Электрик - электричество и энергетика

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

URL этой статьи:
  http://electrik.org/news/article95.php

ИНДИКАТОРЫ УРОВНЯ СЕТЕВОГО НАПРЯЖЕНИЯ

Статьи / Разное, не вошедшее в другие темы.
Послано electrik 15 Фев, 2004 г. - 19:27

А. ПАХОМОВ, г. Зерноград Ростовской обл.
В публикуемой статье описаны светодиодные индикаторы с переключением светодиодов, индицирующих четыре уровня сетевого напряжения. Они предназначены для установки в настольные цифровые часы с люминесцентным индикатором, такие как "Электроника", "Кварц" и др. Однако могут быть использованы и в другой бытовой аппаратуре.


Первый вариант индикатора (рис. 1) имеет габариты 56x27x15 мм и потребляет от блока питания часов ток не более 15 мА. Индикатор снабжен дискретной шкалой из трех излучающих диодов HL1, HL2, HL3 и регистрирует четыре уровня сетевого напряжения: "очень низкое" -<180 В; "низкое" — 180...205 В; "нормальное" — 205...235 В; "высокое" — >235 В. Последние три уровня индицируются соответственно светодиодами с желтым (HL1), зеленым (HL2) и красным (HL3) свечением. Если гаснут все светодиоды. значит, уровень напряжения "очень низкий".



В состав индикатора (рис. 1) входит оригинальное устройство управления на микросхеме DD1, содержащей четыре элемента "Исключающее ИЛИ". Логические элементы DD1.1, DD1.3, DD1.4 работают в нем как компараторы входного напряжения и как коммутаторы с взаимными обратными связями. Каждая регистрирующая ячейка состоит из логического элемента, например, DD1.1 (DD1.3, DD1.4), транзисторного ключа VT2 (VT3, VT4) и излучающего светодиода HL1 (HL2, HL3). Элемент DD1.2 — вспомогательный, он необходим для реализации дискретного алгоритма переключения ячеек. На входе устройства включен буферный каскад на транзисторе VT1.
Особенность данного индикатора — наличие цепей положительных обратных связей (ПОС) между регистрирующими ячейками. Дело в том, что элементы цифровых микросхем имеют относительно невысокую крутизну переходной характеристики в аналоговом режиме, вследствие чего при переходе сигнала с одного уровня индикации на другой могут одновременно светиться два соседних светодиода, т. е. произойдет "размазывание" дискретной шкалы. В рассматриваемом устройстве регистрирующие ячейки, а значит, и светодиоды переключаются очень четко.
Другая особенность индикатора — возможность применения сетевого трансформатора основного устройства в качестве источника контролируемого напряжения. В нашем случае оно снимается с одной из вторичных обмоток (3-4) трансформатора питания часов Т1 (рис. 1). В электронных часах отсутствуют резкие колебания потребляемого тока, и, следовательно, напряжение на згой обмотке фактически равно сетевому, деленному на коэффициент трансформации.



Контролируемое напряжение снимается с движка подстроечного резистора R1, установленного на плате часов (рис. 1), и через диод VD1 поступает на сглаживающий конденсатор С1, запоминающии амплитуду напряжения, с него — на вход эмиттерного повторителя на транзисторе VT1. В цепь эмиттера этого транзистора включен делитель R1—R3, который обеспечивает независимую регулировку порогов срабатывания второй и третьей регистрирующих ячеек.
При очень низком значении напряжения сети (ниже 180 В) на всех входах микросхемы DD1 присутствует уровень ниже порога переключения элементов и ни один из светодиодов не горит. С увеличением сетевого напряжения сигнал на входе 1 элемента DD1.1 достигает порога (4...4,3 В). На выходе 3 этого элемента появляется лог. 1, в результате чего открывается транзистор VT2 и загорается желтый светодиод HL1. Ток светодиода задается резистором R5 и составляет около 5 мА. При росте сетевого напряжения изменяется состояние элемента DD1.3 и загорается зеленый светодиод HL2. При этом сигнал лог. 1 с выхода 10 элемента DD1.3 поступает на вход 6 элемента DD1.2 и изменяет его состояние на противоположное. Появившийся на выходе 4 элемента DD1.2 сигнал лог. 1 проходит на вход 2 элемента DD1.1, на входе 1 которого уже имеется уровень лог. 1. В результате на выходе 3 этого элемента устанавливается уровень лог. О и желтый светодиод HL1 гаснет, т. е. происходит дискретное переключение светодиодов HL1, HL2. ПОС через резистор R6 предупреждает одновременное включение светодиодов HL1. HL2. Если сетевое напряжение продолжает расти, изменяется состояние последнего элемента DD1.4 и загорается красный светодиод HL3. Яркость свечения примененного в индикаторе красного светодио-да значительно выше, чем зеленого и желтого, поэтому ток через него уменьшен за счет увеличения номинала резистора R11. Сигнал лог. 1 с выхода 11 элемента DD1.4 одновременно поступает на вход 9 элемента DD1.3 и на вход 5 элемента DD1.2. Таким образом, на входах элемента DD1.3 оказываются сигналы лог. 1, в результате чего на его выходе 10 появляется уровень лог. О и зеленый светодиод HL2 гаснет. Благодаря действию ПОС это происходит прежде, чем изменится состояние элемента DD1.2. не охваченного ПОС. В итоге вначале переключается элемент DD1.3, а затем сигналы на входах 5, 6 элемента DD1.2 изменяются на противоположные. Поскольку входы логических элементов равнозначны, состояние элемента DD1.2, а следовательно, и элемента DD1.1 не меняется и светодиод HL1 остается погашенным. Иными словами, при загорании красного светодиода HL3 гаснут желтый и зеленый светодиоды HL2, HL1.



