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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Voltímetro LED integrado. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Automóvel. Dispositivos eletrônicos Descrições de dispositivos para exibição de luz do nível de tensão já foram publicadas nas páginas de nossa revista. Ao que parece, o que mais pode ser adicionado ao publicado? Acontece que você pode! O artigo abaixo confirma isso: um verdadeiro radioamador não tem pressa em considerar qualquer problema resolvido... Um voltímetro instalado no painel de um carro permite monitorar rapidamente o nível de tensão em sua rede de bordo... Tal dispositivo não requer alta resolução, mas você precisa da capacidade de ler as leituras de maneira fácil e rápida. Essas condições são melhor atendidas por um indicador de tensão de LED discreto. Dispositivos semelhantes tornaram-se muito difundidos para avaliar o nível de tensão e potência (em equipamentos de amplificação de som). Eles geralmente são implementados de duas maneiras. A primeira é descrita em detalhes em [1]. Sua essência é que uma linha de LEDs é conectada à fonte da tensão medida por meio de um divisor de tensão resistiva de várias saídas. As propriedades de limite de LEDs, transistores e diodos são usadas aqui. A simplicidade de tal indicador vem com o preço de um limite de ignição de LED difuso (conforme observado pelo autor em [2]). Esses dispositivos já foram vendidos na forma de um designer de rádio. A segunda forma é usar um comparador separado para ligar cada LED, que compara parte do sinal de entrada com um de referência (como, por exemplo, em [3]), muitos chips são necessários. Os amplificadores operacionais quádruplos ainda são caros agora, e um desses chips pode acionar apenas quatro LEDs. Por fim, não se pode deixar de destacar a obra (4), onde é utilizado o princípio da conversão analógico-digital. Esse design tem muitas vantagens, mas ainda muitos detalhes e também antieconômico. O voltímetro trazido à sua atenção é otimizado à luz do exposto - nele níveis claros de limiar de ignição de LED são obtidos usando um mínimo de elementos baratos, econômicos e amplamente disponíveis. O princípio de operação do dispositivo é baseado nas propriedades de limite de um microcircuito digital. O dispositivo (veja o diagrama na Fig. 1) é um indicador de seis níveis. Para facilidade de uso em um carro, o intervalo de medição foi escolhido para ser 10...15 V em etapas de 1 V. Tanto o intervalo quanto a etapa podem ser facilmente alterados.
Os dispositivos de limite são seis inversores DD1,1-DD1.6, cada um dos quais é um amplificador de tensão não linear com um grande ganho. O nível de limite de comutação dos inversores é cerca de metade da tensão fornecida pelo chip, então eles comparam a tensão de entrada com metade da tensão de alimentação. Se a tensão de entrada do inversor exceder o nível limite, a tensão de saída ficará baixa. Portanto, o LED que serve de carga do inversor será acionado pela corrente de saída (sink). Quando a saída dos inversores é alta, os LEDs são fechados e apagados. Das saídas do divisor resistivo R1-R7, a parcela correspondente da tensão da rede de bordo é fornecida à entrada dos inversores. Quando a tensão a bordo muda, suas ações também mudam proporcionalmente. A tensão de alimentação dos inversores e da linha de LED é estabilizada pelo estabilizador do microcircuito DA1. Os valores dos resistores R1-R7 são calculados de forma a obter um passo de comutação de 1 V. O capacitor C2 junto com o resistor R1 formam um filtro de baixa frequência que suprime picos de tensão de curto prazo que podem ocorrer, por exemplo, ao ligar o motor. O fabricante de estabilizadores de microcircuitos recomenda a instalação do capacitor C1 para melhorar sua estabilidade em alta frequência. Os resistores R8-R13 limitam a corrente de saída dos inversores. Como calcular os resistores R1-R7? Apesar de os transistores de efeito de campo serem instalados na entrada dos inversores DD1.1.