Integriertes LED-Voltmeter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

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Beschreibungen von Geräten zur Lichtanzeige des Spannungsniveaus wurden bereits auf den Seiten unseres Magazins veröffentlicht. Es scheint, was kann dem Veröffentlichten noch hinzugefügt werden? Es stellt sich heraus, dass Sie es können! Der folgende Artikel bestätigt dies: Ein echter Funkamateur hat es nicht eilig, ein Problem als gelöst zu betrachten ...

Mit einem im Armaturenbrett eines Autos installierten Voltmeter können Sie den Spannungspegel im Bordnetz schnell überwachen. Ein solches Gerät erfordert keine hohe Auflösung, aber Sie benötigen die Möglichkeit, die Messwerte einfach und schnell abzulesen. Diese Bedingungen werden am besten durch eine diskrete LED-Spannungsanzeige erfüllt. Ähnliche Geräte haben sich zur Beurteilung des Spannungs- und Leistungspegels (in Schallverstärkungsgeräten) stark verbreitet. Sie werden in der Regel auf zwei Arten umgesetzt.

Die erste wird ausführlich in [1] beschrieben. Sein Kern besteht darin, dass eine Reihe von LEDs über einen Widerstandsspannungsteiler mit mehreren Ausgängen an die Quelle der gemessenen Spannung angeschlossen ist. Hierbei werden die Schwellwerteigenschaften von LEDs, Transistoren und Dioden genutzt. Die Einfachheit eines solchen Indikators geht mit einer unscharfen LED-Zündschwelle einher (wie vom Autor in [2] festgestellt). Solche Geräte wurden einst in Form eines Radiodesigners verkauft.

Die zweite Möglichkeit besteht darin, zum Einschalten jeder LED einen separaten Komparator zu verwenden, der einen Teil des Eingangssignals mit einem Referenzsignal vergleicht (wie zum Beispiel in [3]). Es sind viele Chips erforderlich. Quad-Operationsverstärker sind immer noch teuer und ein solcher Chip kann nur vier LEDs ansteuern.

Schließlich ist die Arbeit (4) nicht zu übersehen, in der das Prinzip der Analog-Digital-Umwandlung verwendet wird. Diese Konstruktion hat viele Vorteile, ist aber dennoch zu detailreich und zudem unwirtschaftlich.

Das Ihnen zur Verfügung gestellte Voltmeter ist im Hinblick auf das oben Gesagte optimiert: Es werden klare Schwellenwerte für die LED-Zündung mit einem Minimum an billigen, wirtschaftlichen und weit verbreiteten Elementen erreicht. Das Funktionsprinzip des Geräts basiert auf den Schwelleneigenschaften einer digitalen Mikroschaltung.

Das Gerät (siehe Diagramm in Abb. 1) ist ein sechsstufiger Indikator. Für eine einfachere Anwendung im Auto wurde das Messintervall auf 10...15 V in 1-V-Schritten gewählt. Sowohl das Intervall als auch die Schrittweite können leicht geändert werden.

Die Schwellenwertgeräte sind sechs Wechselrichter DD1,1-DD1.6, von denen jeder ein nichtlinearer Spannungsverstärker mit großer Verstärkung ist. Der Schaltschwellenwert von Wechselrichtern liegt etwa bei der Hälfte der vom Chip gelieferten Spannung, sie vergleichen also quasi die Eingangsspannung mit der halben Versorgungsspannung.

Wenn die Eingangsspannung des Wechselrichters den Schwellenwert überschreitet, sinkt die Ausgangsspannung. Daher wird die LED, die als Last des Wechselrichters dient, durch den Ausgangsstrom (Senke) eingeschaltet. Wenn die Leistung der Wechselrichter hoch ist, sind die LEDs geschlossen und ausgeschaltet.

