1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Светодиодной измеритель тока схема

Амперметр на светодиодах своими руками (схема)

Цифровой амперметр на светодиодах – удобный способ отображения информации, при котором имеет значение не только модуль измеряемой величины (что, кстати, значительно удобнее определять не по отклонению стрелочного индикатора, а по величине столбчатой диаграммы, или при помощи мини-дисплея), но и частоту изменения этого параметра.

Описание схемы

Светодиоды не отличаются большой мощностью, но использовать их в слаботочных электрических цепях допустимо и целесообразно. В качестве примера можно рассмотреть схему получения цифрового амперметра для определения силы тока в аккумуляторной батарее автомобиля, при номинальном диапазоне значений в 40…60 мА.

Количество использованных светодиодов определит пороговое значение тока, при котором в работу будет включаться один из светодиодов. В качестве операционного усилителя можно использовать LM3915, либо подходящий по параметрам микроконтроллер. На вход будет подаваться напряжение через любой низкоомный резистор.

Удобно отражать результаты измерения в виде столбчатой диаграммы, где весь, практически используемый диапазон тока будет разделяться на несколько сегментов по 5…10 мА. Плюсом LED является то, что в схеме можно использовать элементы разного цвета – красного, зелёного, синего и т.д.

Для работы цифрового амперметра потребуются следующие компоненты:

  1. Микроконтроллер типа PIC16F686 с АЦП на 16 бит.
  2. Настраиваемые джамперы для выхода конечного сигнала. Можно, как альтернативу, применить DIP-переключатели, которые используются в качестве электронных шунтов или сигнальных замыканий в обычных электронных цепях.
  3. Источник питания постоянного тока, который рассчитан на рабочее напряжение от 5 до 15 В (при наличии стабильного напряжения, что контролируется вольтметром, подойдёт и 6 В).
  4. Контактная плата, где можно разместить до 20 светодиодов типа SMD.

Электрическая схема амперметра на LED источниках

Последовательность размещения и монтажа амперметра

Входной сигнал по току (не более 1 А) подаётся от стабилизированного блока питания через шунтирующий резистор, допустимое напряжение на котором не должно быть более 40…50 В. Далее, проходя через операционный усилитель, сигнал поступает на светодиоды. Поскольку значение тока во время прохождения сигнала изменяется, то соответственно будет изменяться и высота столбика. Управляя током нагрузки, можно регулировать высоту диаграммы, получая результат с различной степенью точности.

Монтаж платы с SMD-компонентами, по желанию пользователя, можно размещать либо горизонтально, либо вертикально. Смотровое окошко перед началом тарировки необходимо перекрывать тёмным стеклом (подойдёт фильтр с кратностью 6…10 х от обычной сварочной маски).

Тарировка цифрового амперметра состоит в подборе минимального значения нагрузки по току, при которой светодиод будет светиться. Варьирование настройки производится экспериментально, для чего в схеме предусматривается резистор с небольшим (до 100 мОм) сопротивлением. Погрешность показаний такого амперметра обычно не превышает нескольких процентов.

Вы знали, что можно переделать старый вольтметр в амперметр? Как это сделать — смотрите видео:

Как настраивать регулировочный резистор

Для этого последовательно устанавливают силу тока, которая проходит через определённый светодиод. В качестве контрольного прибора можно использовать обычный тестер. Вольтметр включается в схему перед микроконтроллером, а амперметр – после него. Для исключения влияния случайных пульсаций подключается также сглаживающий конденсатор.

Практическим плюсом изготовления прибора своими руками (светодиодов не должно быть менее четырёх) является устойчивость схемы при значительных изменениях первоначально заданного диапазона силы тока. В отличие от обычных диодов, которые при коротком замыкании выйдут из строя, светодиоды просто не загораются.

Св-диоды как измерители тока в аккумуляторной батарее автомобиля, не только экономят заряд и сохраняют аккумуляторы, но и позволяют более удобным способом считывать показания.

Аналогичным образом можно построить и цифровой вольтметр. В качестве источников света для такого варианта применения подойдут элементы на 12 В, а наличие дополнительного шунта в схеме вольтметра позволит более рационально использовать всю высоту столбчатой диаграммы.

