Тут ми збираємося розробити простий вольтметр. Це просто, оскільки він включає лише одну мікросхему - LM3914. LM3914 - це мікросхема, яка керує 10 світлодіодами на основі лінійного значення вхідної напруги.
ІС забезпечує десятковий вихід, запалюючи необхідний світлодіод на основі значення вхідної напруги. Максимальна вимірювальна вхідна напруга змінюється залежно від опорної напруги та напруги живлення, про що ми поговоримо у подальшій частині статті.
Цю мікросхему можна модифікувати для схеми захисту батареї, схеми амперметра тощо, але тут ми використовуємо її для вольтметра. LM3914 - це 10-ступінчастий вольтметр, що означає, що він показує зміни в 10-бітному режимі. Мікросхема сприймає вимірювальну вхідну напругу як параметр і порівнює її з еталонною, кожен раз, коли напруга перетинає певну частину опорного значення, відповідний світлодіод світиться.
Мікросхема запрограмована на безпосереднє керування світлодіодами, тому додатковий опір не потрібен.
Компоненти
Блок живлення (5 В)
1K резистор (3 штуки)
10K резистор (2 шт.)
LM3914 IC
10 світлодіодів
Конденсатор 0,1 мкФ (2 штуки).
Макет та з'єднувальні дроти
Принципова схема та робота
Внутрішня схема LM3914 показана на малюнку нижче:
Як обговорювалося, LM3914 - це 10-ступінчастий вимірювальний пристрій. Це показано у внутрішній схемі вище. LM3914 - це в основному комбінація з 10 компараторів. Кожен компаратор є операційним підсилювачем з набором опорної напруги на своєму негативному терміналі.
Зараз важливим є те, що вимірювальна напруга не може бути вище опорної напруги або напруги живлення мікросхеми. Про це потрібно завжди пам’ятати. Для досягнення вищої вимірювальної напруги, підтримуючи вхідну постійну, ми будемо використовувати схему дільника опору напруги. Він просто ділить напругу на основі резисторів.
Розглянемо схему, утворену мережею, зображену на малюнку:
Отже, при вхідній напрузі 15В, R1 = 11К, R2 = 1К ми маємо Vout = 15 (1/11) = 1,5В (приблизно).
Еталонна напруга вибирається на основі вимог. Базовим значенням має бути максимальна вимірювальна напруга, яку ми будемо подавати на мікросхему. Якщо ми вимірюємо змінну напругу з піковою напругою 20 В, ми повинні вибрати еталонну напругу 20 В.
Посилання вибирається рівнянням:
Оскільки ми хочемо виміряти напруги від 0-15, нам потрібно вибрати R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K.
Таким чином ми обрали опорну напругу для Vref = 1,25 * 12 = 15В. Отже, ми маємо максимальну вхідну напругу до 15В.
Однак важливо пам'ятати, що чим вище опорне значення, тим більше ступінчаста напруга і нижча роздільна здатність. Скажімо, з посиланням на 20В ми маємо крок 2В, будь-яка напруга між 2В-4В не піддається вимірюванню. Отже, при вищій напрузі ми маємо меншу точність.
Оскільки мікросхема є 10-ступінчастою, а напруга від 0-15 В, ми маємо крок 1,5 В. Тож із кожним кроком вимірювання напруги в 1,5 В додатковий світлодіод світиться.
Підключення, які виконуються для ланцюга вольтметра LM3914, наведені нижче:
PIN3 ---------------------------- + 5 В живлення
PIN2 -------------------------------- заземлення
PIN5 ----------------------------- + змінна напруга
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- підключений до світлодіодів
Рівень вимірювання для світлодіода виглядає так, + 1,5 В, + 3,0 В, + 4,5 В, + 6,0 В, + 7,5 В, + 9,0 В, + 10,5 В, + 12,0 В, + 13,5 В, + 15,0 В.
Скажімо, вимірювальна напруга становить 10 В, шостий світлодіод світиться. Скажімо, вимірювальна напруга становить 12,5 В, дев’ятий світлодіод світиться. Отже, з кроком 1,5 В ми можемо виміряти до 15 В.