板载 LED 电压表。方案、说明

板载 LED 电压表。无线电电子电气工程百科全书

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用于光显示电压电平的设备的描述已发表在我们的杂志页面上。看来，发布的内容还有什么可以补充的呢？事实证明你可以！下面的文章证实了这一点：真正的无线电爱好者并不急于考虑解决任何问题......

安装在汽车仪表板上的电压表可以让您快速监控车载网络的电压水平，这种设备不需要高分辨率，但需要能够轻松快速地读取读数。分立式 LED 电压指示器可以最好地满足这些条件。类似的设备已广泛用于评估电压和功率水平（在声音放大设备中）。它们通常以两种方式实现。

第一个在[1]中有详细描述。其本质是一排LED通过多输出电阻分压器连接到被测电压源。这里使用 LED、晶体管和二极管的阈值特性。这种指示器的简单性是以模糊的 LED 点亮阈值为代价的（如作者在 [2] 中所述）。此类设备曾经以无线电设计师的形式出售。

第二种方法是使用单独的比较器来打开每个LED，它将部分输入信号与示例信号进行比较（例如，在[3]中），需要许多芯片。现在四路运算放大器仍然很昂贵，而且一颗这样的芯片只能驱动四个 LED。

最后，我们不能不注意工作（4），其中使用了模数转换的原理。这种设计有很多优点，但细节仍然太多，而且也不经济。

引起您注意的电压表根据上述情况进行了优化 - 其中使用最少的廉价、经济且广泛使用的元件即可获得 LED 点火的清晰阈值水平。该设备的工作原理基于数字微电路的阈值特性。

该装置（见图1）是一个六级指示器。为了便于在汽车中使用，测量间隔选择为 10...15 V，步长为 1 V。间隔和步长都可以轻松更改。

板载 LED 电压表

阈值器件为六个反相器DD1,1-DD1.6，每个反相器都是一个大增益的非线性电压放大器。逆变器的开关阈值水平约为芯片提供的电压的一半，因此它们将输入电压与电源电压的一半进行比较。

如果逆变器的输入电压超过阈值电平，输出电压将变低。因此，作为逆变器负载的LED将被输出（灌电流）电流点亮。当逆变器的输出为高电平时，LED 关闭。

从电阻分压器 R1-R7 的输出，车载网络的相应部分的电压被提供给逆变器的输入。当板载电压变化时，其份额也成比例变化。逆变器和LED线路的电源电压由DA1微电路稳压器稳定。电阻器R1-R7的值的计算方式是为了获得1V的开关步长。

电容器 C2 与电阻器 R1 一起形成低频滤波器，抑制可能出现的短期电压尖峰，例如在启动发动机时。微电路稳定器制造商建议安装电容器C1，以提高其高频稳定性。电阻R8-R13限制逆变器的输出电流。

如何计算电阻R1-R7？尽管反相器DD1.1.-D1.6的输入端安装有场效应晶体管，实际上不消耗输入电流，但存在所谓的漏电流。这使得必须选择比所有六个逆变器的总漏电流大得多的分压器电流（不超过 6X10-5 μA）。通过分压器的最小电流将在最小指示电压为 10 V 时出现。

我们将此电流设置为 100 µA，大约是漏电流的一百万倍。那么分压器的总电阻RD=R1+R2+RЗ+R4+R5+R6+R7（单位为千欧，如果电压单位为伏，电流单位为毫安）应为： Rd=Uvx min/Imin = 10V /0,1mA = 100 kOhm。

现在让我们计算在 Upr \u2d Upit / 3 条件下每个电阻器的电阻，即在考虑的情况下 Upr \u15d 7 V。输入电压为 3 V，15 V 应落在电阻器 R100 上，并且通过它的电流（等于通过整个分压器的电流）Id×UBX/Rd×0,15V/150kOhm×7mA×7μA，则电阻器R3的阻值：R×Upor/Id ; R0,15=20V/XNUMXmA=XNUMXkΩ。