Встраиваемый измеритель тока и напряжения на PIC12F675

Предлагаемое устройство предназначено для установки в различные регулируемые блоки питания. Оно отображает на своих светодиодных индикаторах выходное напряжение блока и ток его нагрузки. Когда появилась необходимость постоянно контролировать выходное напряжение и ток нагрузки лабораторного блока питания, сразу было решено выводить их значения на семиэлементные светодиодные индикаторы. Возможная альтернатива — символьные ЖКИ с двумя строками по 8 или 16 символов, но они дороги и плохо читаемы. Ещё одним требованием был одновременный вывод на индикаторы значений напряжения и тока без каких-либо переключений. По разным причинам готовые решения, найденные в литературе и Интернете, автора не устроили, и он решил сконструировать устройство самостоятельно.

Внешний вид предлагаемого измерителя показан на рис. 1. Он позволяет измерять напряжение от 0 до 99,9 В с дискретностью 0,1 В и ток от 0 до 9,99 А с дискретностью 0,01 А. Устройство собрано на плате размерами 57×62 мм и может быть встроено внутрь практически любого лабораторного блока питания или другого прибора, где требуется постоянный контроль напряжения и тока. Схема измерителя изображена на рис. 2. Он содержит ОУ LM358N, два интегральных стабилизатора напряжения 78L05, микроконтроллер PIC12F675-I/P (самый недорогой из имеющих десятиразрядный АЦП), два регистра 74HC595N и два семиэлементных светодиодных индикатора. Они могут быть четырёх- или трёхразрядными.

Измеренное значение напряжения выводится на индикатор HG1, а тока — на индикатор HG2. Одноименные выводы элементов индикаторов попарно объединены и подключены через ограничивающие ток резисторы R13—R20 к выходам регистра DD2. Общие выводы разрядов индикаторов подключены к регистру DD3. Регистры соединены последовательно и образуют 16-разряд-ный сдвиговый регистр, управляемый сигналами с трёх выходов микроконтроллера DD1: GP2 (тактовые импульсы), GP4 (загружаемый последовательный код), GP5 (импульс вывода загруженного кода на параллельные выходы регистров). Индикация — обычная динамическая, при которой разряды индикаторов включаются поочерёдно импульсами на выходах регистра DD3, формируемыми одновременно с появлением на выходах регистра DD2 кодов для отображения во включённом разряде нужной цифры.

Индикаторы HG1 и HG2 могут быть как с общими анодами, так и с общими катодами элементов каждого разряда, но обязательно оба одинаковые. В зависимости от этого должен быть выбран соответствующий вариант программы микроконтроллера — AV-meter_ common_anocle.HEX для общих анодов или AV-meter_common_cathode. HEX для общих катодов. Микроконтроллер управляет индикаторами по прерываниям от таймера TMR0, следующим с периодом 2 мс.
Входы GP0 и GP1 работают в режиме аналоговых входов АЦП микроконтроллера. GP0 используются для измерения напряжения, a GP1 — тока. В трёх старших разрядах индикаторов выводятся измеренные значения. В младшем разряде индикатора HG1 постоянно выведена буква U (признак измерения напряжения), а в том же разряде индикатора HG2 — буква А (признак измерения тока). В случае применения трёхразрядных индикаторов никаких изменений программы не требуется, но эти буквы отсутствуют.

Измеряемое напряжение поступает на микроконтроллер через делитель R2-R4, а пропорциональное измеряемому току напряжение — с выхода ОУ DA1.1. Резистор R12 вместе с внутренним защитным диодом микроконтроллера предохраняет его вход от возможной перегрузки (ОУ питается напряжением 7. 15 В). Коэффициент усиления снимаемого с датчика тока (резистора R1) напряжения около 50 задан резисторами R6, R8, R11. Его точное значение устанавливают подстроечным резистором R8.

ФНЧ R7C3 сглаживает пульсации напряжения на неинвертирующем входе ОУ. Без этого фильтра показания прибора «прыгают». Аналогичную функцию выполняет конденсатор С2 в цепи измерения напряжения. Стабилитрон VD1 защищает вход ОУ от перенапряжения в случае обрыва резистора R1. В крайнем случае стабилитрон можно не устанавливать.
Особо следует остановиться на цепи R5R10. В отсутствие измеряемого тока она создаёт на входе ОУ начальное смещение около +0,25 мВ. Без этого наблюдалась существенная нелинейность при измерении тока менее 0,3 А. У разных экземпляров микросхем LM358N этот эффект проявляется в разной степени, но в любом случае погрешность при малых значениях измеряемого тока слишком высока. При установке R5 и R10 указанных на схеме номиналов (они могут быть пропорционально изменены при сохранении того же соотношения, например, 15 Ом и 300 кОм) погрешность измерения тока, обусловленная этим эффектом, не превышает единицы младшего разряда.

