 V, + 4,5 V, + 6,0 V, + 7,5 V, + 9,0 V, + 10,5 V, + 12,0 V, + 13,5 V, + 15,0 V.
Tegyük fel, hogy a mérési feszültség 10V, a hatodik LED világít. Mondjuk, hogy a mérési feszültség 12,5 V, a kilencedik LED világít. Tehát 1,5 V-os lépésekben akár 15 V-ot is mérhetünk.