Von den Ausgängen des Widerstandsteilers R1-R7 wird der entsprechende Anteil der Spannung des Bordnetzes dem Eingang der Wechselrichter zugeführt. Wenn sich die Bordspannung ändert, ändern sich auch deren Anteile proportional. Die Versorgungsspannung der Wechselrichter und der LED-Leitung wird durch den Mikroschaltungsstabilisator DA1 stabilisiert. Die Werte der Widerstände R1-R7 werden so berechnet, dass sich ein Schaltschritt von 1 V ergibt.

Der Kondensator C2 bildet zusammen mit dem Widerstand R1 einen Niederfrequenzfilter, der kurzzeitige Spannungsspitzen unterdrückt, die beispielsweise beim Starten des Motors auftreten können. Der Hersteller von Mikroschaltungsstabilisatoren empfiehlt den Einbau des Kondensators C1, um deren Stabilität bei hohen Frequenzen zu verbessern. Die Widerstände R8-R13 begrenzen den Ausgangsstrom der Wechselrichter.

Wie berechnet man die Widerstände R1-R7? Obwohl am Eingang der Wechselrichter DD1.1.-D1.6 Feldeffekttransistoren verbaut sind, die praktisch keinen Eingangsstrom verbrauchen, entsteht ein sogenannter Leckstrom. Dies macht es erforderlich, einen Strom durch den Teiler zu wählen, der viel größer ist als der gesamte Leckstrom aller sechs Wechselrichter (nicht mehr als 6X10-5 μA). Der Mindeststrom durch den Teiler liegt bei einer angezeigten Mindestspannung von 10 V.

Stellen wir diesen Strom auf 100 µA ein, was etwa dem Millionenfachen des Leckstroms entspricht. Dann sollte der Gesamtwiderstand des Teilers RD=R1+R2+R‡+R4+R5+R6+R7 (in Kiloohm, wenn die Spannung in Volt und der Strom in Milliampere angegeben ist) sein: Rd=Uvx min/Imin = 10 V /0,1mA = 100 kOhm.

Berechnen wir nun den Widerstandswert jedes der Widerstände unter der Bedingung Upr = Upit / 2, d.h. im betrachteten Fall Upr = 3 V. Bei einer Eingangsspannung von 15 V sollten am Widerstand R7 3 V anfallen und der Strom durch ihn (gleich dem Strom durch den gesamten Teiler) Id = UBX / Rd = 15 V / 100 kOhm = 0,15 mA = 150 μA, Dann ist der Widerstand des Widerstands R7: R = Upor / Id ; R7=3V/0,15mA=20kΩ.

Am Eingang des DD1.5-Wechselrichters sollten bei einer Eingangsspannung von 3 V 14 V anliegen. Der Strom durch den Teiler beträgt in diesem Fall Id = 14 V / 100 kOhm = 0,14 mA. Dann beträgt der Gesamtwiderstand R6 + R7 = Upop / Id = 3 / 0,14-21,5 kOhm.

Daher R6 \u21,5d 20-1,5 \uXNUMXd XNUMX kOhm.

In ähnlicher Weise wird der Widerstandswert der verbleibenden Widerstände des Teilers bestimmt: R5 \u6d UporkhRd / Uin- (R7 + R1,6) -4 kOhm; R2-2,2 kOhm, R2-2.7 kOhm, R1-2 kOhm und schließlich R4 = Rd-(R5 + R6 + R7 + R70 + R68 + RXNUMX) = XNUMX kOhm-XNUMX kOhm.

Im Allgemeinen liegt die Schwellenspannung der Elemente von CMOS-Mikroschaltungen bekanntlich im Bereich von 1/3 Upit bis 2/3 Upit. Es ist auch bekannt, dass die Elemente derselben Mikroschaltung, die in einem einzigen technologischen Zyklus auf demselben Chip hergestellt werden, nahezu die gleichen Werte der Schaltschwelle aufweisen. Um den „Skalenanfang“ des Voltmeters genau einzustellen, reicht es daher aus, den Widerstand R1 durch eine Reihenschaltung aus einem Trimmer mit einem berechneten Wert und einem konstanten mit einem Wert zu ersetzen, der doppelt so hoch ist wie der berechnete.