-D1.6, que praticamente não consomem corrente de entrada, existe a chamada corrente de fuga. Isso torna necessário escolher uma corrente através do divisor muito maior que a corrente de fuga total de todos os seis inversores (não mais que 6X10-5 μA). A corrente mínima através do divisor estará em uma tensão mínima indicada de 10 V. Vamos definir essa corrente para 100 µA, que é cerca de um milhão de vezes a corrente de fuga. Então a resistência total do divisor RD=R1+R2+RЗ+R4+R5+R6+R7 (em quiloohms, se a tensão estiver em volts e a corrente estiver em miliampères) deve ser: Rd=Uvx min/Imin = 10V /0,1mA = 100 kOhm. Agora vamos calcular a resistência de cada um dos resistores na condição Upr \u2d Upit / 3, ou seja, no caso em questão Upr \u15d 7 V. Com uma tensão de entrada de 3 V, 15 V deve cair no resistor R100 e a corrente através dele (igual à corrente através de todo o divisor) Id \u0,15d UBX / Rd \u150d 7 V / 7 kOhm \u3d 0,15 mA \u20d XNUMX μA, Então a resistência do resistor RXNUMX: R \uXNUMXd Upor / Id ; RXNUMX=XNUMXV/XNUMXmA=XNUMXkΩ. Na entrada do inversor DD1.5, 3 V deve estar em uma tensão de entrada de 14 V. A corrente através do divisor neste caso é Id \u14d 100 V / 0,14 kOhm \u6d 7 mA. Então a resistência total R3 + R0,14 \u21,5d Upop / Id \uXNUMXd XNUMX / XNUMX-XNUMX kOhm. Portanto, R6 \u21,5d 20-1,5 \uXNUMXd XNUMX kOhm. Da mesma forma, a resistência dos resistores restantes do divisor é determinada: R5 \u6d UporkhRd / Uin- (R7 + R1,6) -4 kOhm; R2-2,2 kOhm, R2-2.7 kOhm, R1-2 kOhm e, finalmente, R4 \u5d Rd-(R6 + R7 + R70 + R68 + RXNUMX + RXNUMX) \uXNUMXd XNUMX kOhm-XNUMX kOhm. Em geral, como é sabido, a tensão limite dos elementos dos microcircuitos CMOS está na faixa de 1/3Upit a 2/3Upit. Sabe-se também que os elementos do mesmo microcircuito, fabricados em um único ciclo tecnológico no mesmo chip, possuem quase os mesmos valores do limiar de comutação. Portanto, para definir com precisão o "início da escala" do voltímetro, basta substituir o resistor R1 por um circuito em série de um aparador com classificação calculada e constante com classificação duas vezes menor que a calculada. A estabilidade de temperatura do dispositivo é muito alta. Quando a temperatura muda de -10 a +60 °C, o limite de resposta muda em vários centésimos de volt. O estabilizador de microcircuito DA1 também tem uma estabilidade de temperatura de pelo menos 30 mV dentro de 0...100 °C. A tensão de saída do estabilizador DA1 não deve ser inferior a 6 V, caso contrário os inversores não conseguirão fornecer a corrente necessária através dos LEDs. Os inversores do chip K561LN2 permitem uma corrente de saída de até 8 mA. Os LEDs AL307BM podem ser substituídos por quaisquer outros recalculando os valores dos resistores limitadores de corrente R8-R13. Os capacitores também podem ser qualquer um para uma tensão nominal de pelo menos 10 V. Para estabelecer o dispositivo montado é conectado à saída de uma fonte de tensão ajustável, que irá simular a rede de bordo. Definindo a tensão de saída da fonte em 10 V e a resistência do resistor de ajuste no máximo, gire seu controle deslizante até que o LED HL1 acenda. Os níveis restantes são definidos automaticamente. As partes do voltímetro são montadas em uma placa de circuito impresso feita de folha de fibra de vidro com espessura de 1 mm. O desenho da placa é mostrado na fig. 2. Ele foi projetado para instalar um resistor de ajuste SPZ-33 e o restante - MLT-0,125, capacitor C1 - KM, C2 - K50-35.
A placa é fixada no fundo da caixa plástica com dois parafusos M2,5 em racks tubulares e outro que pressiona simultaneamente o chip DA1 na placa. Observe que este microcircuito é instalado com um lado de plástico (não de metal) na placa. Um suporte tubular também é instalado entre a caixa do microcircuito e a placa, mas encurtado. Os fios dos LEDs antes da montagem são dobrados em 90 graus para que seus eixos ópticos fiquem paralelos ao plano da placa. Os alojamentos dos LEDs devem se projetar além da borda da placa e, durante a montagem final do dispositivo, entrar nos furos feitos na extremidade da caixa. A estabilidade do estabilizador e de todo o dispositivo como um todo será ainda maior se um capacitor com capacidade de 8 mícron for conectado à entrada do microcircuito (entre os pinos 17 e 0,1). Para proteger o estabilizador de surtos de tensão acidentais na rede de bordo, cuja amplitude pode chegar a 80 - 00 V. Outro capacitor de óxido deve ser conectado em paralelo com este capacitor. Deve ter uma capacidade de pelo menos 1000 microfarads e uma tensão nominal de 25 V. Este capacitor também terá um efeito benéfico na operação de rádio e equipamentos automotivos de amplificação de som. Literatura
Autor: O. Klevtsov, Dnepropetrovsk, Ucrânia
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