Электрик - электричество и энергетика

Эта статья опубликована на сайте Электрик - электричество и энергетика
  http://electrik.org/

URL этой статьи:
  http://electrik.org/news/article108.php

Вольтметр для автомобиля.

Статьи / Автомобили, зарядные устройства
Послано electrik 08 Мар, 2004 г. - 22:22

О.В.Клевцов, Днепропетровск.
Продолжая тему «Женщина любит ласку, а машина смазку» в отношении аккумуляторов можно сказать «любят под- но не любят переэарядку».Описанный ниже прибор поможет угодить вашему свинцовому другу.

Вольтметры на светодиодах обычно построены на одном из двух принци пов Первый [1] он же и самый дешевый заключается в том что набор светодиодов подключается к источнику измерения через модифицированный делитель напряжения. Такие индикаторы [2 4] используют известные порого вые свойства вольтамперных Характеристик (ВАХ) светодиодов транэисто ров диодов а также Могут снабжаться предусилителями Однако «порого вость» экспоненты ВАХ довольно условна и простота таких устройств «окупа ется» нечетким порогом свечения светодиодов что в условиях прямого днев ного света затрудняет считывание. Второй принцип применение для каждого светодиода отдельного компаратора сравнивающего часть входного сигна ла с неким образцовым [5]. Большой коэффициент усиления компараторов обеспечивает четкие пороги включения/выключения но такой подход требу ет большого количества не очень дешевых компараторов (часто применяют ОУ без обратных связей]. Наконец, нельзя не упомянуть о работе [6] где использован принцип АЦП и динамическая индикация но это также не очень экономный вариант. Ниже описан вольтметр четкие пороги «зажигания» све тодиодов в котором реализованы с Минимумом широкодоступных дешевых и экономичных радиоэлементов.
Вольтметр использует некоторые необычные возможности цифровой микросхемы. Как видно из схемы (рис 1] прибор представляет собой шестиуров невыи вольтметр для удобства эксплуатации в автомобиле уровни индикации с шагом 1 В образуют диапазон измерения от 1 0 до 1 5 В но и диапазон и шаг легко изменить и под другие применения. Каждый из шести элементов цифровой микросхемы сравнивает напряжение на своем входе с половиной напряжения питания. Если входное напряжение превышает этот уровень то на выходе элемента появится логический 0 иначе логическая 1. Светодиоды подключены к выходам микросхемы таким образом что при логическом 0 они светятся а при логической 1 нет.
С помощью делителя Rl R7 на входы элементов инверторов DD1 подается доля напряжения бортовой сети При изменении напряжения в сети изменяется и его доля а значит и напряжения на входах логических элементов А вот напряжение питания на ИМС DD1 подано с интег рольного стабилизатора DA1 поэтому оно являет ся эталонным. Сопротивле ния резисторов Rl R7 рас считаны таким образом чтобы получить пороги переключения с шагом 1 В. Конденсатор С2 вместе с R1 образуют НЧ фильтр подавляющий короткие всплески напряжения, например при пуске двигателя Кондесатор С1 реко Мендуется устанавливать для обеспечения устоичивости DD1 Резисторы RB-R13 необходимы для ограничения тока через светодиоды.



Как рассчитать Rl R72 Здесь надо исходить из еле дующих соображении Ток через эти резисторы должен превышать входные токи микросхемы благо у KMOП ИМС входные токи мизерные в худшем случае десятитысячные доли микроампера поэтому в данном случае они пренебрежимо малы и вполне можно допустить любой реальный ток через дели тель например 100 мкА. Тогда общее (суммарное Рд - Rl + R2 + R3 + R4 + R5 + R6 +R7] сопротивление делителя Рд можно определить по закону Ома Рд - Umm/lmm 10B/100мкА - 100 кОм. Теперь рассчитаем
сопротивление каждого из резисторов Для этого нужно вспомнить что порог переключения КМОП элементов DD1 равен половине напряжения питания, в нашем случаеUпит - 6 В а его половина 3 В Тогда при входном напряжении 15 В напряжение на резисторе R7 должно быть 3 В .Ток Же через этот резистор по первому закону Кирхгофа (ток в последовательной цепи неизменен или «ток никуда не исчезает»] равен току через все резисторы Rl R7 опять приме нив закон Ома находим 1д - UBX / Rд ~ 15В/ 1 00 Юм - 1 50 МкА. Тогда сопротивление резистора R7 - Unop / Iд - 3 В / 1 50 МкА - 20 кОм.