在 DD1.5 逆变器的输入端，输入电压为 3V 时应为 14V。在这种情况下，通过分压器的电流为 Id × 14 V / 100 kOhm × 0,14 mA。那么总电阻 R6 + R7 × Upop / Id × 3 / 0,14-21,5 kOhm。

因此 R6 \u21,5d 20-1,5 \uXNUMXd XNUMX kOhm。

同样，分压器其余电阻的阻值确定为：R5→UporkhRd/Uin-(R6+R7)-1,6 kOhm； R4-2 kOhm、R2,2-2 kOhm、R2.7-1 kOhm，最后是 R2 × Rd-(R4 + R5 + R6 + R7 + R70 + R68) × XNUMX kOhm-XNUMX kOhm。

一般来说，众所周知，CMOS微电路的元件的阈值电压在1/3Upit至2/3Upit的范围内。还已知的是，在同一芯片上的单一技术周期中制造的同一微电路的元件具有几乎相同的开关阈值。因此，要准确设置电压表的“刻度起始点”，只需用具有计算额定值的微调器和额定值比计算值小两倍的恒定电阻的串联电路替换电阻器 R1 就足够了。

该器件的温度稳定性非常高。当温度从-10℃变化到+60℃时，响应阈值变化百分之几伏。 DA1 微电路稳定器在 30...0 °C 范围内还具有至少 100 mV 的温度稳定性。

DA1稳定器的输出电压不得低于6V，否则逆变器将无法提供通过LED所需的电流。 K561LN2芯片的逆变器允许输出电流高达8mA。通过重新计算限流电阻R307-R8的值，可以将AL13BM LED替换为任何其他LED。电容器也可以是任何额定电压至少为 10 V 的电容器。

将组装好的设备连接到可调电压源的输出，这将模拟板载网络。将源的输出电压设置为 10 V，并将调谐电阻器的电阻设置为最大，旋转其滑块直至 HL1 LED 亮起。其余级别将自动设置。

电压表的部件安装在厚度为 1 毫米的箔玻璃纤维制成的印刷电路板上。板子的图纸如图所示。 2、设计安装调谐电阻SPZ-33，其余-MLT-0,125，电容C1-KM，C2-K50-35。

板载 LED 电压表

该板通过管状机架上的两颗 M2,5 螺钉固定在塑料盒的底部，另一颗螺钉同时将 DA1 芯片压到板上。请注意，该微电路安装在电路板上的塑料（非金属）面。微电路外壳和电路板之间还安装了管状支架，但缩短了。

安装前将 LED 的引线弯曲 90 度，使其光轴与电路板平面平行。 LED 的外壳应突出到板的边缘之外，并且在设备的最终组装过程中，进入盒子末端钻的孔中。

如果在微电路的输入端（引脚8和引脚17之间）连接一个容量为0,1微米的电容器，那么稳定器和整个设备的稳定性会更高。为了保护稳定器免受车载网络中意外电压浪涌的影响，其幅度可达 80 - 00 V。应与该电容器并联另一个氧化物电容器。它的容量必须至少为 1000 微法拉，标称电压为 25 V。该电容器还将对无线电和声音放大汽车设备的运行产生有益的影响。

文学

Nechaev I. LED 信号电平指示器。 - 广播，1988 年，第 12 期，第 52 页。 XNUMX.
Isaulov V.，Vasilenko E. 一个简单的录音电平指示器。 - RadioAmator，1995 年，第 3 期，第 5 页XNUMX.
Tikhomirov A. 板载网络电压指示器。 - RadioAmator，1996 年，第 10 期，第 2 页XNUMX.
Gvozditsky G. 板载网络电压指示器。 - 广播，1992 年，第 7 期，第 18 页20-XNUMX。

作者：O. Klevtsov，第聂伯罗彼得罗夫斯克，乌克兰

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