Примеры применения микросхем LM3914...LM3916

Схемы: индикатора уровня заряда аккумулятора или батареи пита- ния, индикатора уровня аудиосигнала, универсального светодиодного индикатора для широкого спектра задач

Продолжаем тему применения микросхем LM3914, LM3915 и LM3916 производства компании National Semiconductors, начатую на предыдущей странице (ссылка на страницу), где мы довольно подробно рассмотрели структурную схему ИМС, назначение выводов, а также привели калькулятор для расчёта внешних элементов.
На очереди – примеры и схемы конкретных устройств, использующих данные микросхемы для индикации каких либо физических величин.

А начнём мы с простой схемы светодиодного индикатора уровня заряда (разряда) чего-либо, будь то: аккумулятор, батарея питания, либо какой иной источник постоянного напряжения.

Рис.1 Схема светодиодного индикатора уровня заряда элемента питания

Здесь ничего мудрить не надо! LM3914 включена в полном соответствии с типовой схемой включения. В качестве источника питания Еп используется исследуемый аккумулятор, а на 5-вывод микросхемы (вывод для входного сигнала) подаётся уровень напряжения, сформированный делителем Rд1 – Rд2 и равный 1/2 от Еп.
Если подать на 6 вывод микросхемы стабилизированное напряжение равное половине Еп (выбором R1 и R2), то при полностью заряженной батарее индикатор будет индицировать нам: либо свечением всех светодиодов в режиме "столбик", либо свечением верхнего светодиода в режиме "точка". Отсутствие свечения светодиодов будет свидетельствовать о напряжении источника питания близком к нулю.

Понятно, что отслеживая уровень заряда/разряда батарейки или аккумулятора, нет необходимости индикации уровней напряжения ниже определённого порога, после которого аккумулятор может выйти из строя, либо запитываемое устройство теряет работоспособность. По этой причине на 4 вывод LM3914 следует также подать напряжение, соответствующее нижнему порогу индикации уровня разряда, делённому пополам. Сделать это можно выбором номинала резистора R3.
Учитывая специфику, встроенного в микросхему стабилизатора и максимально допустимое значение напряжения питания микросхемы – приведённый индикатор сохраняет корректную работоспособность для источников с номинальными напряжениями полного заряда 6...20В.

Перенесём сюда подкорректированный калькулятор с предыдущей страницы.

Расчёт элементов индикатора уровня заряда/разряда батареи или аккумулятора на ИМС LM3914

Номинальное напряжение аккумулятора Uак (В)
До какого уровня индицировать разряд Uразр (В)
Ток свечения светодиодов (мА)
Сопротивление резистора R1 (кОм)
Сопротивление резистора R2 (кОм)
Сопротивление резистора R3 (кОм)
Напряжение, при котором зажигается нижний светодиод (В)
Напряжение, при котором зажигается верхний светодиод (В)

Светодиодные индикаторы уровня или мощности аудио сигнала обычно строятся на ИМС LM3915 и LM3916, которые имеют аналогичную LM3914 цоколёвку, схему включения и отличаются лишь номиналами резисторов внутреннего делителя.
LM3915 обеспечивает логарифмическую шкалу индикации, что позволяет её использовать в индикаторах мощности, подаваемой на акустическую систему (подключается к выходу УМЗЧ).
LM3916 имеет характеристику, оптимизированную для контроля уровня аудиосигнала, и подключается к выходу предварительного усилителя, т. е. ко входу УМЗЧ.

Типовая схема включения LM3914...3916 для использования в составе светодиодных индикаторов уровня и мощности аудиосигнала приведена на Рис.2 слева, а возможные варианты пиковых детекторов, осуществляющих выпрямление переменного входного напряжения, перекочевали из datasheet-ов на микросхемы (Рис.2 справа).

Рис.2 Схема индикатора уровня сигнала и пиковых детекторов из datasheet

Схема однополупериодного выпрямителя с использованием ОУ (Рис.2 справа) обеспечивает большую точность детектирования в широком диапазоне входных напряжений. Однако и простого пикового детектора на транзисторе вполне достаточно, чтобы обеспечить удовлетворительную линейность в диапазоне входных напряжений до 30 дБ. При отсутствии входного сигнала транзисторный детектор имеет на выходе напряжение близкое к нулю, так как зону нечувствительности диода компенсирует напряжение Uбэ транзистора VT1.
Дополнительным преимуществом транзисторной схемы является однополярный источник питания, а также возможность работы не только с переменными входными напряжениями, но и с постоянными.

Все эти преимущества транзисторного детектора дают возможность построить на LM3914...3916 универсальный индикатор, пригодный для индикации любых напряжений (как переменного, так и постоянного тока) и работающий от однополярного источника питания, к примеру – от батарейки "Крона" (Рис.3).

Рис.3 Схема универсального индикатора уровня сигналов для постоянного и переменного токов

Подобный индикатор может найти применение не только в аудио приложениях, но и любых других, где требуется зафиксировать изменение уровня напряжения или тока и где использование стрелочных приборов по какой-либо причине – нежелательно.

Конденсатор фильтра С2 заряжается через резистор R5 и разряжается через R6. Коэффициент передачи детектора близок к 1.
Поскольку компараторы, входящие в состав LM3914...3916, обладают не самыми выдающимися характеристиками по крутизне преобразования, то для повышения резкости переключения светодиодов из одного состояния в другое имеет смысл обеспечить максимально возможный размах напряжения на входе данных ИМС – в идеале : Еп-3 (В).

Давайте сдобрим калькулятором и индикаторы уровня, приведённые на Рис.2 и Рис.3. Выбираем значение Uмакс – не менее 1,25В.

Расчёт элементов индикаторов уровня на ИМС LM3914...3916

Максимальная амплитуда входного сигнала Uмакс (В)
Ток свечения светодиодов (мА)
Сопротивление резистора R1 (кОм)
Сопротивление резистора R2 (кОм)

Если индикатор призван работать только с сигналами переменного тока, то на входе детектора имеет смысл поставить разделительный конденсатор ёмкостью 1 МкФ.

Назад