Vereinfachung der Spannungsanzeige. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Automobil. Elektronische Geräte

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Der Autor des Artikels macht die Leser auf eine modernisierte Version der einst beliebten Bordspannungsanzeige aufmerksam.

Der vor fast zehn Jahren von E. Klimchuk veröffentlichte Fahrzeug-Bordspannungsanzeiger [1] ist meiner Meinung nach immer noch einer der erfolgreichsten Entwürfe für diesen Zweck. Für diese Anzeige sind keine Änderungen am Armaturenbrett des Fahrzeugs erforderlich; die Messwerte sind leicht abzulesen. Mit dem Gerät können Sie die Hauptparameter des Systems zuverlässig beurteilen: Batteriespannungsstabilisator. Der Indikator funktioniert seit mehr als fünf Jahren an meinem Auto und bestätigt seine Nützlichkeit, hohe Stabilität und Zuverlässigkeit.

Wenn wir jedoch ein etwas anderes Prinzip zur Implementierung zusätzlicher Betriebsarten der Kontrolllampe anwenden und das Aufkommen von Elementen auf dem Markt nutzen, die bisher für Funkamateure unzugänglich waren, kann die Anzeige erheblich vereinfacht und erhöht werden seine Leistung, insbesondere im Zusammenspiel mit einem temperaturkompensierten Spannungsstabilisator [2] Anzahl Gleichzeitig wird die Anzahl der Mikroschaltungen von drei auf eins reduziert, die Anzahl der passiven Elemente reduziert und der zulässige Versorgungsspannungsbereich erweitert bis 3...30 V.

Das schematische Diagramm der Spannungsanzeige ist in Abb. dargestellt. 1. Um vier Betriebsmodi der Kontrolllampe zu organisieren, werden wie im Prototyp zwei Spannungskomparatoren am Operationsverstärker DA1.1 und DA1.2 verwendet. Der Unterschied besteht darin, dass zur Erzielung einer zusätzlichen Schaltschwelle für den oberen Komparator in der Schaltung nicht die hohe, sondern die niedrige Ausgangsspannung des unteren Komparators in der Schaltung verwendet wird. Der Verstärker DA1.3 invertiert das Ausgangssignal des Komparators DA1.2.

Wenn also die Spannung an den Anschlüssen der Batterie ansteigt, werden an den Ausgängen der Operationsverstärker DA1.1 und DA1.3 nacheinander die logischen Kombinationen 01, 11, 00 und 10 gebildet.

Auf dem Operationsverstärker DA1.4 ist ein Rechteckimpulsgenerator montiert, dessen Wiederholfrequenz von den Nennwerten der C2R15-Schaltung abhängt. Die Spannungs-„Hysterese“ wird durch positive Rückkopplung über den Widerstand R14 bereitgestellt. Typischerweise ist bei solchen Generatoren die „Hysterese“ symmetrisch zur Schaltspannung des Operationsverstärkers, was durch die Verwendung gleicher Widerstandswiderstände im Spannungsteiler R11R12 gewährleistet wird. In diesem Fall beträgt das Tastverhältnis der Impulse am Generatorausgang zwei.

Wenn sich das Verhältnis der Werte der Teilerwiderstände ändert, hört die „Hysterese“ ohne Änderung der Schleifenbreite auf, symmetrisch zu sein, und daher stellt sich heraus, dass die Lade- und Entladezeit des Kondensators C2 ungleich ist, d. h. die Das Tastverhältnis der Impulse ändert sich. Darüber hinaus erhöht sich das Tastverhältnis, wenn die Schaltspannung des Komparators die Hälfte der Versorgungsspannung überschreitet. Dieses Prinzip dient der schnellen Erkennung zweier Generatorbetriebsarten der Prüflampe.

Eine visuelle Überprüfung der Funktion der Anzeige ergab, dass bei einer bestimmten optimalen Frequenz des Generators zwei Modi erreicht werden können: In einem erlischt die Lampe regelmäßig und im anderen schaltet sie sich periodisch ein. Es wurde festgestellt, dass mit einer deutlichen Verringerung der Häufigkeit des Ausschaltens der Lampe (nennen wir diesen Modus so) die Dauer des Ausschaltzustands der Lampe so groß wurde, dass die „Integrität des Bildes“ im visuellen Gedächtnis gestört wurde, mit anderen Worten: Der Prozess des Übergangs der Lampe vom Ein- in den Aus-Zustand und zurück schien in separate Elemente unterteilt zu sein. Dies machte beide Modi subjektiv etwas ähnlich, und um den wahren Modus zu bestimmen, war es notwendig, ein oder zwei Sekunden lang nicht auf die Anzeige zu schauen, sich zu konzentrieren und festzustellen, was beim Betrieb der Lampe größer ist – die Summe der Pausen oder die Summe von Schalter.

Gleichzeitig konnte durch die Wahl der Frequenz sichergestellt werden, dass beide Modi eine organische Fortsetzung der benachbarten Hauptzustände der Kontrolllampe – Dauerleuchten und deren völlige Abwesenheit – wurden.

Wenn also bei eingeschalteter Zündung, aber ausgeschaltetem Anlasser und laufendem Motor (Position I des Zündschalters) die Lampe ständig leuchtet, deutet dies darauf hin, dass die Batterie, wenn sie entladen ist, mäßig entladen ist.

Treten beim Dauerleuchten der Lampe Helligkeitseinbrüche auf, muss der Akku aufgeladen werden.

Ein ähnliches Bild ergibt sich bei laufendem Motor. Liegt die vom Generator erzeugte Spannung innerhalb akzeptabler Grenzen, wird die Lampe ausgeschaltet und stört den Fahrer nicht. Sobald die Spannung einen für elektrische Geräte gefährlichen Wert überschreitet, beginnt die Kontrollleuchte gleichmäßig kurz zu blinken.

Selbstverständlich gilt alles oben Genannte bei entsprechender Wahl der Vergleichsschwellen, also der Spannungswerte, bei denen sich die Anzeigemodi ändern. Mit den im Diagramm angegebenen Werten der Widerstände R2, R4 und R9 liegen diese Schwellenwerte bei etwa 12,2, 13,6 und 14,4 V.

Es ist jedoch zu beachten, dass die Generatorfrequenzwerte immer noch ungleich sind, obwohl sie einer für die psychologische Wahrnehmung günstigen Kombination entsprechen. Somit ist die Lampenlöschfrequenz etwas niedriger als die Schaltfrequenz (wobei die im Diagramm angegebenen Nennwerte der passiven Elemente etwa 1,2 bzw. 1,5 Hz betragen).

Die Umschaltung der Generatorbetriebsarten erfolgt durch Änderung der Spannungspolarität am Teiler R11R12 – Pegel 01 und 10 an den Ausgängen der Operationsverstärker DA1.1 und DA1.3. Wenn die Ausgangspegel übereinstimmen (11 und 00), wird der Generator gesperrt und der Operationsverstärker DA1.4 arbeitet als Spannungsfolger, d. h. sein Ausgang liegt entweder bei hoher oder niedriger Spannung. Beim Betrieb ohne Last kann der Generator mit einer parasitären Frequenz angeregt werden.

Auf dem Transistor VT1 ist ein mit einer Glühlampe beladener Stromverstärker montiert. Wenn anstelle einer Lampe eine LED verwendet wird, wird diese direkt zwischen Widerstand R16 und der gemeinsamen Leitung angeschlossen, die Anode zum Widerstand.

Zur „Hysterese“ der Vergleichsschwellen müssen noch einige Worte gesagt werden. Wie im ursprünglichen Design kann es durch Ändern des Verhältnisses der Widerstandswerte der Widerstandsteiler R6R8 und R7R10 angepasst werden. Der betrachtete Indikator weist jedoch ein Merkmal auf, das mit einer Änderung der Generatorlast am Operationsverstärker DA1.4 verbunden ist. Je nach Modus kann der Ausgangsstrom des Generators zwischen mehreren Mikroampere und mehreren Milliampere variieren. Dies führt zu einer Änderung des Spannungsabfalls am Widerstand R13 des Glättungsfilters C1R13 und damit der Spannungsschwellen. Ein ähnlicher Effekt, wenn auch schwach ausgeprägt, wurde im Prototyp beobachtet [1].

Bei den im Diagramm angegebenen Nennwerten der Komponenten überschreitet die „Hysterese“ der ersten und dritten Vergleichsschwelle nicht 20 mV und die der zweiten etwa 250 mV! Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass der durchschnittliche Stromverbrauch im Generator und den angrenzenden Hauptmodi ungefähr gleich ist und Spannungswelligkeiten durch den C1R13-Filter gut unterdrückt werden.

Die „Hysterese“ der zweiten Vergleichsschwelle (auf einen Wert von weniger als 40 mV) deutlich zu reduzieren, ist ganz einfach: Verbinden Sie einfach den positiven Ausgang der Versorgungsspannung des Operationsverstärkers (Pin 4) mit dem rechten Ausgang (gemäß Diagramm). des Widerstands R13. Ich habe dies jedoch nicht getan, da mir eine solche Unähnlichkeit sogar vorzuziehen schien.

Tatsache ist, dass die zweite Vergleichsschwelle zwei im Allgemeinen normale Zustände elektrischer Geräte trennt. Andererseits sind in der Nähe dieser Schwelle (bei Leerlaufdrehzahl des Motors oder bei schwacher Spannung des Generatorantriebsriemens) leichte Schwankungen der Spannung im Bordnetz möglich, die unter Berücksichtigung der thermischen Trägheit von B. der Lampe, erschwert das „Lesen“ der Informationen. Gleichzeitig sorgt die kleine „Hysterese“ der Extremwerte der geregelten Spannung für eine hohe Regelgenauigkeit, was besonders wichtig bei der Bestimmung des Entladungsgrades der Batterie ist.

Anstelle der Mikroschaltung LM324DP im Indikator können Sie auch das heimische Analogon K1401UD2 verwenden. Beachten Sie jedoch, dass die Stromversorgungspins umgekehrt angeordnet sind: Pin 4 muss mit -Up und Pin 11 mit +Up versorgt werden [ 3]. Der Verbundtransistor VT1 kann durch einen herkömmlichen aus der KT815- oder KT817-Serie ersetzt werden. Zenerdiode VD1 – beliebig für Stabilisierungsspannung 4,7...7,5 V (z. B. KS147G, KS156G, KC168A). Es empfiehlt sich die Verwendung eines Tantalkondensators C1 (K53-1A, K53-18 usw.). Der Kondensator C2 (K73-17 für eine Nennspannung von 63 V) sollte mit einem möglichst geringen Temperaturkoeffizienten der Kapazität ausgewählt werden.

Alle Teile des Indikators sind auf einer Leiterplatte aus 1,5 mm dickem Folien-Glasfaserlaminat montiert. Die Platinenzeichnung ist in Abb. dargestellt. 2. Die Platine wird in eine Kunststoffbox gelegt, die hinter der Instrumententafel montiert wird.

Das Einrichten des Indikators besteht aus der Einstellung der Vergleichsschwellen mithilfe einer Auswahl von Widerständen R2, R4 und R9. Wie das geht, ist in [1] ausführlich beschrieben. Ich möchte nur anmerken, dass ich es für ratsam halte, auf die Verwendung von Trimmwiderständen zu verzichten. Wie die Praxis beim Einsatz des Indikators gezeigt hat, ist eine Anpassung der Spannungsschwellen nicht erforderlich.

Abschließend bleibt noch hinzuzufügen, dass es sinnvoll wäre, zu versuchen, die Frequenz des Generators leicht zu ändern, um den Anzeigealgorithmus besser an die individuellen Wahrnehmungsmerkmale anzupassen. Es empfiehlt sich, dies mit einer Lampe des gleichen Typs zu tun, mit dem die Anzeige funktioniert.

Literatur

1. Klimchuk E. Spannungsanzeige. - Radio, 1993, Nr. 6, p. 35, 36.
2. Biryukov S. Einfacher temperaturkompensierter Spannungsregler. – Radio, 1994, Nr. 1, S. 34, 35.
3. Petropavlovsky Yu. Komponenten in Haushaltsvideogeräten. – Radio, 2001, Nr. 7, S. 9-11.

Autor: A.Martemyanov, Sewersk, Gebiet Tomsk

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