Aquí dissenyarem un voltímetre senzill. És senzill perquè només inclou un xip IC: LM3914. LM3914 és un xip que acciona 10 LED basats en el valor de la tensió d'entrada lineal.
L'IC proporciona una sortida decimal en il·luminar el LED necessari en funció del valor de la tensió d'entrada. La tensió màxima d’entrada mesurant varia en funció de la tensió de referència i la tensió d’alimentació, ho parlarem a la part posterior de l’article.
Aquest xip es pot modificar per al circuit de protecció de la bateria, el circuit d'amperímetre, etc., però aquí el fem servir per al voltímetre. LM3914 és un voltímetre de 10 etapes que significa que mostra variacions en el mode de 10 bits. El xip detecta la tensió d’entrada de mesura com a paràmetre i la compara amb la referència, cada vegada que la tensió creua la determinada part de referència, s’encén el LED corresponent.
El xip està programat per accionar LED directament, de manera que no cal resistència addicional.
Components
Font d'alimentació (5v)
1K resistència (3 peces)
Resistència de 10 K (2 peces)
LM3914 IC
10 LEDs
Condensador 0,1µF (2 peces).
Taula de pa i cables de connexió
Diagrama de circuits i funcionament
El circuit intern de LM3914 es mostra a la figura següent:
Com es va comentar, el LM3914 és una unitat de mesura de 10 etapes. Això es mostra al circuit intern superior. LM3914 és bàsicament una combinació de 10 comparadors. Cada comparador és un amplificador operacional, amb una tensió de referència guanyant al seu terminal negatiu.
Ara l'important aquí és que la tensió de mesura no pot ser superior a la tensió de referència o la tensió d'alimentació del xip. Cal tenir-ho sempre present. Per aconseguir una tensió de mesura més alta mantenint constant l’entrada, utilitzarem un circuit divisor de tensió de resistència. Simplement divideix el voltatge en funció de les resistències.
Penseu en el circuit format per la xarxa que es mostra a la figura:
Així doncs, amb la tensió d’entrada 15V, R1 = 11K, R2 = 1K tenim Vout = 15 (1/11) = 1,5V (aproximadament).
La tensió de referència es tria en funció del requisit. El valor de referència ha de ser el voltatge de mesura màxim que aplicarem al xip. Si mesurem tensió variable amb un voltatge màxim de 20v, hauríem de triar la referència de 20V.
La referència es tria per equació:
Com que volem mesurar tensions de 0 a 15, hem de triar R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K.
Amb això hem escollit la tensió de referència a Vref = 1,25 * 12 = 15V. Per tant, tenim una tensió d’entrada màxima a 15V.
Tanmateix, és important recordar que major és el valor de referència, més gran és el voltatge de pas i menor la resolució. Diguem amb referència a 20V que tenim un pas de 2V, que qualsevol tensió entre 2V-4V no es pot mesurar. Per tant, amb un voltatge més alt tenim una precisió menor.
Com que el xip és de 10 etapes i el voltatge és de 0-15V, tenim un pas d’1,5V. Per tant, amb cada increment de 1,5 V de mesura del voltatge, s’encén un LED addicional.
Les connexions que es fan per al circuit de voltímetre LM3914 es donen a continuació:
PIN3 ---------------------------- + 5v subministrament
PIN2 -------------------------------- terra
PIN5 ----------------------------- + voltatge variable
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- connectat a LEDS
El nivell de mesura del LED és el següent:
+ 1,5V, + 3,0V, + 4,5V, + 6,0V, + 7,5V, + 9,0V, + 10,5V, + 12,0V, + 13,5V, + 15,0V.
Digueu que el voltatge de mesura és de 10 V, el sisè LED s’encén. Suposem que el voltatge de mesura és de 12,5 V, el novè LED s’encén. Així, amb increments d’1,5V, podem mesurar fins a 15V.