Εδώ πρόκειται να σχεδιάσουμε ένα απλό βολτόμετρο. Είναι απλό γιατί περιλαμβάνει μόνο ένα τσιπ IC - LM3914. Το LM3914 είναι ένα τσιπ που οδηγεί 10 LED βάσει γραμμικής τιμής εισόδου.
Το IC παρέχει μια δεκαδική έξοδο φωτίζοντας τα απαραίτητα LED με βάση την τιμή της τάσης εισόδου. Η μέγιστη τάση εισόδου μέτρησης ποικίλλει ανάλογα με την τάση αναφοράς και την τάση τροφοδοσίας, θα το συζητήσουμε στο επόμενο μέρος του άρθρου.
Αυτό το τσιπ μπορεί να τροποποιηθεί για κύκλωμα προστασίας μπαταρίας, κύκλωμα Ammeter κ.λπ. αλλά εδώ το χρησιμοποιούμε για το βολτόμετρο. Το LM3914 είναι ένα βολτόμετρο 10 σταδίων που σημαίνει ότι παρουσιάζει παραλλαγές σε λειτουργία 10 bit. Το τσιπ ανιχνεύει τη μέτρηση της τάσης εισόδου ως παράμετρο και τη συγκρίνει με αναφορά, κάθε φορά που η τάση διασχίζει το συγκεκριμένο μέρος αναφοράς το αντίστοιχο LED ανάβει.
Το τσιπ έχει προγραμματιστεί να οδηγεί απευθείας το LED, οπότε δεν απαιτείται πρόσθετη αντίσταση.
Συστατικά
Τροφοδοσία (5v)
1Κ αντίσταση (3 τεμάχια)
10K αντίσταση (2 τεμάχια)
LM3914 IC
10 LED
Πυκνωτής 0.1μF (2 τεμάχια).
Καλώδια Breadboard και σύνδεσης
Διάγραμμα κυκλώματος και εργασία
Το εσωτερικό κύκλωμα του LM3914 φαίνεται στο παρακάτω σχήμα:
Όπως συζητήθηκε, το LM3914 είναι μια μονάδα μέτρησης 10 σταδίων. Αυτό φαίνεται στο παραπάνω εσωτερικό κύκλωμα. Το LM3914 είναι βασικά ένας συνδυασμός 10 συγκριτών. Κάθε συγκριτής είναι ένα op-amp, με την απόκτηση τάσης αναφοράς στον αρνητικό του ακροδέκτη.
Τώρα το σημαντικό πράγμα εδώ είναι ότι η τάση μέτρησης δεν μπορεί να είναι υψηλότερη από την τάση αναφοράς ή την τάση τροφοδοσίας τσιπ. Αυτό πρέπει πάντα να έχουμε κατά νου. Για την επίτευξη υψηλότερης τάσης μέτρησης διατηρώντας την είσοδο σταθερή θα χρησιμοποιήσουμε το κύκλωμα διαχωριστή τάσης αντίστασης. Διαιρεί απλώς την τάση με βάση τις αντιστάσεις.
Εξετάστε το κύκλωμα που σχηματίζεται από το δίκτυο που φαίνεται στο σχήμα:
Έτσι, με τάση εισόδου 15V, R1 = 11K, R2 = 1K έχουμε Vout = 15 (1/11) = 1.5V (περίπου).
Η τάση αναφοράς επιλέγεται με βάση την απαίτηση. Η τιμή αναφοράς πρέπει να είναι η μέγιστη τάση μέτρησης που θα εφαρμόσουμε στο τσιπ. Εάν μετράμε μεταβλητή τάση με μέγιστη τάση 20v θα πρέπει να επιλέξουμε την αναφορά των 20V.
Η αναφορά επιλέγεται με εξίσωση:
Δεδομένου ότι θέλουμε να μετρήσουμε τάσεις από 0-15, πρέπει να επιλέξουμε R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K.
Με αυτό επιλέξαμε την τάση αναφοράς σε Vref = 1,25 * 12 = 15V. Έχουμε, λοιπόν, μέγιστη τάση εισόδου στα 15V.
Ωστόσο, είναι σημαντικό να θυμόμαστε ότι όσο υψηλότερη είναι η τιμή αναφοράς τόσο μεγαλύτερη είναι η τάση βήματος και χαμηλότερη η ανάλυση. Ας πούμε ότι με αναφορά 20V έχουμε ένα βήμα 2V, οποιαδήποτε τάση μεταξύ 2V-4V δεν είναι μετρήσιμη. Έτσι με υψηλότερη τάση έχουμε μικρότερη ακρίβεια.
Δεδομένου ότι το τσιπ είναι ένα στάδιο 10 και η τάση είναι από 0-15V έχουμε ένα βήμα 1,5V. Έτσι, με κάθε αύξηση 1,5V στην τάση μέτρησης, ανάβει ένα επιπλέον LED.
Οι συνδέσεις που γίνονται για το κύκλωμα βολτόμετρου LM3914 δίνονται παρακάτω:
PIN3 ---------------------------- + 5v παροχή
PIN2 -------------------------------- γείωση
PIN5 ----------------------------- + μεταβλητή τάση
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- συνδεδεμένο με LED
Το επίπεδο μέτρησης για LED πηγαίνει όπως, + 1.5V, + 3.0V, + 4.5V, + 6.0V, + 7.5V, + 9.0V, + 10.5V, + 12.0V, + 13.5V, + 15.0V.
Ας πούμε ότι η τάση μέτρησης είναι 10V, η έκτη LED ανάβει. Ας πούμε ότι η τάση μέτρησης είναι 12,5V, το ένατο LED ανάβει. Έτσι, με αυξήσεις 1,5V, μπορούμε να μετρήσουμε έως και 15V.