Читать еще:  Дистанционный пульт управления для выключателя света

Со всеми имеющимися у меня экземплярами микросхемы LM358N, а они приобретались в течение последних десяти лет в разных местах, никакой подборки указанных резисторов не потребовалось. Но при необходимости следует определить минимальное сопротивление резистора R10, при котором на индикаторе HG1 в отсутствие измеряемого тока ещё светятся нули, а затем увеличить его в 1,5. 2 раза. Я не рекомендую в целях упрощения конструкции исключать обычно отсутствующие в подобных устройствах элементы С2, С3, R4, R5, R10.

Хорошая точность и стабильность показаний обеспечена также полным отделением от микроконтроллера относительно мощных импульсных узлов управления индикаторами путём их питания от отдельного интегрального стабилизатора напряжения DA3. Помехи от работы процессора самого микроконтроллера мало влияют на результаты измерений, так как каждое из них выполняется с предварительным переводом микроконтроллера в спящий режим с выключенным тактовым генератором.

Микроконтроллер тактируется от внутреннего генератора. R9C5 — цепь установки микроконтроллера в исходное состояние. Для устранения последствий возможных сбоев микроконтроллера в нём включён сторожевой таймер (WDT).

На рис. 3 изображён чертёж проводников печатной платы устройства, а на рис. 4 — расположение деталей на ней. Большая часть резисторов и конденсаторов — типоразмера 0805 для поверхностного монтажа. Исключения — резисторы R2 (из-за рассеиваемой мощности), R13 (для упрощения разводки печатных проводников), подстроечные резисторы R3, R8, оксидные конденсаторы С1, С6, С8. Конденсаторы С2 и С3 — керамические, но их можно заменить оксидными танталовыми.

Стабилитрон 1N4734A можно заменить другим с напряжением стабилизации 3. 4,7 В. Четырёхразрядные индикаторы FYQ-3641AHR-11 или FYQ-3641BUHR-11 (индекс А означает общий катод, индекс В — общий анод) красного цвета свечения и высотой знака 0,36″ (9 мм) можно заменить аналогичными другого цвета. Без изменения печатной платы подойдут и трёхразрядные индикаторы серии FYQ-3631 с такими же индексами.

При необходимости можно установить на этой плате даже индикаторы серии FYT-5641 или FYT-5631 с высотой знака 0,56″ (14 мм). В этом случае выводы микроконтроллера следует впаять в плату без панели, применить малогабаритные подстроечные резисторы, а индикаторы установить поверх микросхем, сточив по углам на нижней стороне корпуса каждого по четыре выступа.

Для подключения к устройству внешних цепей применены винтовые зажимы. Часто возникающая проблема с изготовлением датчика тока (резистора R1) решена применением без всякой переделки шунта предела 10 А от мультиметра серии DT-830. В крайнем случае можно изготовить этот резистор из отрезка нихромовой, а лучше константановой проволоки.

Питают измеритель от любого источника стабилизированного напряжения 7. 15 В. Обратите внимание, что минусовый вывод этого источника соединяется с измерительным зажимом «Общ.», к которому подключают и минус источника, напряжение которого следует измерить. Зажим «+Uх» соединяют с плюсом измеряемого источника, а нагрузку, ток которой предстоит измерять, включают между зажимами «+Ux» и «+Ix».

При таком подключении результат измерения напряжения при максимальном токе нагрузки получается завышенным на 0,1 В относительно напряжения на нагрузке. Программным способом эта погрешность уменьшена в два раза (до 0,05 В, что меньше дискретности отсчёта напряжения). Во избежание увеличения этой погрешности сопротивление резистора R1 должно лежать в пределах 0,007. 0,014 Ом.

Программа микроконтроллера написана на языке ассемблера MPASM. В начале исходного текста программы (файла AV-meter.asm), прилагаемого к статье, директива ANODE EQU 0 присваивает переменной ANODE нулевое значение, что соответствует применению индикаторов с общим катодом. Для перехода к индикаторам с общим анодом достаточно заменить в этой директиве 0 на 1, после чего заново оттранслировать программу. Но если в программе ничего более не изменено, делать это нет необходимости, потому что к статье приложены готовые загрузочные (HEX) файлы для обоих типов индикаторов, о чём было сказано выше. Информация о необходимой конфигурации микроконтроллера, как принято для микроконтроллеров PIC, содержится в загрузочных файлах, поэтому при загрузке программы конфигурация устанавливается автоматически.

