Qui progetteremo un semplice voltmetro. È semplice perché include un solo chip IC: LM3914. LM3914 è un chip che pilota 10 LED in base al valore della tensione di ingresso lineare.
L'IC fornisce un'uscita decimale accendendo il LED necessario in base al valore della tensione di ingresso. La massima tensione di ingresso di misura varia a seconda della tensione di riferimento e della tensione di alimentazione, ne parleremo nella parte successiva dell'articolo.
Questo chip può essere modificato per il circuito di protezione della batteria, il circuito dell'amperometro, ecc. Ma qui lo stiamo usando per il voltmetro. LM3914 è un voltmetro a 10 stadi, il che significa che mostra le variazioni in modalità 10 bit. Il chip rileva la tensione di ingresso di misura come parametro e la confronta con il riferimento, ogni volta che la tensione attraversa la certa parte di riferimento si accende il LED corrispondente.
Il chip è programmato per pilotare il LED direttamente, quindi non è richiesta alcuna resistenza aggiuntiva.
Componenti
Alimentazione (5v)
Resistenza 1K (3 pezzi)
Resistenza 10K (2 pezzi)
LM3914 IC
10 LED
Condensatore da 0,1 µF (2 pezzi).
Breadboard e cavi di collegamento
Schema elettrico e funzionamento
Il circuito interno dell'LM3914 è mostrato nella figura seguente:
Come discusso, l'LM3914 è un'unità di misura a 10 stadi. Questo è mostrato nel circuito interno sopra. LM3914 è fondamentalmente una combinazione di 10 comparatori. Ogni comparatore è un amplificatore operazionale, con una tensione di riferimento in aumento sul suo terminale negativo.
La cosa importante qui è che la tensione di misurazione non può essere superiore alla tensione di riferimento o alla tensione di alimentazione del chip. Questo deve essere sempre tenuto presente. Per ottenere una tensione di misura più alta mantenendo costante l'ingresso utilizzeremo un circuito partitore di tensione di resistenza. Divide semplicemente la tensione in base ai resistori.
Considera il circuito formato dalla rete mostrato in figura:
Quindi con una tensione di ingresso di 15V, R1 = 11K, R2 = 1K abbiamo Vout = 15 (1/11) = 1.5V (circa).
La tensione di riferimento viene scelta in base alle esigenze. Il valore di riferimento deve essere la tensione di misurazione massima che applicheremo al chip. Se stiamo misurando una tensione variabile con una tensione di picco di 20 V, dovremmo scegliere il riferimento di 20 V.
Il riferimento è scelto dall'equazione:
Poiché vogliamo misurare tensioni da 0-15, dobbiamo scegliere R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K.
Con questo abbiamo scelto la tensione di riferimento a Vref = 1.25 * 12 = 15V. Quindi abbiamo una tensione di ingresso massima a 15V.
Tuttavia è importante ricordare che maggiore è il valore di riferimento maggiore è la tensione di gradino e minore è la risoluzione. Diciamo che con riferimento a 20V abbiamo un passo di 2V, qualsiasi tensione tra 2V-4V non è misurabile. Quindi con una tensione più alta abbiamo una minore precisione.
Poiché il chip è uno stadio a 10 fasi e la tensione è compresa tra 0 e 15 V, abbiamo un gradino di 1,5 V. Quindi, con ogni incremento di 1,5 V nella misurazione della tensione, si accende un LED aggiuntivo.
Di seguito sono riportati i collegamenti effettuati per il circuito del voltmetro LM3914:
PIN3 ---------------------------- Alimentazione + 5v
PIN2 -------------------------------- terra
PIN5 ----------------------------- + tensione variabile
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- collegato ai LED
Il livello di misurazione per LED va come, + 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.
Supponiamo che la tensione di misurazione sia 10 V, il sesto LED si illumina. Supponiamo che la tensione di misurazione sia 12,5 V, il nono LED si accende. Quindi, con incrementi di 1,5 V, possiamo misurare fino a 15 V.