Hier gaan we een eenvoudige voltmeter ontwerpen. Het is eenvoudig omdat het slechts één IC-chip bevat - LM3914. LM3914 is een chip die 10 LED's aanstuurt op basis van een lineaire ingangsspanning.
De IC zorgt voor een decimale output door de benodigde LED te verlichten op basis van de waarde van de ingangsspanning. De maximale meetingangsspanning varieert afhankelijk van de referentiespanning en voedingsspanning, dat bespreken we in het laatste deel van het artikel.
Deze chip kan worden aangepast voor batterijbeveiligingscircuit, ampèremetercircuit, enz. Maar hier gebruiken we het voor de voltmeter. LM3914 is een 10-traps voltmeter, wat betekent dat hij variaties in 10 bit-modus laat zien. De chip detecteert de meetingangsspanning als een parameter en vergelijkt deze met referentie, elke keer dat de spanning het bepaalde deel van de referentie kruist, licht de bijbehorende LED op.
De chip is geprogrammeerd om direct LED aan te sturen, dus er is geen extra weerstand nodig.
Componenten
Stroomvoorziening (5v)
1K weerstand (3 stuks)
10K weerstand (2 stuks)
LM3914 IC
10 leds
0.1 µF condensator (2 stuks).
Breadboard en aansluitdraden
Schakelschema en werking
Het interne circuit van LM3914 wordt getoond in onderstaande afbeelding:
Zoals besproken is de LM3914 een meetunit met 10 trappen. Dit wordt getoond in het bovenstaande interne circuit. LM3914 is in feite een combinatie van 10 vergelijkers. Elke comparator is een op-amp, met een referentiespanning aan de negatieve pool.
Het belangrijkste hierbij is dat de meetspanning niet hoger mag zijn dan de referentiespanning of de voedingsspanning van de chip. Hiermee moet altijd rekening worden gehouden. Om een hogere meetspanning te bereiken en de ingang constant te houden, gaan we een weerstandsspanningsdelercircuit gebruiken. Het verdeelt eenvoudig de spanning op basis van weerstanden.
Beschouw het circuit gevormd door het netwerk dat wordt weergegeven in de afbeelding:
Dus met ingangsspanning 15V, R1 = 11K, R2 = 1K hebben we Vout = 15 (1/11) = 1.5V (ongeveer).
De referentiespanning wordt gekozen op basis van de vereiste. De referentiewaarde moet de maximale meetspanning zijn die we op de chip gaan toepassen. Als we een variabele spanning meten met een piekspanning van 20 V, moeten we de referentie van 20 V kiezen.
De referentie wordt gekozen door vergelijking:
Omdat we spanningen van 0-15 willen meten, moeten we R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K kiezen.
Hiermee hebben we de referentiespanning gekozen naar Vref = 1,25 * 12 = 15V. We hebben dus een maximale ingangsspanning van 15V.
Het is echter belangrijk om te onthouden dat hoe hoger de referentiewaarde, de stapspanning groter is en de resolutie lager. Stel dat we met een referentie van 20V een stap van 2V hebben, een spanning tussen 2V-4V is niet meetbaar. Dus met een hogere spanning hebben we een kleinere nauwkeurigheid.
Omdat de chip een 10-traps is en het voltage van 0-15V is, hebben we een 1,5V-stap. Dus bij elke 1,5 V toename van de meetspanning, gaat er een extra LED branden.
De verbindingen die zijn gemaakt voor het LM3914 voltmetercircuit worden hieronder gegeven:
PIN3 ---------------------------- + 5v voeding
PIN2 -------------------------------- massa
PIN5 ----------------------------- + variabele spanning
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- aangesloten op LEDS
Het meetniveau voor LED gaat als, + 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.
Stel dat de meetspanning 10V is, de zesde LED brandt. Stel dat de meetspanning 12,5 V is, de negende LED brandt. Dus met stappen van 1.5V kunnen we tot 15V meten.