Налаживание прибора выполняется предельно просто. Подав на зажим «+Ux» относительно зажима «Общ.» напряжение, немного меньшее предела измерения, и контролируя его образцовым вольтметром, подстроечным резистором R3 следует добиться совпадения показаний индикатора HG1 и образцового вольтметра. Затем подключают между зажимами «+Ux» и «+Ix» в качестве нагрузки резистор достаточной мощности сопротивлением 0,5. 2 Ом последовательно с образцовым амперметром. Регулировкой напряжения, подаваемого на зажим «+Uх», устанавливают ток, близкий к пределу измерения, но меньше его. Подстроечным резистором R8 уравнивают показания индикатора HG2 и образцового амперметра.

Исходный код программы на ассемблере и прошивка для микроконтроллера PIC12F675 досьупны по этой ссылке.

Автор: Б. Балаев, г. Нальчик, Кабардино-Балкария
Источник: Журнал Радио 2014 №12

C этой схемой также часто просматривают:

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ 12/220 В — 50 Гц
Быстродействующий измеритель температуры
Измеритель R, C, L на микросхемах
Преобразователь напряжения 12—> 220 В
Преобразователь напряжения 12—> 220 В до 200 Вт
Цветик-семецветик на PIC12F629
Умывальник с бесконтактным управлением на PIC16F84A
Цифровой программируемый таймер на микроконтроллере PIC16F628A
Устройство рисования в воздухе на ATtiny2313

abb-zenit.ru

Схемы светодиодных вольтметров до 20 вольт. Бортовой светодиодный вольтметр автолюбителя

Цифровой амперметр на светодиодах – удобный способ отображения информации, при котором имеет значение не только модуль измеряемой величины (что, кстати, значительно удобнее определять не по отклонению стрелочного индикатора, а по величине столбчатой диаграммы, или при помощи мини-дисплея), но и частоту изменения этого параметра.

Описание схемы

Светодиоды не отличаются большой мощностью, но использовать их в слаботочных электрических цепях допустимо и целесообразно. В качестве примера можно рассмотреть схему получения цифрового амперметра для определения силы тока в аккумуляторной батарее автомобиля, при номинальном диапазоне значений в 40…60 мА.

Вариант внешнего вида амперметра на светодиодах в столбик

Количество использованных светодиодов определит пороговое значение тока, при котором в работу будет включаться один из светодиодов. В качестве операционного усилителя можно использовать LM3915, либо подходящий по параметрам микроконтроллер. На вход будет подаваться напряжение через любой низкоомный резистор.

Удобно отражать результаты измерения в виде столбчатой диаграммы, где весь, практически используемый диапазон тока будет разделяться на несколько сегментов по 5…10 мА. Плюсом LED является то, что в схеме можно использовать элементы разного цвета – красного, зелёного, синего и т.д.

Для работы цифрового амперметра потребуются следующие компоненты:

  1. Микроконтроллер типа PIC16F686 с АЦП на 16 бит.
  2. Настраиваемые джамперы для выхода конечного сигнала. Можно, как альтернативу, применить DIP-переключатели, которые используются в качестве электронных шунтов или сигнальных замыканий в обычных электронных цепях.
  3. Источник питания постоянного тока, который рассчитан на рабочее напряжение от 5 до 15 В (при наличии стабильного напряжения, что контролируется вольтметром, подойдёт и 6 В).
  4. Контактная плата, где можно разместить до 20 светодиодов типа SMD.

Электрическая схема амперметра на LED источниках

Последовательность размещения и монтажа амперметра

Входной сигнал по току (не более 1 А) подаётся от стабилизированного блока питания через шунтирующий резистор, допустимое напряжение на котором не должно быть более 40…50 В. Далее, проходя через операционный усилитель, сигнал поступает на светодиоды. Поскольку значение тока во время прохождения сигнала изменяется, то соответственно будет изменяться и высота столбика. Управляя током нагрузки, можно регулировать высоту диаграммы, получая результат с различной степенью точности .

Монтаж платы с SMD-компонентами, по желанию пользователя, можно размещать либо горизонтально, либо вертикально. Смотровое окошко перед началом тарировки необходимо перекрывать тёмным стеклом (подойдёт фильтр с кратностью 6…10 х от обычной сварочной маски).

Тарировка цифрового амперметра состоит в подборе минимального значения нагрузки по току, при которой светодиод будет светиться. Варьирование настройки производится экспериментально, для чего в схеме предусматривается резистор с небольшим (до 100 мОм) сопротивлением. Погрешность показаний такого амперметра обычно не превышает нескольких процентов.

