Semplificazione dell'indicatore di tensione. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica

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L'autore dell'articolo offre ai lettori una versione modernizzata dell'indicatore di tensione di bordo un tempo popolare.

Pubblicato quasi dieci anni fa da E. Klimchuk, l'indicatore di tensione a bordo di un'auto [1], a mio avviso, rimane ancora uno dei progetti di maggior successo di questo scopo. Questo indicatore non richiede modifiche al cruscotto dell'auto, le letture sono facili da "leggere". Il dispositivo consente di giudicare in modo affidabile i principali parametri del sistema: stabilizzatore di tensione della batteria. L'indicatore ha funzionato sulla mia auto per più di cinque anni, confermandone l'utilità, l'elevata stabilità e l'affidabilità.

Tuttavia, se applichiamo un principio leggermente diverso per implementare ulteriori modalità di funzionamento della lampada di prova e approfittiamo dell'apparizione sul mercato di elementi precedentemente inaccessibili ai radioamatori, allora sarà possibile semplificare notevolmente l'indicatore, aumentando le sue prestazioni, specialmente quando si lavora contemporaneamente con uno stabilizzatore di tensione compensato in temperatura [2], i microcircuiti sono ridotti da tre a uno, il numero di elementi passivi è ridotto, l'intervallo di tensione di alimentazione consentito è stato ampliato a 3 ... 30 V.

Il diagramma schematico dell'indicatore di tensione è mostrato in fig. 1. Come nel prototipo, per organizzare quattro modalità di funzionamento della lampada di controllo, sono stati utilizzati due comparatori di tensione sull'amplificatore operazionale DA1.1 e DA1.2. La differenza sta nel fatto che per ottenere una soglia di commutazione aggiuntiva per il comparatore superiore secondo il circuito, non è stata utilizzata una tensione di uscita alta, ma bassa del comparatore inferiore secondo il circuito. L'amplificatore DA1.3 inverte il segnale di uscita del comparatore DA1.2.

Pertanto, all'aumentare della tensione ai terminali della batteria, le combinazioni logiche 1.1, 1.3, 01 e 11 vengono formate in sequenza alle uscite dell'amplificatore operazionale DA00 e DA10.

Sull'amplificatore operazionale DA1.4 è assemblato un generatore di impulsi rettangolare, la cui frequenza di ripetizione dipende dai valori nominali del circuito C2R15. La tensione di "isteresi" fornisce un feedback positivo attraverso il resistore R14. Tipicamente, per tali generatori, l '"isteresi" è simmetrica rispetto alla tensione di commutazione dell'amplificatore operazionale, che è assicurata dall'uso della stessa resistenza resistiva nel partitore di tensione R11R12. In questo caso il duty cycle degli impulsi all'uscita del generatore è pari a due.

Quando viene modificato il rapporto tra i resistori del divisore, l '"isteresi", senza modificare la larghezza del loop, cessa di essere simmetrica e, pertanto, il tempo di carica e scarica del condensatore C2 risulta essere disuguale, ovvero, il ciclo di lavoro degli impulsi cambia. Inoltre, se la tensione di commutazione del comparatore supera la metà della tensione di alimentazione, il duty cycle aumenta Questo principio viene utilizzato per il riconoscimento operativo di due modalità di funzionamento del generatore della lampada di prova.

Un controllo visivo del funzionamento dell'indicatore ha mostrato che a una certa frequenza ottimale del generatore si possono ottenere due modalità: in una la lampada si spegne periodicamente e nell'altra si accende periodicamente. Si è notato che con una significativa diminuzione della frequenza di estinzione della lampada (chiamiamo questa modalità), la durata dello stato di spegnimento della lampada è diventata tale che "l'integrità dell'immagine" è stata violata nella memoria visiva, in altre parole, il processo di commutare la lampada dallo stato acceso allo stato spento e viceversa, per così dire, era diviso in elementi separati. Ciò rendeva soggettivamente entrambe le modalità in qualche modo simili e per determinare quella vera era necessario smettere di guardare l'indicatore per un secondo o due, mettere a fuoco e determinare cosa c'era di più nel funzionamento della lampada: la somma delle pause o la somma delle inclusioni .

Allo stesso tempo, selezionando la frequenza, è stato possibile ottenere che entrambe le modalità diventassero una continuazione organica degli stati principali adiacenti della lampada di controllo: bagliore continuo e sua completa assenza.

Quindi, se con contatto inserito, ma con motorino di avviamento disinserito e motore spento (posizione I del commutatore di avviamento), la spia è sempre accesa, ciò indica che la batteria, se scarica, è in moderazione.

Se nel bagliore costante della lampada si verificano cali di luminosità, è necessario ricaricare la batteria.

Un'immagine simile si osserva con il motore acceso. Se la tensione generata dall'alternatore rientra nei limiti accettabili, la lampada è spenta e non distrae il guidatore. Non appena la tensione supera un livello pericoloso per le apparecchiature elettriche, inizieranno brevi lampeggi uniformi della spia di controllo.

Naturalmente, tutto quanto sopra è vero con una scelta appropriata delle soglie di confronto, ovvero i valori di tensione ai quali cambiano le modalità di visualizzazione. Con i valori delle resistenze R2, R4 e R9 indicati nel diagramma, queste soglie sono approssimativamente pari a 12,2, 13,6 e 14,4 V.