Die Temperaturstabilität des Gerätes ist sehr hoch. Bei einem Temperaturwechsel von -10 auf +60 °C verändert sich die Ansprechschwelle um mehrere Hundertstel Volt. Der Mikroschaltungsstabilisator DA1 verfügt außerdem über eine Temperaturstabilität von mindestens 30 mV im Bereich 0...100 °C.

Die Ausgangsspannung des DA1-Stabilisators darf nicht weniger als 6 V betragen, da die Wechselrichter sonst nicht in der Lage sind, den erforderlichen Strom über die LEDs bereitzustellen. Die Wechselrichter des K561LN2-Chips ermöglichen einen Ausgangsstrom von bis zu 8 mA. AL307BM-LEDs können durch andere ersetzt werden, indem die Werte der Strombegrenzungswiderstände R8-R13 neu berechnet werden. Es können auch beliebige Kondensatoren für eine Nennspannung von mindestens 10 V verwendet werden.

Zum Aufbau wird das zusammengebaute Gerät an den Ausgang einer einstellbaren Spannungsquelle angeschlossen, die das Bordnetz simuliert. Indem Sie die Ausgangsspannung der Quelle auf 10 V und den Widerstand des Abstimmwiderstands auf Maximum einstellen, drehen Sie den Schieberegler, bis die HL1-LED aufleuchtet. Die restlichen Stufen werden automatisch eingestellt.

Die Teile des Voltmeters sind auf einer Leiterplatte aus 1 mm dickem Folienglasfaser montiert. Die Zeichnung der Platine ist in Abb. dargestellt. 2. Es ist für die Installation eines Abstimmwiderstands SPZ-33 und des Rests - MLT-0,125, Kondensator C1 - KM, C2 - K50-35 vorgesehen.

Die Platine wird mit zwei M2,5-Schrauben an Rohrgestellen und einer weiteren, die gleichzeitig den DA1-Chip an die Platine drückt, an der Unterseite der Kunststoffbox befestigt. Beachten Sie, dass dieser Mikroschaltkreis mit der Kunststoffseite (nicht mit der Metallseite) zur Platine installiert wird. Zwischen dem Mikroschaltungsgehäuse und der Platine ist ebenfalls ein Rohrständer installiert, jedoch verkürzt.

Die Anschlüsse der LEDs werden vor der Montage um 90 Grad gebogen, sodass ihre optischen Achsen parallel zur Platinenebene liegen. Die Gehäuse der LEDs sollten über den Platinenrand hinausragen und bei der Endmontage des Gerätes in die am Ende der Box gebohrten Löcher passen.

Die Stabilität des Stabilisators und des gesamten Geräts wird noch höher, wenn ein Kondensator mit einer Kapazität von 8 Mikrometer an den Eingang der Mikroschaltung (zwischen Pin 17 und 0,1) angeschlossen wird. Um den Stabilisator vor unbeabsichtigten Spannungsspitzen im Bordnetz zu schützen, deren Amplitude 80 - 00 V erreichen kann, sollte parallel zu diesem Kondensator ein weiterer Oxidkondensator geschaltet werden. Er muss eine Kapazität von mindestens 1000 Mikrofarad und eine Nennspannung von 25 V haben. Dieser Kondensator wirkt sich auch positiv auf den Betrieb von Radio- und Tonverstärkungsgeräten in Kraftfahrzeugen aus.

Literatur

1. Nechaev I. LED-Signalpegelanzeige. - Radio, 1988, Nr. 12, p. 52.
2. Isaulov V., Vasilenko E. Eine einfache Aufnahmepegelanzeige. - RadioAmator, 1995, Nr. 3, S. 5.
3. Tikhomirov A. Bordnetzspannungsanzeige. - RadioAmator, 1996, Nr. 10, S. 2.
4. Gvozditsky G. Bordnetzspannungsanzeige. – Radio, 1992, Nr. 7, S. 18-20.

Autor: O. Klevtsov, Dnepropetrowsk, Ukraine

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