Вы знали, что можно переделать старый вольтметр в амперметр? Как это сделать — смотрите видео:

Как настраивать регулировочный резистор

Для этого последовательно устанавливают силу тока, которая проходит через определённый светодиод. В качестве контрольного прибора можно использовать обычный тестер. Вольтметр включается в схему перед микроконтроллером, а амперметр – после него. Для исключения влияния случайных пульсаций подключается также сглаживающий конденсатор.

Читать еще:  Ток для кабеля ввгнг 4х70

Практическим плюсом изготовления прибора своими руками (светодиодов не должно быть менее четырёх) является устойчивость схемы при значительных изменениях первоначально заданного диапазона силы тока. В отличие от обычных диодов, которые при коротком замыкании выйдут из строя, светодиоды просто не загораются.

Св-диоды как измерители тока в аккумуляторной батарее автомобиля, не только экономят заряд и сохраняют аккумуляторы, но и позволяют более удобным способом считывать показания.

Аналогичным образом можно построить и цифровой вольтметр. В качестве источников света для такого варианта применения подойдут элементы на 12 В, а наличие дополнительного шунта в схеме вольтметра позволит более рационально использовать всю высоту столбчатой диаграммы.

Рассмотрены не сложные схемы цифровых вольтметра и амперметра, построенных без использования микроконтроллеров на микросхемах СА3162, КР514ИД2. Обычно, у хорошего лабораторного блока питания есть встроенные приборы, — вольтметр и амперметр. Вольтметр позволяет точно установить выходное напряжение, а амперметр покажет ток через нагрузку.

В старых лабораторных блоках питания были стрелочные индикаторы, но сейчас должны быть цифровые. Сейчас радиолюбители чаще всего делают такие приборы на основе микроконтроллера или микросхем АЦП вроде КР572ПВ2, КР572ПВ5.

Микросхема СА3162Е

Но существуют и другие микросхемы аналогичного действия. Например, есть микросхема СА3162Е, которая предназначена для создания измерителя аналоговой величины с отображением результата на трехразрядном цифровом индикаторе.

Микросхема СА3162Е представляет собой АЦП с максимальным входным напряжением 999 mV (при этом показания «999») и логической схемой, которая выдает сведения о результате измерения в виде трех поочередно меняющихся двоично-десятичных четырехразрядных кодов на параллельном выходе и трех выходах для опроса разрядов схемы динамической индикации.

Чтобы получить законченный прибор нужно добавить дешифратор для работы на семисегментный индикатор и сборку из трех семисегментных индикаторов, включенных в матрицу для динамической индикации, а так же, трех управляющих ключей.

Тип индикаторов может быть любым, -светодиодные, люминесцентные, газоразрядные, жидкокристаллические, все зависит от схемы выходного узла на дешифраторе и ключах. Здесь используется светодиодная индикация на табло из трех семисегментных индикаторов с общими анодами.

Индикаторые включены по схеме динамической матрицы, то есть, все их сегментные (катодные) выводы включены параллельно. А для опроса, то есть, последовательного переключения, используются общие анодные выводы.

Принципиальная схема вольтметра

Теперь ближе к схеме. На рисунке 1 показана схема вольтметра, измеряющего напряжение от 0 до 100V (0. 99,9V). Измеряемое напряжение поступает на выводы 11-10 (вход) микросхемы D1 через делитель на резисторах R1-R3.

Конденсатор СЗ исключает влияние помех на результат измерения. Резистором R4 устанавливают показания прибора на ноль, при отсутствии входного напряжения А резистором R5 выставляют предел измерения так чтобы результат измерения соответствовал реальному, то есть, можно сказать, им калибруют прибор.

Рис. 1. Принципиальная схема цифрового вольтметра до 100В на микросхемах СА3162, КР514ИД2.

Теперь о выходах микросхемы. Логическая часть СА3162Е построена по логике ТТЛ, а выходы еще и с открытыми коллекторами. На выходах «1-2-4-8» формируется двоичнодесятичный код, который периодически сменяется, обеспечивая последовательную передачу данных о трех разрядах результата измерения.

Если используется дешифратор ТТЛ, как, например, КР514ИД2, то его входы непосредственно подключаются к данным входам D1. Если же будет применен дешифратор логики КМОП или МОП, то его входы будет необходимо подтянуть к плюсу при помощи резисторов. Это нужно будет сделать, например, если вместо КР514ИД2 будет использован дешифратор К176ИД2 или CD4056.

Выходы дешифратора D2 через токоограничивающие резисторы R7-R13 подключены к сегментным выводам светодиодных индикаторов Н1-НЗ. Одноименные сегментные выводы всех трех индикаторов соединены вместе. Для опроса индикаторов используются транзисторные ключи VT1-VT3, на базы которых подаются команды с выходов Н1-НЗ микросхемы D1.

Эти выводы тоже сделаны по схеме с открытым коллектором. Активный ноль, поэтому используются транзисторы структуры р-п-р.

Принципиальная схема амперметра

Схема амперметра показана на рисунке 2. Схема практически такая же, за исключением входа. Здесь вместо делителя стоит шунт на пятиваттном резисторе R2 сопротивлением 0,1 От. При таком шунте прибор измеряет ток до 10А (0. 9.99А). Установка на ноль и калибровка, как и в первой схеме, осуществляется резисторами R4 и R5.

Рис. 2. Принципиальная схема цифрового амперметра до 10А и более на микросхемах СА3162, КР514ИД2.

Выбрав другие делители и шунты можно задать другие пределы измерения, например, 0. 9.99V, 0. 999mA, 0. 999V, 0. 99.9А, это зависит от выходных параметров того лабораторного блока питания, в который будут установлены эти индикаторы. Так же, на основе данных схем можно сделать и самостоятельный измерительный прибор для измерения напряжения и тока (настольный мультиметр).

При этом нужно учесть, что даже используя жидкокристаллические индикаторы прибор будет потреблять существенный ток, так как логическая часть СА3162Е построена по ТТЛ-логике. Поэтому, хороший прибор с автономным питанием вряд ли получится. А вот автомобильный вольтметр (рис.4) выйдет неплохой.

Питаются приборы постоянным стабилизированным напряжением 5V. В источнике питания, в который будут они установлены, необходимо предусмотреть наличие такого напряжения при токе не ниже 150mA.

Подключение прибора

На рисунке 3 показана схема подключения измерителей в лабораторном источнике.

Рис. 3. Схема подключения измерителей в лабораторном источнике.

Рис.4. Самодельный автомобильный вольтметр на микросхемах.

Детали

Пожалуй, самое труднодоставаемое — это микросхемы СА3162Е. Из аналогов мне известна только NTE2054. Возможно есть и другие аналоги, о которых мне не известно.

С остальным значительно проще. Как уже сказано, выходную схему можно сделать на любом дешифраторе и соответствующих индикаторах. Например, если индикаторы будут с общим катодом, то нужно КР514ИД2 заменить на КР514ИД1 (цоколевка такая же), а транзисторы VТ1-VТЗ перетащить вниз, подсоединив их коллектора к минусу питания, а эмиттеры к общим катодам индикаторов. Можно использовать дешифраторы КМОП-логики, подтянув их входы к плюсу питания при помощи резисторов.

Налаживание

В общем-то оно совсем несложное. Начнем с вольтметра. Сначала замкнем между собой выводы 10 и 11 D1, и подстройкой R4 выставим нулевые показания. Затем, убираем перемычку, замыкающую выводы 11-10 и подключаем к клеммам «нагрузка» образцовый прибор, например, мультиметр.

Регулируя напряжение на выходе источника, резистором R5 настраиваем калибровку прибора так, чтобы его показания совпадали с показаниями мультиметра. Далее, налаживаем амперметр. Сначала, не подключая нагрузку, регулировкой резистора R5 устанавливаем его показания на ноль. Теперь потребуется постоянный резистор сопротивлением 20 От и мощностью не ниже 5W.

Устанавливаем на блоке питания напряжение 10V и подключаем этот резистор в качестве нагрузки. Подстраиваем R5 так чтобы амперметр показал 0,50 А.

Можно выполнить калибровку и по образцовому амперметру, но мне показалось удобнее с резистором, хотя конечно на качество калибровки очень влияет погрешность сопротивления резистора.

По этой же схеме можно сделать и автомобильный вольтметр. Схема такого прибора показана на рисунке 4. Схема от показанной на рисунке 1 отличается только входом и схемой питания. Этот прибор теперь питается от измеряемого напряжения, то есть, измеряет напряжение, поступающее на него как питающее.

Напряжение от бортовой сети автомобиля через делитель R1-R2-R3 поступает на вход микросхемы D1. Параметры этого делителя такие же как в схеме на рисунке 1, то есть для измерения в пределах 0. 99.9V.

Но в автомобиле напряжение редко бывает более 18V (больше 14,5V уже неисправность). И редко опускается ниже 6V, разве только падает до нуля при полном отключении. Поэтому прибор реально работает в интервале 7. 16V. Питание 5V формируется из того же источника, с помощью стабилизатора А1.

Схема бортового автомобильного вольтметра с индикацией на приведена на рисунке ниже:

Прибор представляет собой шестиуровневый линейный индикатор, в интервале от 10 до 15 вольт. DA1, на К142ЕН5Б на выводе 8, выдает напряжение 6 вольт для питания цифровой микросхемы DD1 типа К561ЛН2. Инверторы микросхемы К561ЛН2 служат пороговыми элементами, представляя собой нелинейные усилители напряжения, а резисторы R1 – R7 задают смещение на входах этих элементов. входное напряжение инвертора превысит пороговый уровень, на его выходе появится напряжение низкого уровня, светодиод на выходе соответствующего инвертора будет светиться.

Читать еще:  Розетка телевизионная кабельная сеть

Печатная плата бортового светодиодного вольтметра со схемой расположения деталей на ней, размером 80х45 мм изображена на рисунках ниже:

При налаживании бортового светодиодного вольтметра, вместо аккумулятора подключают лабораторный стабилизированный источник на 10 вольт, установив временно подстроечный резистор, вместо резистора R1. Изменяя сопротивление R1, добиваются момента включения светодиода HL1. Остальные уровни устанавливаются автоматически. При детальной проверке остальных уровней, уточняются сопротивления R2 – R6, соответственно.

Амперметр на линейке светодиодов

Так получилось, что в одном часто используемом блоке питания нет встроенного амперметра. Но надо знать, не возникло ли случайно короткое замыкание во время паяльных работ, причём не хочется постоянно дёргать мультиметр. Так был создан небольшой простой LED амперметр. Показания прибора не обязательно должны быть точными — достаточно диапазона до 1 А с разрешением 100 мА. Также хотелось, чтобы новый амперметр не нуждался во внешнем источнике питания — он питается от того же источника, что и потребитель, и не требует дополнительных проводов.

Как работает схема А-метра

Интегральная микросхема LM3914 представляет собой параллельный аналого-цифровой преобразователь. Он состоит из десяти компараторов, чьи инвертирующие входы подключены к измеряемому напряжению, а неинвертирующие входы к резисторной линейке, которая устанавливает пороги переключения для компараторов. Можно подключить напряжение к обоим концам линейки в соответствии с потребностями в широком приемлемом диапазоне. Кроме того, LM3914 оснащена источником опорного напряжения.

По сути, LM3914 — это вольтметр. Так как же измерить ток с помощью вольтметра? Все очень просто. Нам нужен только один резистор! Закон Ома гласит, что U = IR. Пусть сопротивление, например, равно 1 Ом. Тогда U = I, то есть сколько ампер протечет через этот резистор, столько вольт будет падать на нем. Проблема в том, что когда у нас есть напряжение питания 5 В и протекает ток 1 А, тогда на резисторе будет падение напряжения до 1 В, поэтому на потребитель будет подаваться только 4 В.

Решение: использовать резистор 0,1R. Тогда U = 0,1I. В такой ситуации при 5 В резистор амперметра «съест» всего 0,1 В, а для нагрузки останется 4,9 В. Можно пойти еще дальше и дать резистор 0,01R. Тогда при токе 1 А падение напряжения будет всего 0,01 В, а на потребитель пойдёт 4,99 В. Но увлекшись манией минимизации измерительного резистора, может оказаться что преобразователь не сможет распознать такое низкое напряжение и придется использовать усилитель. Еще может оказаться, что сопротивление дорожек и кабелей будет больше измерительного резистора! Да и температурная стабильность будет плохой. Поэтому использовался металлизированный резистор 0,1R с допуском 1%.

Каждому аналого-цифровому преобразователю, независимо от его типа, требуется три напряжения:

  1. напряжение питания — согласно документации может подаваться напряжением от 3 В до 25 В. Никакой дополнительной линии не требуется. Амперметр и схема с питанием получают ток от одного источника.
  2. измеряемое напряжение — создается на измерительном резисторе, описанном выше. Напряжение 100 мВ соответствует 1 А.
  3. опорное напряжение — стандарт, от которого измеритель сравнивает измеренное напряжение. LM3914 имеет встроенный источник 1,25 В, а его контакты находятся на REF OUT (плюс) и REF ADJ (минус). REF ADJ должен быть «заякорен», например, в делителе двух резисторов, как указано в документации, или подключен непосредственно к земле. Тут выбран второй вариант. В результате напряжение между REF OUT и землей составляет 1,25 В независимо от напряжения питания. Однако для справки нам нужно 0,1 В, а не 1,25 В. Более того, неизвестно, действительно ли измерительный резистор равен 0,1R, поскольку его производственный допуск составляет 1%. Регулировка опорного напряжения проводится с помощью потенциометра. Для этого нужно подключить измеритель к источнику питания и подать что-нибудь на 1 А. Затем выставляем потенциометр так, чтобы загорелось 10 светодиодов.

