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ENZYKLOPÄDIE DER FUNKELEKTRONIK UND ELEKTROTECHNIK LED-Anzeige für Spannungsabweichung
Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Schutz der Geräte vor Notbetrieb des Netzes, unterbrechungsfreie Stromversorgungen Der Artikel beschreibt den Aufbau des Indikators, der anzeigt, in welche Richtung und wie stark der Wert des gesteuerten Parameters abgewichen ist. Das Gerät stellt einen Signalausgang bereit, der den Aktor einschaltet. Der Indikator kann leicht umkonfiguriert werden, um als Signalpegelmesser zu fungieren. Die LED-Anzeige dient zur Überwachung der Abweichung des Gleichstromsignals vom eingestellten Wert in Plus- oder Minusrichtung. Die beschriebene Version des Geräts ist auf sechs LEDs montiert und zeigt drei Abstufungen der Abweichung von „Null“ in jede Richtung. Der maximale Wert der erfassten Abweichung beträgt +0,1 V. Die Spannung an den Eingängen sollte 3 V nicht überschreiten, da sonst ein Eingangsdämpfungsglied erforderlich ist. Die Eingangsimpedanz des Indikators beträgt ca. 6 kOhm. Der Indikator ist integraler Bestandteil des Systems zur automatischen Aufrechterhaltung der vorgegebenen Bodenfeuchtigkeit [1] und dient der Überwachung der Abweichung vom optimalen Wert. Die Anzeigetafel des Geräts besteht aus einer Reihe von sechs LEDs, die entweder horizontal oder vertikal angeordnet sind. Bei fehlender Signalabweichung vom eingestellten Wert leuchten die drei rechten (bzw. oberen) LEDs in der Zeile nicht, die anderen drei leuchten. Bei einem positiven Signalhub steigt die Anzahl der eingeschalteten LEDs proportional an, bei einem negativen sinkt sie. Die Anzeige wird mit einer stabilisierten bipolaren Spannung von 2x12 V betrieben; verbrauchter Strom - nicht mehr als 40 mA. Das Indikatorschema ist in Abb. dargestellt. 1. Das gesteuerte Eingangssignal wird an Eingang A angelegt. Eine beispielhafte Spannung wird an Eingang B angelegt. Es muss eine hohe Stabilität aufweisen. Er wird gleich dem Nennwert der geregelten Spannung eingestellt.
Der Operationsverstärker DA1 ist gemäß dem Schema mit einem parallelen negativen Betriebssystem verbunden. Eine solche Einbeziehung eines Operationsverstärkers wird aufgrund des Vorhandenseins einer Gleichtaktspannung am Ausgang selten verwendet, dies ist jedoch für einen Indikator durchaus akzeptabel. Beim Abgleich des Gerätes wird die Gleichtaktspannung kompensiert. Am Ausgang des Operationsverstärkers ist ein bipolarer Emitterfolger an den Transistoren VT1, VT2 eingeschaltet, dessen Ausgangssignal über ein Schwellenwertgerät (Schmitt-Trigger) den Betrieb des Bewässerungsventils des Bodenfeuchtigkeitserhaltungssystems steuerte . Soll das Gerät nur als Anzeigegerät verwendet werden, kann auf den Emitterfolger verzichtet werden. Das durch den Widerstand R5 verstärkte Stromsignal wird dem Stromkreis der Dioden VD1-VD5 zugeführt, die als Stabilisatoren wirken. Der Spannungsabfall an jeder Diode beträgt etwa 0,6 V, was die „Höhe“ der Anzeigestufe bestimmt. Die Spannungsverteilung im Diodenkreis hängt vom Verhältnis der Widerstandswerte der Widerstände R7 und R8 und dem Pegel des Ausgangssignals des Operationsverstärkers ab. Im Ausgangszustand sollte am Verbindungspunkt der Dioden VD3 und VD4 eine Spannung von Null gegenüber dem gemeinsamen Draht anliegen. Die Basen der Transistoren VT3-VT5 stehen unter positiver Spannung, daher sind die Transistoren VT3-VT5 und damit VT10-VT12 offen. Die LEDs HL1-HL3 sind stromlos, da sie von einem offenen Transistor VT12 überbrückt werden. An die Basis der Transistoren VT7, VT8 wird eine negative Spannung angelegt, und an VT6 liegt eine Spannung von Null an, sodass sie geschlossen sind. Transistoren VT13-VT15 sind ebenfalls geschlossen. Der Betriebsstrom fließt durch den Transistor VT12 und die LEDs HL4-HL6 – die LEDs leuchten. Mit steigender Spannung am Eingang A sinkt die Ausgangsspannung des Operationsverstärkers, der Nullspannungspunkt verschiebt sich entlang der Diodenschaltung VD1-VD5 nach links. Die Transistorpaare VT5 und VT12, VT4 und VT11, VT3 und VT10 werden nacheinander geschlossen, wodurch die Überbrückung der LEDs HL3, HL2 bzw. HL1 beendet wird. Daher schalten sich die LEDs nacheinander ein. Wenn die Spannung am Eingang A abnimmt, verschiebt sich der Nullpotentialpunkt entlang der Diodenschaltung nach rechts, die Transistorpaare VT6 und VT13, VT7 und VT14, VT8 und VT15 öffnen sich. Die LEDs HL4, HL5 und HL6 erlöschen nacheinander. Die LEDs in der Anzeige sind in Reihe geschaltet. Der Strom durch sie wird durch einen Stromstabilisator an einem VT10-Transistor konstant gehalten und beträgt 9 mA. Dadurch wird die Stromversorgung entlastet und konstant gehalten. Zur Ansteuerung jeder LED muss ein Transistorpaar verwendet werden, da die Verstärkung eines einzelnen Transistors hier nicht ausreicht. In der Fachzeitschrift „Radio“ wurden ähnliche LED-Signalpegelmesser veröffentlicht [2-5]. Einige ihrer Schaltungslösungen werden im beschriebenen Gerät verwendet. Es zeichnet sich durch das Vorhandensein eines Differenzeingangs, einer höheren und einstellbaren Verstärkung sowie einer Reihenschaltung von LEDs mit einer Stromquelle aus, was die Anwendungsmöglichkeiten erweitert. Alle Teile der Anzeige, mit Ausnahme der LEDs, sind auf einer einseitigen Leiterplatte mit einer Dicke von 1 mm aus Folienfiberglas montiert. Die Platinenzeichnung ist in Abb. dargestellt. 2. Das Brett wird durch Schneiden entlang eines Lineals mit einem auf einer Schleifmaschine gedrehten Cutter hergestellt. Die schwarzen Linien auf der Tafelzeichnung sind die Bereiche, in denen die Folie abgeschnitten wurde. Natürlich kann die Tafel auch auf traditionelle Weise – dem Ätzen – hergestellt werden.
Dioden und die meisten Widerstände auf der Platine sind „stehend“ eingebaut. Die LEDs sind auf der Frontplatte montiert und über einen Kabelbaum mit der Platine verbunden. Die im Indikator verwendeten Transistoren können beliebige Siliziumtransistoren mit geringer Leistung sein. Anstelle von KT315B (VT3-VT8) eignen sich beispielsweise Transistoren des alten Typs MP113 (mit einem Koeffizienten h21E> 45) und anstelle von KT502V (VT10-VT15) - MP116 (h21E> 20). Dazu muss allerdings die Platine etwas vergrößert werden. Die Transistoren VT1, VT2, VT9 müssen eine Kollektorspannung von mindestens 30 V zulassen. Dioden VD1-VD5 – jedes Silizium mit geringer Leistung. Die Verwendung des Operationsverstärkers K140UD5 ist nicht kritisch – die Anzeige kann auch mit einem anderen Operationsverstärker arbeiten, der für eine Versorgungsspannung von 2x15 V ausgelegt ist. Sie können die Anzahl der LEDs und dementsprechend die Paare von Steuertransistoren ändern. Das Einrichten der Anzeige beginnt mit der anfänglichen Einstellung des Zustands der LEDs. Dazu werden die Eingänge A und B zusammengeschaltet und mit einer beispielhaften Spannung beaufschlagt. Sie wird üblicherweise aus der Versorgungsspannung mit einem zusätzlichen Stabilisator und einem Widerstandsteiler gebildet (diese sind im Diagramm nicht dargestellt). Empirisch finden sie auf der Schaltung der Dioden VD1-VD5 den optimalen Punkt, an den sie den Ausgang des Widerstands R5 anschließen, genau nach dem Schema. Das Kriterium für die Auswahl des optimalen Punktes ist, dass die LEDs HL4-HL6 an sind und HL1-HL3 aus sind. Anschließend wird Eingang A abgeschaltet und eine stabile Spannung angelegt, die im Bereich von +1 ... 2 V vom Referenzwert eingestellt werden kann. Ein weiterer ähnlicher Teiler kann als Quelle dieser Spannung dienen, jedoch mit einem variablen Widerstand in einem der Arme. Am Eingang A wird eine Spannung eingestellt, die genau der Referenzspannung entspricht, und der Widerstand R8 ist so gewählt, dass zum Einschalten der nächsten LED diese Spannung um das gleiche Maß erhöht werden muss, wie sie verringert werden muss um im Gegenteil einen weiteren von ihnen auszuschalten. Die Zuverlässigkeit der Anzeige „Null“ hängt von der Gründlichkeit dieses Vorgangs ab. Die erforderliche Empfindlichkeit des Indikators wird durch Auswahl des Widerstands R3 im Gegenkopplungskreis des Operationsverstärkers eingestellt. Wenn Sie den Indikator im Signalpegelmessmodus verwenden müssen, werden die Eingänge A und B zur Einstellung mit einem gemeinsamen Draht verbunden und der Widerstand R5 wird an den Punkt der VD1-VD5-Diodenschaltung angeschlossen, der die Mindestanzahl ergibt LEDs an. Dann wird der Widerstand R8 so gewählt, dass sich die HL6-LED am Rand des Beginns des Leuchtens befindet. Dann bleibt Eingang B mit dem gemeinsamen Kabel verbunden und eine gemessene positive Spannung wird an Eingang A angelegt. Bei einem Eingangssignal entgegengesetzter Polarität sind die Eingänge vertauscht. Die Empfindlichkeit des Indikators wird durch Auswahl des Widerstands R3 geändert. Erreicht der Eingangssignalpegel 3 V, kann auf einen Operationsverstärker und einen Emitterfolger verzichtet werden. In diesem Fall wird eine Signalquelle mit einem Innenwiderstand von nicht mehr als 2 kΩ über den Widerstand R1 an den Diodenkreis VD5-VD5 angeschlossen. Literatur
Autor: Yu.Egorov, Moskau
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