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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Voltmetro LED integrato. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Automobile. Dispositivi elettronici Le descrizioni dei dispositivi per la visualizzazione luminosa dei livelli di tensione sono già state pubblicate sulle pagine della nostra rivista. Sembrerebbe, cos'altro si può aggiungere a quanto pubblicato? Si scopre che è possibile! L'articolo che segue lo conferma: un vero radioamatore non ha fretta di considerare risolto qualsiasi problema... Un voltmetro installato sul cruscotto di un'auto consente di monitorare rapidamente il livello di tensione nella sua rete di bordo. Tale dispositivo non richiede un'alta risoluzione, ma richiede la capacità di leggere facilmente e rapidamente le letture. Un indicatore di tensione LED discreto soddisfa al meglio queste condizioni. Tali dispositivi sono diventati molto diffusi per valutare i livelli di tensione e potenza (nelle apparecchiature di amplificazione del suono). Di solito vengono implementati in due modi. Il primo è descritto in dettaglio in [1]. La sua essenza è che una linea di LED è collegata alla sorgente della tensione misurata attraverso un partitore di tensione resistivo a più uscite. Qui vengono utilizzate le proprietà di soglia di LED, transistor e diodi. Per la semplicità di un tale indicatore, bisogna pagare con una soglia poco chiara per l'accensione dei LED (come notato dall'autore in [2]). Tali dispositivi una volta venivano venduti sotto forma di apparecchi radio. Il secondo metodo consiste nell'utilizzare un comparatore separato per accendere ciascun LED, confrontando parte del segnale di ingresso con quello di riferimento (come, ad esempio, in [3]). A causa dell'elevato guadagno dei comparatori, molto spesso eseguiti su amplificatori operazionali, le soglie di attivazione e disattivazione sono molto chiare, ma per l'indicatore sono necessari molti chip. Gli amplificatori operazionali quadrupli sono attualmente ancora costosi e uno di questi chip può pilotare solo quattro LED. Infine, non si può non notare il lavoro (4), in cui viene utilizzato il principio della conversione da analogico a digitale. Questo design presenta molti vantaggi, ma ci sono ancora molte parti e anche antieconomiche. Il voltmetro portato alla vostra attenzione è ottimizzato alla luce di quanto sopra: in esso si ottengono livelli di soglia chiari per l'accensione dei LED utilizzando un minimo di elementi economici, economici e ampiamente disponibili. Il principio di funzionamento del dispositivo si basa sulle proprietà di soglia di un microcircuito digitale. Il dispositivo (vedi diagramma in Fig. 1) è un indicatore a sei livelli. Per facilità d'uso in macchina, l'intervallo di misurazione viene scelto tra 10 e 15 V in incrementi di 1 V. Sia l'intervallo che l'incremento possono essere facilmente modificati.
I dispositivi di soglia sono sei inverter DD1,1-DD1.6, ciascuno dei quali è un amplificatore di tensione non lineare ad alto guadagno. Il livello di soglia di commutazione degli inverter è circa la metà della tensione di alimentazione del microcircuito, quindi sembrano confrontare la tensione di ingresso con metà della tensione di alimentazione. Se la tensione in ingresso dell'inverter supera il livello di soglia, alla sua uscita apparirà una tensione di basso livello. Pertanto, il LED che funge da carico dell'inverter verrà acceso dalla corrente in uscita (in ingresso). Quando l'uscita degli inverter è alta, i LED sono chiusi e spenti. Dalle uscite del partitore resistivo R1-R7 viene fornita all'ingresso degli inverter la quota corrispondente della tensione di rete di bordo. Quando cambia la tensione di bordo, anche le sue quote cambiano proporzionalmente. La tensione di alimentazione degli inverter e della linea LED è stabilizzata dallo stabilizzatore del microcircuito DA1. I valori dei resistori R1-R7 sono calcolati in modo tale da ottenere un passo di commutazione pari a 1 V. Il condensatore C2 insieme al resistore R1 forma un filtro a bassa frequenza che sopprime i picchi di tensione a breve termine che possono verificarsi, ad esempio, all'avvio di un motore. Il produttore di stabilizzatori a microcircuito consiglia di installare il condensatore C1 per migliorarne la stabilità alle alte frequenze. I resistori R8-R13 limitano la corrente di uscita degli inverter. Come calcolare i resistori R1-R7? Nonostante il fatto che all'ingresso degli inverter DD1.1.