Вывод REF OUT также используется для регулировки яркости светодиодов. Красные светодиоды лучше всего светят при разумном энергопотреблении, когда сопротивление потенциометра составляет 4,7 кОм. Это важно — ведь ток, протекающий через потенциометр, регулирует яркость светодиодов. При использовании потенциометра большего номинала, например 10 кОм, необходимо будет припаять резистор вместо R3 для загрузки REF OUT так, чтобы эквивалентное сопротивление R3 и потенциометра было около 4,7 кОм.

Сверху припаяны три контактных пина — вставляю их в блок питания или гнездо аккумулятора. Средний штифт — плюс, а два внешних — масса. Благодаря такой симметрии невозможно соединить наоборот. Чуть ниже расположены два разъёма, предназначенные для питания измеряемых цепей. Как видите, этот амперметр отлично подходит на блок питания или аккумулятор.

Десять светодиодов показывают текущую силу тока. Каждый LED на деление 0,1 А.

Есть вариант, что вместо линейки светодиодов загорается только один из них. Это описано в документации как режим полосы и режим точек. Если кто-то хочет, чтобы вместо ряда светодиодов загорелся один светодиод, достаточно не устанавливать резистор R4.

Драйвер белых светодиодов с измерением тока в положительной шине питания

Sipex SP6690

Белые светодиоды широко используются для подсветки цветных ЖК-экранов большинства портативных устройств, таких как сотовые телефоны, КПК и MP3-плееры. Несколько светодиодов часто соединяются последовательно, чтобы обеспечить равенство токов, протекающих через каждый светодиод. Для прямого смещения этих светодиодов от индуктивного повышающего регулятора, такого, например, как SP6690, подается напряжение от 10 до 16 В. Однако белые светодиоды находятся на обратной стороне дисплея, тогда как повышающие регуляторы расположены на основной плате компьютера, и важно минимизировать количество межсоединений. Наилучшие результаты можно получить, если использовать дифференциальное измерение тока в положительной шине питания. В этом случае выход повышающего регулятора фактически представляет собой высоковольтный источник тока. Конечно, светодиоды в какой-то точке должны подключаться к земле, но где именно они подключаются – неважно. Например, локальной землей может быть сам дисплей. Такой подход позволяет реализовать «однопроводное» подключение. Воплощение этой идеи демонстрирует простая схема на Рисунке 1.

Рисунок 1.Для управления цепочкой белых светодиодов эта схема обеспечивает измерение
тока в положительной шине питания.

R1 используется в качестве токоизмерительного резистора. Включенный диодом транзистор Q2 смещает уровень напряжения в Узле 1 и передает его на базу Q1. Эти транзисторы выпускаются в общем корпусе и обеспечивают малый разброс напряжений VBE (база-эмиттер) при работе с одинаковыми токами. Поскольку значения VBE очень близки, эмиттер транзистора Q1 находится под тем же напряжением, что и Узел 1. В результате напряжение на резисторе R2 соответствует падению на R1 и генерирует ток эмиттера Q1, равный VR1/R2, где VR1 – падение напряжения на R1. Этот ток идет в коллектор транзистора Q1 и создает падение напряжения на резисторе R3. Повышающий преобразователь SP6690 поддерживает напряжение на резисторе R3, равным 1.22 В – напряжению внутреннего опорного источника микросхемы. R4 задает ток смещения для транзистора Q2. Выбранное сопротивление резистора R4 позволяет сделать коллекторные токи Q1 и Q2 одинаковыми. Рассчитать сопротивление R1 можно по следующей формуле:

где VOUT – суммарное прямое падение напряжения на всех светодиодах.

Выходной ток равен

В схеме на Рисунке 1 выходной ток IOUT установлен равным 20 мА, но, выбрав другое сопротивление резистора R1, этот ток можно изменить. Обратите внимание, что R4 можно подключить земле, но вместо этого он подключен к VIN. Такое включение исключает прохождение тока покоя через резистор и Q1/Q2, когда SP6690 находится в режиме отключения.

Материалы по теме

  1. Datasheet Sipex SP6690
  2. Datasheet Diodes MMDT3906

Перевод: AlexAAN по заказу РадиоЛоцман

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector