Тахометр на микросхеме lm3914
Добавил пользователь Alex Обновлено: 20.09.2024
Что собой представляет микросхема LM3914 и где ее можно использовать? В этой статье мы решим этот вопрос и построим на ее базе вольтметр и измеритель уровня звука - так называемый волюметр (VU-meter).
LM3914 является десятиразрядным аналогово-цифровой преобразователем (АЦП) и предназначена для построения многоразрядных светодиодных индикаторов с линейной шкалой, визуально отображающей величину аналогового сигнала.
Состав и принцип работы
Микросхема имеет в своем составе 10 компараторов. Прямые входы этих компараторов подключаются к источнику опорного напряжения через резистивный делитель (выводы 6 и 4), на инверсные входы через буферный операционный усилитель подается измеряемый сигнал (вывод 5). Поскольку все резисторы делителя имеют один номинал, шкала получается линейной. К выходам компараторов (выводы 1, 10-18) подключаются светодиоды, индицирующие уровень входного сигнала.
Важно! Поскольку выходы компараторов представляют собой генераторы втекающего тока, ограничительные резисторы светодиодам не нужны.
Рассмотри принцип работы микросхемы. На вывод 6 подается напряжение верхнего предела измерения (Uв), на вывод 4 - нижнего (Uн). Они могут лежать в диапазоне от 0 до Uпит. – 1.5 В. Для получения обоих напряжений используется ГОН с соответствующими цепями коррекции. На вход 5 подается аналоговый сигнал, величину которого необходимо измерить.
Номиналы резисторов делителя подобраны таким образом, что светодиоды будут зажигаться с шагом (Uв – Uн)/10.
Трехдиапазонный вольтметр
При помощи этого несложного прибора можно измерять постоянные напряжения в трех диапазонах:
Диапазоны не совсем удобные, но такой выбор обусловлен наглядностью. При желании вы можете изменить эти диапазоны и их количество на свое усмотрение. А сейчас наша задача понять принцип работы этого измерительного прибора. Взглянем на его принципиальную схему.
Поскольку верхний предел самого низкого диапазона выбран 1.25 В, а нижний – 0 В, на выводы 6 и 4 нам нужно подать 1.25 и 0 В соответственно. Для этого достаточно соединить выводы 7и 6, а выводы 4 и 8 соединить с общим проводом, включив внутренний стабилизатор микросхемы по типовой схеме. Пока переключатель S1 стоит в указанном на схеме положении, измеряемый сигнал напрямую проходит на вход микросхемы. Его величина отображается светодиодами LED1 – LED10. Поскольку индикатор десятиразрядный, точность измерения будет составлять 1.25 / 10 = 0.125 В.
Переведя переключатель в среднее положение, мы подключаем к входной цепи делитель R1-R3, причем в одном плече окажется R1, во тором – R2 и R3. Номиналы элементов подобраны так, чтобы входной сигнал ослаблялся в 10 раз. Теперь у нас включен диапазон 0-12 В. Шаг измерения – 1.2 В. Обратите внимание - переключая диапазон, мы не изменяем величины опорных напряжений Uв и Uн (выводы 6,4), а благодаря делителю на вход микросхемы (вывод 5) подается сигнал той же величины, что и в первом диапазоне.
Если мы переведем переключатель S1 в нижнее по схеме положение, то в нижнем плече делителя останется только R3, а входной сигнал будет ослаблен в 100 раз. Включился диапазон 0-120 В с шагом измерения 12 В.
Как изменить опорное напряжение?
Если мы хотим изменить предел измерения нашего прибора, то придется соответственно изменить величину опорного напряжения, прикладываемую к выводу 6 (Uв). Сделать это можно, как было сказано выше, при помощи внешнего резистивного делителя, подключенного между выводами 7, 8 и общим проводом. Выглядеть это будет примерно так:
Ну а рассчитать номиналы элементов делителя можно по формуле:
Uоп = (R2/R1+1)*1,25 + Iref*R2
- Uоп - необходимое опорное напряжение;
- R1 — резистор между выводами 7 и 8;
- R2 — резистор между выводом 8 и минусом питания;
- Iref – сила тока на выводе 8 (около 0.1 мА).
Индикатор уровня звукового сигнала (VU-метр)
Эта конструкция позволит нам оценить уровень звукового сигнала. Мы включим ее после УМЗЧ параллельно акустической системе, а значит, индикатор будет отображать выходную мощность усилителя.
В принципе, схема работать будет, но показания индикатора не будут соответствовать нашим слуховым ощущениям. Вроде добавили мощности на пару светодиодов, а сила звука увеличилась втрое. В верхнем диапазоне будут противоположные ощущения – зажгли два глазка, а громкость едва увеличилась.
Можно ли как-нибудь решить эту проблему? К сожалению, изменить номиналы резисторов делителя внутри микросхемы нам не удастся. Но вариант есть. Можно использовать собрата LM3914 – микросхему LM3915, в которой номиналы резисторов делителя подобраны по логарифмическому закону. В остальном же принцип работы, цоколевка и назначение выводов у обеих микросхем одинаковы.
