Меню

Lm3914 индикатор уровня напряжения своими руками

Описание и руководство по применению ИМС LM3914, LM3915 и LM3916

Десятиуровневые светодиодные индикаторы постоянного и переменного напряжений.
Характеристики, схемы включения, области применения, онлайн расчёт элементов.

Микросхемы LM3914, LM3915 и LM3916 производства компании National Semiconductors позволяют проектировать светодиодные индикаторы уровней постоянного и переменного напряжений с различными характеристиками – соответственно: линейной, логарифмической и специальной для контроля уровня аудиосигнала.
Области применения ИМС достаточно широки: от индикаторов уровня зарядки аккумуляторов и батарей, до контроля выходной мощности усилителей звука, а по большому счёту – любые задачи, где использование стрелочных индикаторов по каким-то причинам является нежелательным.
Микросхемы имеют абсолютно одинаковую внутреннюю начинку, идентичную цоколёвку и отличаются лишь номиналами резисторов внутреннего делителя.

Рассмотрим блок-схему LM3914 (Рис.1).

Назначение выводов LM3914:

1, 10…18 – выходы;
2 – минус питания;
3 – плюс источника питания (3. 18В);
4 – напряжение на этом выводе опре- деляет нижний уровень индикации;
5 – вывод для входного сигнала;
6 – напряжение на этом выводе опре- деляет верхний уровень индикации;
7, 8 – выводы для регулировки тока светодиодов;
9 – управление режимом индикации («точка» или «столбик»).

Особенностью ИМС LM3914. LM3916 является то, что значение выходных токов задаётся при помощи внешнего резистора и является одинаковым для всех выходов формирователя, независимо от уровней прямых падений напряжений на светодиодах.

Основу микросхем LM3914. LM3916 составляют десять компараторов, на инверсные входы которых через буферный ОУ подаётся входной сигнал, а прямые входы подключены к отводам резистивного делителя напряжения. Выходы компараторов являются генераторами тока, что позволяет подключать светодиоды без ограничительных резисторов.

Индикация может производиться как одним светодиодом (режим «точка»), так и линейкой из светящихся светодиодов, высота которой пропорциональна уровню входного сигнала (режим «столбик»).
«Цена деления» индикатора, т. е. величина прироста входного напряжения, вызывающая включение очередного светодиода, составляет 1/10 от разности напряжений Uв (6 вывод) – Uн (4 вывод).

Некоторые наиболее существенные характеристики ИМС:

  • Напряжение источника питания – +3. 20В;
  • Типовое потребление тока при выключенных светодиодах – 2,4мА при Еп=5В и 6,1мА при Еп=20В;
  • Типовой входной ток по выводу 5 – 5нА (обеспечивает величину входного сопротивления на уровне десятков мегаом);
  • Типовая крутизна передаточной характеристики компараторов при Iсв = 10мА – 8мА/мВ;
  • Максимальная рассеиваемая мощность микросхемы не должна превышать – 1365 мВт;
  • Максимальный входной сигнал, не приводящий к порче ИМС – ±35В.

    На Рис.2 приведена более привычная для восприятия электрическая схема LM3914.

    Переключение между режимами «точка» и «столбик» производится управлением по выводу 9. При подключении этого вывода к плюсу источника питания реализуется режим «столбик», если же вывод оставить свободным или подключить к общему проводу – «точка».

    Номинал резистора R1 согласно datasheet-ам рассчитывается исходя из формул:
    R1(кОм) = 12,5/ Iled(мА) – для LM3914 и
    R1(кОм) = 27,5/[2,2*Iled(мА) + Uref]
    – для LM3915 и LM3916.

    Номинал резистора R2 – по формуле:
    R2 ≈ R1*(+Uref/1,25 — 1) .
    Из этой формулы следует, что минимальное значение, которое может принимать +Uref , составляет величину 1,25 В. В этом случае R2 равно 0, т. е. 8 вывод ИМС следует заземлить.

