Описание и руководство по применению LM3914, LM3915 и LM3916

Десятиуровневые ИМС светодиодных индикатороа постоянного и переменного напряжений. Характеристики, схемы включения, области применения, онлайн расчёт элементов

Интегральные микросхемы LM3914, LM3915 и LM3916 производства компании National Semiconductors позволяют проектировать светодиодные индикаторы уровней постоянного и переменного напряжений с различными характеристиками – соответственно: линейной, логарифмической и специальной для контроля уровня аудиосигнала.
Области применения ИМС достаточно широки: от индикаторов уровня зарядки аккумуляторов и батарей, до контроля выходной мощности усилителей звука, а по большому счёту – любые задачи, где использование стрелочных индикаторов по каким-то причинам является нежелательным.
Микросхемы имеют абсолютно одинаковую внутреннюю начинку, идентичную цоколёвку и отличаются лишь номиналами резисторов внутреннего делителя.

Рассмотрим блок-схему LM3914 (Рис.1).

Назначение выводов LM3914:

1, 10…18 – выходы;
2 – минус питания;
3 – плюс источника питания;
4 – напряжение на этом выводе определяет нижний уровень индикации;
5 – вывод для входного сигнала;
6 – напряжение на этом выводе определяет верхний уровень индикации;
7, 8 – выводы для регулировки тока светодиодов;
9 – управление режимом «точка» или «столбик».

Особенностью LM3914...LM3916 является то, что значение выходных токов задаётся при помощи внешнего резистора и является одинаковым для всех выходов, независимо от уровней прямых падений напряжений на светодиодах.

Основу ИМС LM3914...LM3916 составляют десять компараторов, на инверсные входы которых через буферный ОУ подаётся входной сигнал, а прямые входы идут к отводам резистивного делителя напряжения. Выходы компараторов являются генераторами тока, что позволяет подключать светодиоды без ограничительных резисторов.

Индикация может производиться как одним светодиодом (режим «точка»), так и линейкой из светящихся светодиодов, высота которой пропорциональна уровню входного сигнала (режим «столбик»).
«Цена деления» индикатора, т. е. величина прироста входного напряжения, вызывающая включение очередного светодиода, составляет 1/10 от разности напряжений Uв (6 вывод) – Uн (4 вывод).

Некоторые наиболее существенные характеристики ИМС:

На Рис.2 приведена более привычная для восприятия электрическая схема LM3914.

Переключение между режимами «точка» и «столбик» производится управлением по выводу 9. При подключении этого вывода к плюсу источника питания реализуется режим «столбик», если же вывод оставить свободным или подключить к общему проводу – «точка».

Номинал резистора R1 рассчитывается исходя из формул:
R1(кОм)=12,5/I_led(мА) – для LM3914 и
R1(кОм)=27,5/[2,2*I_led(мА)–⁺U_ref] – для LM3915 и LM3916.

Номинал резистора R2 – по формуле:
R2 ≈ R1*(+U_ref/1,25 - 1).

Рис.2 Типовая схема включения LM3914, LM3915 и LM3916

Из этой формулы следует, что минимальное значение, которое может принимать +U_ref , составляет величину 1,25 В. В этом случае R2 равно 0, т. е. 8 вывод ИМС следует заземлить.

Поскольку вывод +U_ref у нас подключён к U_в (т. е. к верхней части резистивного делителя), то уровень постоянного напряжения на нём определяет напряжение включения последнего компаратора, а соответственно и входное напряжение, при котором начинает светиться верхний по шкале светодиод.

Момент же включения нижнего светодиода зависит от величины напряжения на выводе Uн. Если этот вывод заземлить, то порог его зажигания будет соответствовать уровню входного сигнала +U_ref / 10.
В общем случае эта величина для LM3914 составляет:
U_пор = U_н + (+U_ref - U_н)/10.
Напряжение на вывод U_н можно подавать от внешнего источника, но проще это сделать посредством включения резистора R3. Номинал этого резистора для LM3914 и LM3916 (исходя из заданной величины U_н) можно рассчитать по формуле: R3(кОм) ≈ 10*U_н / (+U_ref - U_н),
для LM3915 – по формуле: R3(кОм) ≈ 22,6*U_н / (+U_ref - U_н).
Поскольку компараторы, входящие в состав LM3914...3916, обладают не самым высоким параметром крутизны преобразования, то для минимизации эффекта плавного переключения светодиодов из одного состояния в другое не следует выбирать величину верхнего уровня индицируемого напряжения Uв менее минимального выходного напряжения встроенного стабилизатора – 1,25 В. Хотя это и можно сделать, включением между выводами 6 и 7 микросхемы резистора соответствующего номинала.

Сдобрим пройденный материал онлайн калькулятором. Uв ≥ 1.25В, Uн < Uв.

Расчёт резистивных элементов LM3914, LM3915 и LM3916

Микросхема	LM3914 LM3915 LM3916
Нижний уровень индицируемого напряжения Uн (В)
Верхний уровень индицируемого напряжения Uв (В)
Ток свечения светодиодов (мА)
Сопротивление резистора R1 (кОм)
Сопротивление резистора R2 (кОм)
Сопротивление резистора R3 (кОм)
Напряжение, при котором зажигается первый светодиод (В)
Напряжение, при котором зажигается последн. светодиод (В)

А на следующей странице подробно рассмотрим примеры применения микросхем LM3914...LM3916 в виде нескольких схем: индикатора уровня заряда аккумуляторов или батарей питания, индикатора уровня аудиосигнала, а также универсального экономичного индикатора, позволяющего оценивать уровни напряжений как постоянного, так и переменного токов для широкого перечня практических задач.

Дальше