На рис. 2 показана схема индикатора уровня сетевого напряжения с удвоенным числом регистрирующих ячеек. В нем к каждой регистрирующей ячейке добавлена парная той же структуры на логических элементах DD1.1, DD1.3, DD2.2- В результате образуются три группы ячеек, в которых установлены пары светодиодов соответственно желтого, зеленого и красного цвета свечения. Связи между ячейками выполнены таким образом, что сами группы переключаются дискретно, а светодиоды внутри каждой из них — непрерывно.
В этом индикаторе делитель входного напряжения состоит из двух параллельных цепей R1—R3 и R4—R7. Вызвано это тем, что пороги переключения у разных экземпляров микросхем DD1, DD2 отличаются на несколько десятых вольта и при использовании общего делителя не всегда удается добиться правильной последовательности зажигания светодиодов. Работает индикатор следующим образом. При увеличении сетевого напряжения первым срабатывает элемент DD1.1 и зажигается желтый светодиод HL1 (рис. 2). Если напряжение продолжает расти, то включается второй элемент DD1.2 этой ячейки и зажигается второй желтый светодиод HL2. Но это, в отличие от первого устройства, не приводит к погасанию светодиода HL1, поскольку первая и вторая ячейки не охвачены взаимной обратной связью. Таким образом, индикация сетевого напряжения на первом уровне (как и на остальных) может осуществляться одним или двумя светодиодами одного цвета, что повышает ее точность.
При дальнейшем увеличении сетевого напряжения на выходе элемента DD1.3 появляется уровень лог. 1 и загорается зеленый светодиод HL3. Одновременно изменяется состояние промежуточного элемента DD2.1, и лог. 1 с его выхода подается на объединенные входы 1, 5 элементов DD1.1, DD1.2 соответственно, что приводит к погасанию светодиодов HL1, HL2. Дальнейший рост сетевого напряжения сопровождается включением ячейки DD1.4 и загоранием второго зеленого светодиода HL4.
Если сетевое напряжение продолжает расти, переключается элемент DD2.2 и зажигается красный светодиод HL5. Сигнал лог. 1 с его выхода 4 одновременно поступает на объединенные входы 8, 12 элементов DD1.3, DD1.4 и на вход 1 элемента DD2.1. Благодаря действию ПОС через резистор R17 вначале переключаются элементы DD1.3, DD1.4 и гаснут светодиоды HL3, HL4, а затем сигналы на входах 1, 2 элемента DD2.1 меняются на противоположные. Однако состояние элемента DD2.1 не меняется, вследствие чего светодиоды HL1, HL2 по-прежнему остаются погашенными. Таким образом, при включении участка шкалы "высокое" участки "нормальное" и "низкое" отключаются, как незначащие, что и требуется для дискретно-непрерывного переключения. При большем росте напряжения загорается второй красный светодиод HL6, индицируя последний контролируемый уровень напряжения.
В обоих устройствах микросхему К561ЛП2 можно заменить на К1561ЛП14. Применять микросхему К176ЛП2 не рекомендуется, поскольку она имеет меньший выходной ток и способна ухудшить четкость работы индикатора. Транзисторы VT1—VT7 — любые маломощные структуры п-р-п, но желательно с коэффициентом усиления по току не менее 200. Вместо миниатюрных светодиодов серии КИПД применимы приборы серии АЛ307. а также мнемонические серии КИПМО Интересный (и полезный) эффект может быть получен при использовании в качестве HL3 (во втором устройстве — HL6) одного из имеющихся на рынке "мигающих" светодиодов. Все постоянные резисторы МЛТ, подстроечные — СПЗ-22, оксидные конденсаторы — импортные, с возможно меньшими габаритами. На резисторе R12 (во втором устройстве — R22) рассеивается мощность около 0,5 Вт, поэтому для удобства монтажа его следует составить из двух последовательно соединенных резисторов МЛТ-0,25. Стаби литрон КС406А можно заменить на КС182А.
Первый вариант индикатора собран на односторонней печатной плате из стеклотекстолита (рис. 3).
При монтаже на плату в первую очередь устанавливают шесть перемычек (их можно изготовить из обрезков выводов деталей), а в последнюю — микросхему DD1. Готовую плату крепят винтами-саморезами к основной плате часов через изоляционную прокладку так, чтобы светодиоды при сборке попали в предусмотрен-нь'е для них отверстия в лицевой панели часов. Подстроечный резистор часов R1 припаян непосредственно к печатным проводникам платы часов.
Налаживание индикаторов сводится в основном к установке порогов срабатывания регистрирующих ячеек. Для этого электронные часы включают в сеть через ЛАТР и, вращая движок резистора R1, добиваются зажигания светодиода HL1 при напряжении 180 В. Далее подстроечными резисторами R1, R2 (R1, R2, R4—R6 — во втором устройстве) устанавливают нужные пороги зажигания остальных светодиодов.
В некоторых случаях может потребоваться подбор резисторов R6, R9(R12— R17 — во втором устройстве) по четкому переключению светодиодов при минимальном гистерезисе в зоне их переключения. В нормально работающем индикаторе гистерезис по сетевому напряжению должен быть не более 5 В. Рекомендуется также проверить стабильность напряжения питания индикатора. Для этого к конденсатору С2 подключают цифровой вольтметр. При изменении сетевого напряжения от 170 до 250 В колебания напряжения питания не должны превышать 0,1 В, что достигается подбором балластного резистора R12 (R22 — во втором устройстве)

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