    Рис.2 Типовая схема включения LM3914, LM3915 и LM3916

    Поскольку вывод +Uref у нас подключён к Uв (т. е. к верхней части резистивного делителя), то уровень постоянного напряжения на нём определяет напряжение включения последнего компаратора, а соответственно и входное напряжение, при котором начинает светиться верхний по шкале светодиод.

    Момент же включения нижнего светодиода зависит от величины напряжения на выводе Uн. Если этот вывод заземлить, то порог его зажигания будет соответствовать уровню входного сигнала +Uref / 10.
    В общем случае эта величина для LM3914 составляет: Uпор = Uн + (+Uref — Uн) / 10 .
    Напряжение на вывод Uн можно подавать от внешнего источника, но проще это сделать посредством включения резистора R3. Номинал этого резистора для LM3914 и LM3916 (исходя из заданной величины Uн) можно рассчитать по формуле: R3(кОм) ≈ 10*Uн / (+Uref — Uн) ,
    для LM3915 – по формуле: R3(кОм) ≈ 22,6*Uн / (+Uref — Uн) .
    Поскольку компараторы, входящие в состав LM3914. 3916, обладают не самым высоким параметром крутизны преобразования, то для минимизации эффекта плавного переключения светодиодов из одного состояния в другое не следует выбирать величину верхнего уровня индицируемого напряжения Uв менее минимального выходного напряжения встроенного стабилизатора – 1,25 В. Хотя это и можно сделать, включением между выводами 6 и 7 микросхемы резистора соответствующего номинала.

    Читайте также:  Мгновенное значение напряжения u 168 sin

    Сдобрим пройденный материал онлайн калькулятором. Uв ≥ 1.25В, Uн < Uв.

    РАСЧЁТ ВНЕШНИХ ЭЛЕМЕНТОВ LM3914, LM3915 и LM3916

    А на следующей странице рассмотрим примеры применения микросхем LM3914. LM3916 в виде нескольких схем: индикатора уровня заряда аккумуляторов или батарей питания, индикатора уровня аудиосигнала, а также универсального экономичного индикатора, позволяющего оценивать уровни напряжений как постоянного, так и переменного токов для широкого перечня практических задач.

    Источник

    Примеры применения микросхем LM3914. LM3916

    Схемы: индикатора уровня заряда аккумулятора или батареи питания, индикатора
    уровня аудиосигнала, универсального светодиодного индикатора для широкого
    спектра задач.

    Продолжаем тему применения микросхем LM3914, LM3915 и LM3916 производства компании National Semiconductors, начатую на предыдущей странице (ссылка на страницу), где мы довольно подробно рассмотрели структурную схему ИМС, назначение выводов, а также привели калькулятор для расчёта внешних элементов.
    На очереди – примеры и схемы конкретных устройств, использующих данные микросхемы для индикации каких либо физических величин.

    А начнём мы с простой схемы светодиодного индикатора уровня заряда (разряда) чего-либо, будь то: аккумулятор, батарея питания, либо какой иной источник постоянного напряжения.


    Рис.1 Схема светодиодного индикатора уровня заряда (разряда) элемента питания

    Здесь ничего мудрить не надо! LM3914 включена в полном соответствии с типовой схемой включения. В качестве источника питания Еп используется исследуемый аккумулятор, а на 5-вывод микросхемы (вывод для входного сигнала) подаётся уровень напряжения, сформированный делителем Rд1 – Rд2 и равный 1/2 от Еп.
    Если подать на 6 вывод микросхемы стабилизированное напряжение равное половине Еп (выбором R1 и R2), то при полностью заряженной батарее индикатор будет индицировать нам: либо свечением всех светодиодов в режиме «столбик», либо свечением верхнего светодиода в режиме «точка». Отсутствие свечения светодиодов будет свидетельствовать о напряжении источника питания близком к нулю.

    Понятно, что отслеживая уровень заряда/разряда батарейки или аккумулятора, нет необходимости индикации уровней напряжения ниже определённого порога, после которого аккумулятор может выйти из строя, либо запитываемое устройство теряет работоспособность. По этой причине на 4 вывод LM3914 следует также подать напряжение, соответствующее нижнему порогу индикации уровня разряда, делённому пополам. Сделать это можно выбором номинала резистора R3.
    Учитывая специфику, встроенного в микросхему стабилизатора и максимально допустимое значение напряжения питания микросхемы – приведённый индикатор сохраняет корректную работоспособность для источников с номинальными напряжениями полного заряда 6. 20В.

    Перенесём сюда подкорректированный калькулятор с предыдущей страницы.

    РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ ИНДИКАТОРА ЗАРЯДА/РАЗРЯДА АККУМУЛЯТОРА НА ИМС LM3914

    Светодиодные индикаторы уровня или мощности аудио сигнала обычно строятся на ИМС LM3915 и LM3916, которые имеют аналогичную LM3914 цоколёвку, схему включения и отличаются лишь номиналами резисторов внутреннего делителя.
    LM3915 обеспечивает логарифмическую шкалу индикации, что позволяет её использовать в индикаторах мощности, подаваемой на акустическую систему (подключается к выходу УМЗЧ).
    LM3916 имеет характеристику, оптимизированную для контроля уровня аудиосигнала, и подключается к выходу предварительного усилителя, т. е. ко входу УМЗЧ.

    Типовая схема включения LM3914. 3916 для использования в составе светодиодных индикаторов уровня и мощности аудиосигнала приведена на Рис.2 слева, а возможные варианты пиковых детекторов, осуществляющих выпрямление переменного входного напряжения, перекочевали из datasheet-ов на микросхемы (Рис.2 справа).

    Рис.2 Схема светодиодного индикатора уровня сигнала и пиковых детекторов из datasheet

    Схема однополупериодного выпрямителя с использованием ОУ (Рис.2 справа) обеспечивает большую точность детектирования в широком диапазоне входных напряжений. Однако и простого пикового детектора на транзисторе вполне достаточно, чтобы обеспечить удовлетворительную линейность в диапазоне входных напряжений до 30 дБ. При отсутствии входного сигнала транзисторный детектор имеет на выходе напряжение близкое к нулю, так как зону нечувствительности диода компенсирует напряжение Uбэ транзистора VT1.
    Дополнительным преимуществом транзисторной схемы является однополярный источник питания, а также возможность работы не только с переменными входными напряжениями, но и с постоянными.

    Читайте также:  Значение напряжения измеренное в вольтах задано уравнением 120 cos 40

    Все эти преимущества транзисторного детектора дают возможность построить на LM3914. 3916 универсальный индикатор, пригодный для индикации любых напряжений (как переменного, так и постоянного тока) и работающий от однополярного источника питания, к примеру – от батарейки «Крона» (Рис.3).

    Рис.3 Схема универсального индикатора уровня сигналов постоянного и переменного токов

    Подобный индикатор может найти применение не только в аудио приложениях, но и любых других, где требуется зафиксировать изменение уровня напряжения или тока и где использование стрелочных приборов по какой-либо причине – нежелательно.

    Конденсатор фильтра С2 заряжается через резистор R5 и разряжается через R6. Коэффициент передачи детектора близок к 1.
    Поскольку компараторы, входящие в состав LM3914. 3916, обладают не самыми выдающимися характеристиками по крутизне преобразования, то для повышения резкости переключения светодиодов из одного состояния в другое имеет смысл обеспечить максимально возможный размах напряжения на входе данных ИМС – в идеале : Еп-3 (В).

    Давайте сдобрим калькулятором и индикаторы уровня, приведённые на Рис.2 и Рис.3. Выбираем значение Uмакс – не менее 1,25В.

    РАСЧЁТ ЭЛЕМЕНТОВ СВЕТОДИОДНЫХ ИНДИКАТОРОВ УРОВНЯ НА ИМС LM3914. 3916

    Если индикатор призван работать только с сигналами переменного тока, то на входе детектора имеет смысл поставить разделительный конденсатор ёмкостью 1 МкФ.