На всякий случай. Как было сказано выше, индикатор мощности на LM3914 будет работать, и если вас не смущают вышеописанные неудобства, то можно построить измеритель уровня звука и на ней.
Взглянем на принципиальную схему индикатора выходной мощности УМЗЧ на LM3915. Схема на LM3914 будет выглядеть аналогичным образом.
Резисторы R7, R8 образуют делитель, создающий необходимое опорное напряжение, прикладываемое к выв. 6. Это верхний порог измерения, который составляет порядка 9 В. Нижний порог выбран нулевым (выв. 4).
- LED1 – 0.2 Вт;
- LED2 – 0.4 Вт;
- LED3 – 0.8 Вт;
- LED4 – 1.6 Вт;
- LED5 – 3 Вт;
- LED6 – 6 Вт;
- LED7 – 13 Вт;
- LED8 – 25 Вт;
- LED9 – 50 Вт;
- LED10 – 100 Вт;
Важно! Номинал резистора R5 указан для нагрузки 4 Ом. Если у вас восьмиомные акустические системы, то номинал нужно увеличить до 18 кОм.
Вот мы и выяснили, что собой представляет микросхема LM3914. а заодно и познакомились с ее логарифмическим собратом. Теперь собрать измеритель звукового сигнала или простенький вольтметр сможет, пожалуй, каждый, умеющий держать в руках паяльник.
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).
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.
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).
подключил к Кк ~24В - результат то же. первый светодиод горит тускло как и горел, на потенциометры 0 эмоций, при выключении та же вспышка
неблагодарное это дело в чужом г. ковырятся, НО в печатной плате напутано вокруг единственного транзистора неприведигосподь, а уж сигнал на 5 ногу ЛМ-ки, кажется, вообще не попал. И, если уж использовал доп микросхему, то про точку Кк надо забыть и НЕ подключать туда ни трансформатор, ни вход катушки зажигания (микросхеме ЛЕ6 кранты). B-C-E, 220 кОм аж где. короче, трезвыми глазами и ближе к схеме. тогда, глядишь и заработает. так безобразно ошибаться даже непростительно, а потом ещё морочить голову другим. все советчики смотрят на схему, а со своими ошибками монтажа должен разбираться тот, кто их сделал.
за печатку дико извиняюсь.
на быструю руку переделал подключаю - на холостом светит 1 светодиод, газую - ничего не изменяется. От транса - 2горят.
может это быть из-за того что вместо 220К подстроечника стоит 100К подстроечник и 10К поледоватльно. может 10К не нужен??
CURRENT PROGRAMMING
A feature not completely illustrated by the block diagram is the LED brightness control. The current drawn out of the reference voltage pin (pin 7) determines LED current. Approximately 10 times this current will be drawn through each lighted LED, and this current will be relatively constant despite supply voltage and temperature changes. Current drawn by the internal 10-resistor divider, as well as by the external current and voltage-setting divider should be included in calculating LED drive current. The ability to modulate LED brightness with time, or in proportion to input voltage and other signals can lead to a number of novel displays or ways of indicating input overvoltages, alarms, etc.
Ток, утянутый с седьмой ноги, определяет ток светодиодов. То есть для управления яркостью, как я понял, надо помимо имеющегося делителя подгружать реф дополнительно.
То есть ночью нужно будет менять(переключать) сразу два резистора на обеих микросхемах. Не будет ли это влиять на показания, там же на первой микросхеме 6-я нога с 7 соединяется
Реф должен стойко держать своё напряжение независимо от нагрузки (в разумных пределах, конечно), так что показания наверняка не будут меняться. Что касается переключения двух резисторов - ну да. Что ж теперь делать, раз такой, мягко говоря, странный способ управления током выбрал производитель.
Собрал- вроде заработал, только не так как нужно. Настраивается так: либо загораются несколько светодиодов на полный газ, либо на холостом горит почти половина шкалы и еле доползает до конца на полный газ, когда подстроечники до конца закручены. Из замен: один из д814а на д814Б, подстороечник 220к вместо 330к, хотя всё равно на минимум стоит. Подскажите
Сначала надо на столе поиграться, увидеть как работает от постоянного напряжения.
Для этого К-Э транзистора зашунтировать резистором порядка 100К.
Потом думать, как формируется из кривых импульсов постоянное напряжение
(может, С4 до 100 увеличить).
Небольшой резистор (10R) последовательно с Д3 тоже не помешал бы.
Часовой пояс: UTC + 3 часа
Кто сейчас на форуме
Сейчас этот форум просматривают: HochReiter и гости: 136
Powered by phpBB © 2000, 2002, 2005, 2007 phpBB Group
Русская поддержка phpBB
Extended by Karma MOD © 2007—2012 m157y
Extended by Topic Tags MOD © 2012 m157y
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.
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.
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:
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.
Некоторые наиболее существенные характеристики ИМС:
На Рис.2 приведена более привычная для восприятия электрическая схема LM3914.
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.
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.
Читайте также: