Här ska vi utforma en enkel voltmeter. Det är enkelt eftersom det bara innehåller ett IC-chip - LM3914. LM3914 är ett chip som driver 10 lysdioder baserat på linjärt ingångsspänningsvärde.
IC ger en decimalutgång genom att tända den nödvändiga lysdioden baserat på värdet på ingångsspänningen. Den maximala mätingångsspänningen varierar beroende på referensspänning och matningsspänning, vi kommer att diskutera det i den senare delen av artikeln.
Detta chip kan modifieras för batteriskyddskrets, amperemätarkrets etc. men här använder vi det för voltmätaren. LM3914 är en 10-stegs voltmeter som betyder att den visar variationer i 10 bitars läge. Chipet känner av mätingångsspänningen som en parameter och jämför den med referens, varje gång spänningen passerar en viss referensdel lyser motsvarande lysdiod.
Chipet är programmerat för att driva LED direkt, så det krävs inget ytterligare motstånd.
Komponenter
Strömförsörjning (5v)
1K motstånd (3 delar)
10K motstånd (2 delar)
LM3914 IC
10 lysdioder
0,1 µF kondensator (2 stycken).
Brödbräda och anslutande ledningar
Kretsschema och arbete
Den interna kretsen för LM3914 visas i nedanstående bild:
Som diskuterat är LM3914 en 10-stegs mätenhet. Detta visas i ovanstående interna krets. LM3914 är i grunden en kombination av 10 jämförare. Varje komparator är en op-amp, med en referensspänning på sin negativa terminal.
Nu är det viktiga här att mätspänningen inte kan vara högre än referensspänningen eller spänningen till chipet. Detta måste alltid hållas i åtanke. För att uppnå en högre mätspänning som håller ingången konstant ska vi använda motståndsspänningsdelarkrets. Den delar helt enkelt spänningen baserat på motstånd.
Tänk på kretsen som bildas av nätverket som visas i figuren:
Så med ingångsspänning 15V, R1 = 11K, R2 = 1K har vi Vout = 15 (1/11) = 1,5V (ungefär).
Referensspänningen väljs utifrån krav. Referensvärdet måste vara den maximala mätspänningen som vi ska tillämpa på chipet. Om vi mäter variabel spänning med toppspänning på 20v bör vi välja referensen på 20V.
Referensen väljs med ekvation:
Eftersom vi vill mäta spänningar från 0-15 måste vi välja R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K.
Med detta har vi valt referensspänningen till Vref = 1,25 * 12 = 15V. Så vi har en maximal ingångsspänning till 15V.
Det är dock viktigt att komma ihåg att högre referensvärde större stegspänning och lägre upplösning. Säg med referens 20V att vi har ett steg på 2V, vilken spänning som helst mellan 2V-4V är inte mätbar. Så med högre spänning har vi mindre noggrannhet.
Eftersom chipet är ett 10-stegs och spänningen är från 0-15V har vi ett 1,5V-steg. Så med varje steg på 1,5 V i mätspänning lyser en extra LED.
Anslutningarna för LM3914 voltmätarkrets anges nedan:
PIN3 ---------------------------- + 5v matning
PIN2 -------------------------------- mark
PIN5 ----------------------------- + variabel spänning
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- ansluten till lysdioder
Mätnivån för LED går som, + 1,5V, + 3,0V, + 4,5V, + 6,0V, + 7,5V, + 9,0V, + 10,5V, + 12,0V, + 13,5V, + 15,0V.
Anta att mätspänningen är 10V, den sjätte lysdioden lyser. Anta att mätspänningen är 12,5 V, den nionde lysdioden lyser. Så med steg om 1,5V kan vi mäta upp till 15V.