    Источник

    KOMITART — развлекательно-познавательный портал

    Разделы сайта

    GNEZDO NEWS

    Друзья сайта

    Статистика

    Схема индикатора уровня на LM3914N / LM3915N.

    Схема индикатора уровня на LM3914N / LM3915N.

    Собираем индикатор уровня сигнала на LM3914N_LM3915N

    В схеме индикатора уровня сигнала, который мы рассматриваем в данной статье можно применить такие микросхемы, как LM3914, LM3915 или LM3916. Но, хотя цоколевка у этих МС одинаковая, между ними существует небольшая разница. LM3914 – линейная, подойдет, например, для измерения постоянного напряжения, LM3915 и LM3916 – логарифмические, поэтому последние наиболее целесообразно применить для индикатора уровня. Микросхема управляет десятью светодиодами, режим индикации можно менять с помощью переключателя ТОЧКА / ЛИНИЯ. В наших закромах завалялся скан паспорта индикатора от производителя ВИТАН-Электроникс, он показан на снимке ниже:

    Мы немного отреставрировали принципиальную схему:

    Если вы планируете в процессе эксплуатации изменять режим индикации, в качестве переключателя можно применить любой малогабаритный тумблер, и вывести его на лицевую панель прибора, ну а если необходим какойто один режим, на плате можно разместить джампер с установленной либо снятой перемычкой в зависимости от того, какой режим вам нужен.

    Яркость свечения светодиодов определяется номиналом резистора в цепи 6,7 ножек микросхемы, в вышеприведенной схеме это 1 кОм. Таким образом можно добавить подстроечный резистор в эту цепь, и сделать регулировку яркости, как показано на следующей схеме:

    Печатная плата для одного канала индикатора LAY6 формата выглядит так:

    Фото-вид печатной платы LAY6 формата:

    Скачать материал по сборке индикатора уровня сигнала можно по прямой ссылке с нашего сайта, которая появится по центру этой же страницы после клика по любой строке рекламного блока ниже кроме строки “Оплаченная реклама”. Размер файла – 0,2 Mb.

    Уважаемый Пользователь!
    О том, как получить нужный материал, прочитайте информацию по кнопке ниже:

    Источник

    Индикатор напряжения аккумулятора на LM3914

    Устройство представляет собой светодиодный вольтметр (индикатор напряжения) 12В аккумулятора, с применением широко известной микросхемы LM3914 (даташит).

    Данное устройство мне было необходимо для того, чтобы я знал когда автомобильный аккумулятор полностью зарядится от зарядного устройства. Т.к. зарядка была старого типа и на ней не было никаких стрелочных или цифровых индикаторов для измерения напряжения.

    В качестве светодиодного столбикового индикатора (бара) я выбрал HDSP-4832 с 10 светодиодами трех разных цветов: три красных, четыре желтых и три зеленых.

    Для правильной индикации напряжения, нужно определиться с нижним и верхним уровнем измеряемых напряжений, чтобы на индикаторе соответственно при данных уровнях загорались первый и последние светодиоды (полоски).

    Читайте также:  Наведенное напряжение это охрана труда

    Для 12В автомобильного аккумулятора, были выбраны следующие диапазоны: первый светодиод загорался при напряжении 10В, а последний при напряжении 13.5В, т.о. шаг индикации напряжения получился 0.35В на один светодиод. Естественно, вы можете установить и другие напряжения, при помощи двух подстроечных резисторов. Это дает возможность использовать данный индикатор для измерения напряжения, например NiCd или NiMH аккумуляторов. Границы напряжения в данном случае устанавливаются в Vmin = 0.9 * Ncells and Vmax = 1.45 * Ncells, где Ncells — количество «банок» аккумулятора. Плюс между + и — аккумуляторов должен быть помещен мощный резистор рассчитанный на ток не менее 0.5А для имитации реальной нагрузки.

