Hier werden wir ein einfaches Voltmeter entwerfen. Es ist einfach, weil es nur einen IC-Chip enthält - LM3914. LM3914 ist ein Chip, der 10 LED basierend auf dem linearen Eingangsspannungswert ansteuert.
Der IC liefert eine Dezimalausgabe, indem die erforderliche LED basierend auf dem Wert der Eingangsspannung aufleuchtet. Die maximale Mess-Eingangsspannung variiert in Abhängigkeit von Referenzspannung und Versorgungsspannung. Wir werden dies im späteren Teil des Artikels diskutieren.
Dieser Chip kann für Batterieschutzschaltung, Amperemeter-Schaltung usw. modifiziert werden, aber hier verwenden wir ihn für das Voltmeter. LM3914 ist ein 10-stufiges Voltmeter, dh es zeigt Abweichungen im 10-Bit-Modus. Der Chip erfasst die messende Eingangsspannung als Parameter und vergleicht sie mit der Referenz. Jedes Mal, wenn die Spannung den bestimmten Referenzteil überschreitet, leuchtet die entsprechende LED.
Der Chip ist so programmiert, dass er die LED direkt ansteuert, sodass kein zusätzlicher Widerstand erforderlich ist.
Komponenten
Stromversorgung (5V)
1K Widerstand (3 Stück)
10K Widerstand (2 Stück)
LM3914 IC
10 LEDs
0,1 µF Kondensator (2 Stück).
Steckbrett und Verbindungskabel
Schaltplan und Arbeitsweise
Die interne Schaltung des LM3914 ist in der folgenden Abbildung dargestellt:
Wie bereits erwähnt, ist der LM3914 eine 10-stufige Messeinheit. Dies ist in der obigen internen Schaltung gezeigt. LM3914 ist im Grunde eine Kombination von 10 Komparatoren. Jeder Komparator ist ein Operationsverstärker, dessen negativer Anschluss die Referenzspannung erhält.
Wichtig hierbei ist nun, dass die Messspannung nicht höher sein kann als die Referenzspannung oder die Chipversorgungsspannung. Dies muss immer beachtet werden. Um eine höhere Messspannung zu erreichen und den Eingang konstant zu halten, verwenden wir eine Widerstandsspannungsteilerschaltung. Es teilt einfach die Spannung basierend auf Widerständen.
Betrachten Sie die in der Abbildung gezeigte Schaltung des Netzwerks:
Bei einer Eingangsspannung von 15 V, R1 = 11 K, R2 = 1 K ergibt sich Vout = 15 (1/11) = 1,5 V (ungefähr).
Die Referenzspannung wird je nach Anforderung gewählt. Der Referenzwert muss die maximale Messspannung sein, die an den Chip angelegt wird. Wenn wir eine variable Spannung mit einer Spitzenspannung von 20 V messen, sollten wir die Referenz von 20 V wählen.
Die Referenz wird durch Gleichung gewählt:
Da wir Spannungen von 0-15 messen wollen, müssen wir R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K wählen.
Damit haben wir die Referenzspannung auf Vref = 1,25 * 12 = 15V gewählt. Wir haben also eine maximale Eingangsspannung von 15V.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass ein höherer Referenzwert die Stufenspannung erhöht und die Auflösung verringert. Angenommen, mit Bezug auf 20 V haben wir einen Schritt von 2 V, eine Spannung zwischen 2 V und 4 V ist nicht messbar. Bei höherer Spannung haben wir also eine geringere Genauigkeit.
Da der Chip eine 10-stufige ist und die Spannung zwischen 0 und 15 V liegt, haben wir einen 1,5-V-Schritt. Bei jedem Anstieg der Messspannung um 1,5 V leuchtet eine zusätzliche LED.
Die Anschlüsse für die Voltmeterschaltung LM3914 sind nachstehend aufgeführt:
PIN3 ---------------------------- + 5V Versorgung
PIN2 -------------------------------- Boden
PIN5 ----------------------------- + variable Spannung
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- an LEDs angeschlossen
Der Messpegel für LED lautet wie folgt:
+ 1,5 V, + 3,0 V, + 4,5 V, + 6,0 V, + 7,5 V, + 9,0 V, + 10,5 V, + 12,0 V, + 13,5 V, + 15,0 V.
Angenommen, die Messspannung beträgt 10 V, die sechste LED leuchtet. Angenommen, die Messspannung beträgt 12,5 V, die neunte LED leuchtet. Mit Schritten von 1,5 V können wir also bis zu 15 V messen.