Следующий порог при входном напряжении UBX~ 14 В При этом на входе соответствующего инвертора должно быть уже известное пороговое напряжение 3В. Ток через делитель в этом случае Iд - 14 В / 1 00 кОм - 140 мкА Тогда сумма сопротивлении (R6 + R7) - Unop / Iд - 3 В / 140 мкА - 21 5 Oм Отсюда R6 - (R6 +R7) R7 - 21 5 20 - 1 5 Oм По той же методике для остальных резисторов делителя.
R5-UncpRд/Uвx R6 Р7-ЗВ/130мкА 1,5кОм 20кОм~16кОм
R4 - Unop RД / UBX R5 R6 R7 - 2 Oм
R3-UnopRд/ UBX R4 R5 R6 R7 - 2 2 Ом
R2-UnopRд/UBX R3 R4 R5 R6 R7 - 2 7 Ом
Наконец. R1 - Rд [R2 + R3 + R4 + R5 + R6+ R7] - 70 Oм (принимаем ближайший стандартный номинал 68 кОм] Таким образом наша «Микроконтрольная» по теоретическим основам электротехники закончена На самом деле пороговое напряжение КМОП элементов по спецификации заводов-изготовителей. Может быть в пределах от 1/3 до 2/3 Uпит Но подби рать все резисторы то новой» не придется .Изготовленные в одном техноло гическом цикле элементы одной и той Же Микросхемы имеют один и тот Же порог поэтому достаточно резистор R1 сделать подстроечным (так на схеме и сделано R1 для компенсации состоит из соединенных последовательно подстроечного и постоянного].



Обратимся теперь к вопросу температурной нестабильности Иэве стно, что полевой транзистор является неплохим датчиком температуры К счастью в КМОП ИМС применена симметричная структура с встречным включением полевых транзисторов с противоположной проводимостью каналов и их температурные коэффициенты взаимно компенсируются. Практический реэультат при переносе устройства с Мороза в 11°С и нагреве ИМС DD1 паяльником до более чем 60°С порог срабатывания изменился на величину соответствующую уменьшению измеряемого напряжения всего на 0 04 В Тем пературная нестабильность ИМС стабилизатора DA1 в диапазоне0- 1 00°С не превышает 30 мВ.
О деталях.Стабилизатор DA1 на 6 В заменять стабилитроном на 5 В не рекомендуется так как при таком варианте питания возрастает выходное сопротивление ИМС DD1 и не обеспечивается необходимый ток светодио дов К561ЛН2 содержит 6 инверторов повышенной мощности поэтому стало допустимым требовать от КМОП элементов выходной ток 8 мА для обеспече ния нормальной яркости свечения светодиодов Резисторы и конденсаторы могут быть любыми.
Налаживание.Правильно собранное устройство подключают к регулируемому источнику напряжения Выставив напряжение 1 О В а сопротивление R1 на Максимум вращают его движок до Момента когда засветится светоди одни.
0 конструкции. На рис-2 представлен чертеж печатной платы в ноту ральную величину и схема расположения элементов на ней Она рассчитана на установку R1" типа СПЗ-33 остальных резисторов МЛТ 0 25 С1 КМ С2 К50 35 К корпусу из пластика печатная плата размером 45хВО мм крепится двумя винтами М2 5 еще один такой же винт прижимает через втулку DA1 к плате причем эта микросхема установлена «лицом вниз».

С вопросами можете обращаться по почте info@electrik.org [1] или посетив мой сайт: electrik.org [2].
Всего хорошего.

2004 г. Кузнецов Олег



Ссылки в этой статье
  [1] info@electrik.org
  [2] http://electrik.org

   Rambler's Top100      
Электрик © 2002-2008 Oleg Kuznetsov