Tuttavia, va notato che i valori della frequenza del generatore non sono ancora gli stessi, sebbene corrispondano a una combinazione favorevole alla percezione psicologica. Pertanto, la frequenza di estinzione della lampada è leggermente inferiore alla frequenza di commutazione (con i valori nominali degli elementi passivi indicati nel diagramma - circa 1,2 e 1,5 Hz, rispettivamente).

La commutazione delle modalità operative del generatore avviene a seguito di un cambiamento nella polarità della tensione al divisore R11R12-livelli 01 e 10 alle uscite dell'amplificatore operazionale DA1.1 e DA1.3. Se i livelli di uscita sono gli stessi (11 e 00), il generatore è inibito e l'amplificatore operazionale DA1.4 funziona come inseguitore di tensione, ovvero la sua uscita è alta o bassa tensione. Quando funziona senza carico, il generatore può essere eccitato a una frequenza parassita.

Un amplificatore di corrente è montato sul transistor VT1, caricato con una spia a incandescenza. Se viene utilizzato al posto di una lampada a LED, è collegato direttamente tra il resistore R16 e il filo comune, l'anodo al resistore.

Qualche parola va detta sull'"isteresi" delle soglie di confronto. Come nel design originale, può essere regolato modificando il rapporto tra i valori di resistenza dei resistori divisori R6R8 e R7R10. Tuttavia, l'indicatore in esame ha una caratteristica associata a una variazione del carico del generatore sull'OS DA1.4. A seconda della modalità, la corrente di uscita del generatore può variare da pochi microampere a pochi milliampere. Ciò comporta una variazione della caduta di tensione attraverso il resistore R13 del filtro livellatore C1R13 e, di conseguenza, le soglie di tensione. Un effetto simile, anche se debolmente espresso, è stato osservato nel prototipo [1].

Con le valutazioni delle parti indicate nel diagramma, l '"isteresi" della prima e della terza soglia di confronto non supera i 20 mV, e la seconda - circa 250 mV! Ciò è spiegato dal fatto che il consumo medio di corrente nel generatore e nelle modalità principali adiacenti è approssimativamente lo stesso e l'ondulazione di tensione è ben soppressa dal filtro C1R13.

È abbastanza semplice ridurre significativamente l '"isteresi" della seconda soglia di confronto (ad un valore inferiore a 40 mV) - è sufficiente collegare l'uscita positiva della tensione di alimentazione dell'amplificatore operazionale (pin 4) a destra (secondo al circuito) uscita del resistore R13. Tuttavia, non l'ho fatto, poiché una tale diversità mi sembrava addirittura preferibile.

Il fatto è che la seconda soglia di confronto separa due, in generale, stati normali delle apparecchiature elettriche. In prossimità di tale soglia sono invece possibili lievi fluttuazioni di tensione nella rete di bordo (al regime minimo del motore o con debole tensione della cinghia di trasmissione dell'alternatore) che, tenuto conto dell'inerzia termica della lampada, rendono difficile "leggere" le informazioni. Allo stesso tempo, una piccola "isteresi" dei valori estremi della tensione controllata garantisce un'elevata precisione di controllo, che è particolarmente importante quando si determina il grado di scarica della batteria.

Invece del microcircuito LM324DP, puoi utilizzare il suo analogo domestico K1401UD2 nell'indicatore, devi solo tenere presente che ha la disposizione opposta dei pin di alimentazione: devi fornire -Upit al pin 4 e +Upit al pin 11 [ 3]. Il transistor composito VT1 può essere sostituito con uno convenzionale della serie KT815 o KT817. Diodo Zener VD1 - qualsiasi per una tensione di stabilizzazione di 4,7 ... 7,5 V (ad esempio, KS147G, KS156G, KC168A). È preferibile utilizzare il condensatore C1 al tantalio (K53-1A, K53-18, ecc.). Il condensatore C2 (K73-17 per una tensione nominale di 63 V) deve essere selezionato con il coefficiente di temperatura della capacità più basso possibile.

Tutte le parti dell'indicatore sono montate su un circuito stampato in lamina di fibra di vetro con uno spessore di 1,5 mm. Il disegno della tavola è mostrato in fig. 2. La scheda è collocata in una scatola di plastica, fissata dietro il cruscotto.

Stabilire l'indicatore consiste nell'impostare le soglie per il confronto con una selezione di resistori R2, R4 e R9. Come farlo è descritto in dettaglio in [1]. Noterò solo che ritengo opportuno abbandonare l'uso dei resistori di sintonia. Come ha dimostrato la pratica di funzionamento dell'indicatore, non è necessario regolare le soglie di tensione.

In conclusione, resta da aggiungere che sarebbe utile provare a variare leggermente la frequenza dell'oscillatore per adeguare maggiormente l'algoritmo di visualizzazione alle caratteristiche individuali di percezione. È auspicabile farlo con una lampada dello stesso tipo con cui funzionerà l'indicatore.

Letteratura

1. Klimchuk E. Indicatore di tensione. - Radio, 1993, n. 6, pag. 35, 36.
2. Biryukov S. Un semplice regolatore di tensione compensato termicamente. - Radio, 1994, n. 1, pag. 34, 35.
3. Petropavlovsky Yu Componenti in apparecchiature video domestiche. - Radio, 2001, n. 7, pag. 9-11.

Autore: A.Martemyanov, Seversk, regione di Tomsk

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