-D1.6 siano installati transistor ad effetto di campo, che praticamente non consumano corrente di ingresso, esiste una cosiddetta corrente di dispersione. Questo ci costringe a scegliere una corrente attraverso il divisore che sia molto maggiore della corrente di dispersione totale di tutti e sei gli inverter (non più di 6X10-5 μA). La corrente minima attraverso il divisore sarà alla tensione minima indicata di 10 V. Impostiamo questa corrente su 100 μA, che è circa un milione di volte superiore alla corrente di dispersione. Quindi la resistenza totale del divisore RД=R1+R2+RЗ+R4+R5+R6+R7 (in kilo-ohm, se la tensione è in volt e la corrente è in milliampere) dovrebbe essere uguale a: Rä=U× min /Imin = 10 V/0,1 mA = 100 kOhm. Ora calcoliamo la resistenza di ciascuno dei resistori nella condizione Upor = Upit/2, cioè nel caso in esame Upor = 3 V. Con una tensione di ingresso di 15 V, 7 V dovrebbero cadere attraverso il resistore R3 e la corrente attraverso it (pari alla corrente attraverso l'intero divisore) Id=UBX/Rd=15 V/100 kOhm=0,15 mA=150 μA, quindi la resistenza del resistore R7: R=Upop/Id; R7=3 V/0,15 mA=20 kOhm. All'ingresso dell'inverter DD1.5 dovrebbero esserci 3 V con una tensione di ingresso di 14 V. La corrente attraverso il divisore in questo caso è Id = 14 V/100 kOhm = 0,14 mA. Quindi la resistenza totale R6+R7=Upop/Id=3/0,14-21,5 kOhm. Quindi R6 \u21,5d 20-1,5 \uXNUMXd XNUMX kOhm. La resistenza dei restanti resistori del divisore si determina allo stesso modo: R5=UporkhRd/Uin-(R6+R7)-1,6 kOhm; R4-2 kOhm, RЗ-2,2 kOhm, R2-2.7 kOhm e, infine, R1=Rä-(R2+RЗ+R4+R5+R6+R7) = 70 kOhm-68 kOhm. In generale, come è noto, la tensione di soglia degli elementi del microcircuito CMOS è compresa tra 1/3Upit e 2/3Upit. È anche noto che gli elementi di un microcircuito fabbricati in un unico ciclo tecnologico su un singolo chip hanno valori di soglia di commutazione quasi identici. Pertanto, per impostare con precisione il “inizio scala” del voltmetro, è sufficiente sostituire la resistenza R1 con un circuito in serie composto da un trimmer con il valore calcolato e uno costante con un valore pari alla metà del valore calcolato. La stabilità della temperatura del dispositivo è molto elevata. Quando la temperatura cambia da -10 a +60 °C, la soglia di risposta cambia di diverse centesimi di volt. Lo stabilizzatore del microcircuito DA1 ha anche una stabilità della temperatura non peggiore di 30 mV nell'intervallo 0...100 °C. La tensione di uscita dello stabilizzatore DA1 non deve essere inferiore a 6 V, altrimenti gli inverter non saranno in grado di fornire la corrente richiesta attraverso i LED. Gli inverter del microcircuito K561LN2 consentono una corrente di uscita fino a 8 mA. I LED AL307BM possono essere sostituiti con qualsiasi altro ricalcolando i valori dei resistori limitatori di corrente R8-R13. I condensatori possono anche essere qualsiasi con una tensione nominale di almeno 10 V. Per l'installazione, il dispositivo assemblato viene collegato all'uscita di una sorgente di tensione regolabile, che simulerà la rete di bordo. Dopo aver impostato la tensione di uscita della sorgente su 10 V e la resistenza del resistore di regolazione al massimo, ruotare il cursore finché il LED HL1 non si accende. I livelli rimanenti vengono impostati automaticamente. Le parti del voltmetro sono montate su un circuito stampato in laminato di fibra di vetro rivestito con pellicola di 1 mm di spessore. Il disegno della scheda è mostrato in Fig. 2. È progettato per installare un resistore di sintonizzazione SPZ-33 e il resto - MLT-0,125, condensatore C1 - KM, C2 - K50-35.
La scheda è fissata al fondo della scatola di plastica con due viti M2,5 su supporti tubolari e un'altra dello stesso tipo, che preme contemporaneamente il chip DA1 sulla scheda. Si noti che questo microcircuito è installato con un bordo in plastica (non in metallo) sulla scheda. Tra il corpo del chip e la scheda è installato anche un supporto tubolare, ma è accorciato. Prima dell'installazione, i cavi LED vengono piegati di 90 gradi in modo che i loro assi ottici siano paralleli al piano della scheda. Gli alloggiamenti dei LED devono sporgere oltre il bordo della scheda e, durante l'assemblaggio finale dell'apparecchio, inserirsi nei fori praticati all'estremità della scatola. La stabilità dello stabilizzatore e dell'intero dispositivo nel suo insieme sarà ancora maggiore se un condensatore con una capacità di 8 micron è collegato all'ingresso del microcircuito (tra i pin 17 e 0,1). Per proteggere lo stabilizzatore da picchi di tensione casuali nella rete di bordo, la cui ampiezza può raggiungere 80-00 V, un altro condensatore, all'ossido, dovrebbe essere collegato in parallelo a questo condensatore. Deve avere una capacità di almeno 1000 μF e una tensione nominale di 25 V. Questo condensatore avrà anche un effetto benefico sul funzionamento delle apparecchiature radio e di amplificazione del suono nelle automobili. Letteratura
Autore: O.Klevtsov, Dnepropetrovsk, Ucraina
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