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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Simplificação do indicador de tensão. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Automóvel. Dispositivos eletrônicos O autor do artigo chama a atenção dos leitores para uma versão modernizada do outrora popular indicador de tensão integrado. O indicador de tensão de bordo do veículo [1], publicado há quase dez anos por E. Klimchuk, na minha opinião, ainda continua sendo um dos projetos de maior sucesso para esse fim. Este indicador não requer modificações no painel do carro; as leituras são fáceis de ler. O dispositivo permite avaliar com segurança os principais parâmetros do sistema: estabilizador de tensão da bateria. O indicador funciona no meu carro há mais de cinco anos, confirmando sua utilidade, alta estabilidade e confiabilidade. Porém, se aplicarmos um princípio ligeiramente diferente de implementação de modos adicionais de funcionamento da lâmpada de controle e aproveitarmos o surgimento no mercado de elementos antes inacessíveis aos rádios amadores, então será possível simplificar significativamente o indicador, aumentando seu desempenho, especialmente ao trabalhar em conjunto com um estabilizador de tensão com compensação de temperatura [2] Número Ao mesmo tempo, o número de microcircuitos é reduzido de três para um, o número de elementos passivos é reduzido e a faixa de tensão de alimentação permitida foi ampliada a 3...30 V. O diagrama esquemático do indicador de tensão é mostrado na Fig. 1. Assim como no protótipo, para organizar quatro modos de operação da lâmpada de controle, dois comparadores de tensão são usados no amplificador operacional DA1.1 e DA1.2. A diferença é que para obter um limite de comutação adicional para o comparador superior no circuito, não é usada a tensão de saída alta, mas a baixa do comparador inferior no circuito. O amplificador DA1.3 inverte o sinal de saída do comparador DA1.2.
Assim, à medida que a tensão nos terminais da bateria aumenta, as combinações lógicas 1.1, 1.3, 01 e 11 são formadas sequencialmente nas saídas dos amplificadores operacionais DA00 e DA10. Um gerador de pulso retangular é montado no amplificador operacional DA1.4, cuja frequência de repetição depende das classificações do circuito C2R15. A “histerese” da tensão é fornecida por feedback positivo através do resistor R14. Normalmente, para tais geradores, a “histerese” é simétrica em relação à tensão de comutação do amplificador operacional, o que é garantido pelo uso dos mesmos resistores de resistência no divisor de tensão R11R12. Neste caso, o ciclo de trabalho dos pulsos na saída do gerador é dois. Quando a relação dos valores dos resistores divisores muda, a “histerese”, sem alterar a largura do loop, deixa de ser simétrica e, portanto, o tempo de carga e descarga do capacitor C2 acaba sendo desigual, ou seja, o o ciclo de trabalho dos pulsos muda. Além disso, se a tensão de comutação do comparador exceder metade da tensão de alimentação, o ciclo de trabalho aumenta. Este princípio é usado para reconhecer rapidamente dois modos de operação do gerador da lâmpada de teste. Uma verificação visual do funcionamento do indicador mostrou que em uma determinada frequência ideal do gerador, dois modos podem ser obtidos: em um, a lâmpada apaga periodicamente e, no outro, acende periodicamente. Percebeu-se que com uma diminuição significativa na frequência de extinção da lâmpada (vamos chamar esse modo assim), a duração do estado desligado da lâmpada tornou-se tal que a “integridade da imagem” na memória visual foi perturbada, ou seja, o processo de transição da lâmpada do estado ligado para o estado desligado e vice-versa parecia estar dividido em elementos separados. Isso subjetivamente tornou os dois modos um tanto semelhantes, e para determinar o verdadeiro foi necessário parar de olhar para o indicador por um ou dois segundos, concentrar-se e determinar o que há de maior no funcionamento da lâmpada - a soma das pausas ou a soma de comuta. Ao mesmo tempo, ao selecionar a frequência, foi possível garantir que ambos os modos se tornassem uma continuação orgânica dos estados principais vizinhos da lâmpada de controle - brilho contínuo e sua completa ausência. Portanto, se com a ignição ligada, mas com o motor de partida desligado e o motor desligado (posição I da chave de ignição), a lâmpada estiver constantemente acesa, isso indica que a bateria, se descarregada, está moderadamente descarregada. Se aparecerem quedas de brilho devido ao brilho constante da lâmpada, a bateria precisa ser recarregada. Uma imagem semelhante é observada quando o motor está funcionando. Se a tensão gerada pelo gerador estiver dentro dos limites aceitáveis, a lâmpada apaga e não distrai o motorista. Assim que a tensão exceder um nível perigoso para o equipamento elétrico, os flashes curtos e uniformes da lâmpada de controle começarão. Naturalmente, tudo o que foi dito acima é verdadeiro com a escolha apropriada dos limites de comparação, ou seja, valores de tensão nos quais os modos de exibição mudam. Com os valores dos resistores R2, R4 e R9 indicados no diagrama, esses limites são aproximadamente iguais a 12,2, 13,6 e 14,4 V. Ressalta-se, entretanto, que os valores de frequência do gerador ainda são desiguais, embora correspondam a uma combinação favorável à percepção psicológica. Assim, a frequência de extinção da lâmpada é ligeiramente inferior à frequência de comutação (com as classificações dos elementos passivos indicadas no diagrama - cerca de 1,2 e 1,5 Hz, respectivamente). A comutação dos modos de operação do gerador ocorre em decorrência da alteração da polaridade da tensão no divisor R11R12 - níveis 01 e 10 nas saídas do amplificador operacional DA1.1 e DA1.3. Se os níveis de saída coincidirem (11 e 00), o gerador é inibido e o amplificador operacional DA1.4 opera como seguidor de tensão, ou seja, sua saída é de alta ou baixa tensão. Ao operar sem carga, o gerador pode ser excitado em uma frequência parasita. Um amplificador de corrente carregado com uma lâmpada indicadora incandescente é montado no transistor VT1. Se for usado um LED em vez de uma lâmpada, ele será conectado diretamente entre o resistor R16 e o fio comum, o ânodo do resistor. Algumas palavras precisam ser ditas sobre a “histerese” dos limiares de comparação. Como no projeto original, ele pode ser ajustado alterando a relação dos valores de resistência dos divisores de resistores R6R8 e R7R10. No entanto, o indicador em consideração possui uma característica associada a uma mudança na carga do gerador no amplificador operacional DA1.4. Dependendo do modo, a corrente de saída do gerador pode variar de vários microamperes a vários miliamperes. Isto leva a uma mudança na queda de tensão no resistor R13 do filtro de suavização C1R13 e, conseqüentemente, nos limites de tensão. Um efeito semelhante, embora fracamente expresso, foi observado no protótipo [1]. Com as classificações dos componentes indicadas no diagrama, a “histerese” do primeiro e terceiro limites de comparação não excede 20 mV e do segundo - cerca de 250 mV! Isso é explicado pelo fato de que o consumo médio de corrente no gerador e nos modos principais adjacentes é aproximadamente o mesmo, e as ondulações de tensão são bem suprimidas pelo filtro C1R13. Reduzir significativamente a “histerese” do segundo limite de comparação (para um valor inferior a 40 mV) é bastante simples - basta conectar a saída positiva da tensão de alimentação do amplificador operacional (pino 4) à saída direita (de acordo com o diagrama) do resistor R13. No entanto, não fiz isso, pois tal dissimilaridade me parecia até preferível. O fato é que o segundo limite de comparação separa dois estados, em geral, normais de equipamentos elétricos. Por outro lado, são possíveis ligeiras oscilações de tensão na rede de bordo perto deste limite (em marcha lenta do motor ou quando a tensão da correia de transmissão do gerador é fraca), o que, tendo em conta a inércia térmica do a lâmpada, dificulta a “leitura” da informação. Ao mesmo tempo, a pequena “histerese” dos valores extremos da tensão controlada garante alta precisão de controle, o que é especialmente importante na determinação do grau de descarga da bateria. Em vez do microcircuito LM324DP no indicador, você pode usar seu análogo doméstico K1401UD2, bastando lembrar que ele possui a disposição oposta dos pinos de alimentação: o pino 4 deve ser fornecido com -Up, e o pino 11 - +Up [ 3]. O transistor composto VT1 pode ser substituído por um convencional da série KT815 ou KT817. Diodo Zener VD1 - qualquer um para tensão de estabilização 4,7...7,5 V (por exemplo, KS147G, KS156G, KC168A). É aconselhável usar capacitor de tântalo C1 (K53-1A, K53-18, etc.). O capacitor C2 (K73-17 para uma tensão nominal de 63 V) deve ser selecionado com o menor coeficiente de temperatura de capacitância possível. Todas as partes do indicador são montadas em uma placa de circuito impresso feita de folha laminada de fibra de vidro com 1,5 mm de espessura. O desenho da placa é mostrado na Fig. 2. A placa é colocada em uma caixa plástica montada atrás do painel de instrumentos.
A configuração do indicador consiste em definir os limites de comparação usando uma seleção de resistores R2, R4 e R9. Como fazer isso é descrito em detalhes em [1]. Observo apenas que considero aconselhável abandonar o uso de resistores de corte. Como a prática de uso do indicador tem mostrado, não há necessidade de ajustar os limites de tensão. Concluindo, resta acrescentar que seria útil tentar alterar ligeiramente a frequência do gerador para trazer o algoritmo de exibição para uma conformidade mais completa com as características individuais de percepção. É aconselhável fazer isso com uma lâmpada do mesmo tipo com a qual funcionará o indicador. Literatura
Autor: A.Martemyanov, Seversk, região de Tomsk
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