    Микросхема LM3914 может работать в двух режимах: режим «точка» — при котором загорается только один светодиод, и «столбиковый» режим, при котором загорается несколько светодиодов по нарастающей. Данная схема работает в «столбиковом» (bar) режиме, для этого 9 вывод микросхемы подключен к плюсу источника питания.

    При работе в режиме bar, соответственно и увеличивается энергопотребление LM3914. Когда все 10 сегментов индикатора горят, то LM3914 потребляет почти в 10 раз больше, чем если бы горел только один светодиод (сегмент). Для предотвращения выгорания м/с LM3914 необходимо следить, чтобы ток светодиодов не превысил максимально допустимый.

    Максимальная рассеиваемая мощность микросхемы не должна превышать 1365 мВт. И если предположить, что подводимое максимальное напряжение составит 14.4В, то максимально возможный ток составит I = P/V = 1.365/14.4 = 94.8мА. Т.о. ток, каждого сегмента индикатора не должен превышать 94.8/10=9.5мА. В схеме, сопротивление резистора R3 (4.7 кОм) задает максимальный ток светодиодов. Ток светодиода примерно в 10 раз больше тока, который проходит через данный резистор IR3 = 1.25 / 4700 = 266 мкА. Т.о. ток на каждый светодиод ограничен значением 2.6 мА, что намного меньше допустимого.

    Входной каскад: для снятия показаний входного напряжения (и им же питается схема) в схеме применен делитель напряжения 1:2, подсоединенный к выводу 5 микросхемы. Делитель состоит из двух резисторов номиналом 10 кОм и т.о. напряжение, снимаемое с делителя находится в диапазоне от 5В до 6.75В, в то время как входное напряжение будет от 10В до 13.5В. Эти же значения будут использоваться для калибровки LM3914.

    Принципиальная схема индикатора

    Схема состоит из двух элементов: отдельно схемы контроля и отдельно плата индикатора. Между собой они соединяются при помощи 11-ти контактного разъема.

    Основные задающие элементы схемы:
    R1 и R2 — делитель напряжения
    R3 и R4 — ограничение тока светодиодов и установка верхней границы напряжения
    R5 — установка нижней границы напряжения

    Про R1, R2 и R3 я рассказывал выше. Теперь разберем R4, который устанавливает верхний порог (вывод 6 м/с):
    На выводах микросхемы 6 и 7 необходимо установить напряжение на уровне 6.75В (что является входным напряжением 13.5В после делителя, в том случае, если аккумулятор заряжен полностью). Зная значение тока проходящего через R3, а также прибавив сюда ток «error current» с 8 вывода микросхемы (120мкА), мы можем рассчитать сопротивление R4:
    6.75В = 1.25В + R4(120мкА+266мкА)
    R4 = (6.75 — 1.25)/(386мкА)
    R4 = 14.2кОм и больше (мы выбираем подстроечный резистор 22кОм)
    С подстроечным резистором 22 кОм мы можем регулировать напряжение на выводе 7 в диапазоне от 1.25В до 9.74В, что дает возможность задавать верхнюю границу напряжения от 2.5В до 19.5В.

    Сопротивлением R5 устанавливается нижняя граница напряжения:
    Подставив в формулу VO = VI * RB/(RA + RB) следующие значения:
    RA = 10 * 1К внутренние резисторы LM3914
    RB = R5
    VI = верхняя граница напряжения 6.75В
    VO = нижняя граница напряжения 5В
    получим:
    5 = 6.75 * R5/(R5 + 10K)
    R5 = 28.5K и больше (мы выбираем подстроечный резистор 100кОм)

    Печатная плата

    Как уже было сказано выше, устройство состоит из двух компонентов, соответственно используется 2 разных печатных платы. Это дает возможность использовать выносную индикацию, например на панели авто.

    В печатной плате получилась только одна перемычка (отмечена красным цветом).

    Скачать проект в Eagle и печатные платы вы можете ниже

    Источник

  • Adblock
    detector