Индикатор напряжения 12 вольт на светодиодах. Указатель напряжения, разновидности, функции, инструкции по использованию
Устройство представляет собой светодиодный вольтметр (индикатор напряжения) 12В аккумулятора, с применением широко известной микросхемы LM3914 (даташит).
Данное устройство мне было необходимо для того, чтобы я знал когда автомобильный аккумулятор полностью зарядится от зарядного устройства. Т.к. зарядка была старого типа и на ней не было никаких стрелочных или цифровых индикаторов для измерения напряжения.
В качестве светодиодного столбикового индикатора (бара) я выбрал HDSP-4832 с 10 светодиодами трех разных цветов: три красных, четыре желтых и три зеленых.
Для правильной индикации напряжения, нужно определиться с нижним и верхним уровнем измеряемых напряжений, чтобы на индикаторе соответственно при данных уровнях загорались первый и последние светодиоды (полоски).
Для 12В автомобильного аккумулятора, были выбраны следующие диапазоны: первый светодиод загорался при напряжении 10В, а последний при напряжении 13.5В, т.о. шаг индикации напряжения получился 0.35В на один светодиод. Естественно, вы можете установить и другие напряжения, при помощи двух подстроечных резисторов. Это дает возможность использовать данный индикатор для измерения напряжения, например NiCd или NiMH аккумуляторов. Границы напряжения в данном случае устанавливаются в V min = 0.9 * N cells and V max = 1.45 * N cells , где N cells - количество "банок" аккумулятора. Плюс между + и - аккумуляторов должен быть помещен мощный резистор рассчитанный на ток не менее 0.5А для имитации реальной нагрузки.
Микросхема LM3914 может работать в двух режимах: режим "точка" - при котором загорается только один светодиод, и "столбиковый" режим, при котором загорается несколько светодиодов по нарастающей. Данная схема работает в "столбиковом" (bar) режиме, для этого 9 вывод микросхемы подключен к плюсу источника питания.
При работе в режиме bar, соответственно и увеличивается энергопотребление LM3914. Когда все 10 сегментов индикатора горят, то LM3914 потребляет почти в 10 раз больше, чем если бы горел только один светодиод (сегмент). Для предотвращения выгорания м/с LM3914 необходимо следить, чтобы ток светодиодов не превысил максимально допустимый.
Максимальная рассеиваемая мощность микросхемы не должна превышать 1365 мВт. И если предположить, что подводимое максимальное напряжение составит 14.4В, то максимально возможный ток составит I = P/V = 1.365/14.4 = 94.8мА. Т.о. ток, каждого сегмента индикатора не должен превышать 94.8/10=9.5мА. В схеме, сопротивление резистора R3 (4.7 кОм) задает максимальный ток светодиодов. Ток светодиода примерно в 10 раз больше тока, который проходит через данный резистор I R3 = 1.25 / 4700 = 266 мкА. Т.о. ток на каждый светодиод ограничен значением 2.6 мА, что намного меньше допустимого.
Входной каскад: для снятия показаний входного напряжения (и им же питается схема) в схеме применен делитель напряжения 1:2, подсоединенный к выводу 5 микросхемы. Делитель состоит из двух резисторов номиналом 10 кОм и т.о. напряжение, снимаемое с делителя находится в диапазоне от 5В до 6.75В, в то время как входное напряжение будет от 10В до 13.5В. Эти же значения будут использоваться для калибровки LM3914.
Принципиальная схема индикатора
Схема состоит из двух элементов: отдельно схемы контроля и отдельно плата индикатора. Между собой они соединяются при помощи 11-ти контактного разъема.
Основные задающие элементы схемы:
R1 и R2 - делитель напряжения
R3 и R4 - ограничение тока светодиодов и установка верхней границы напряжения
R5 - установка нижней границы напряжения
Про R1, R2 и R3 я рассказывал выше. Теперь разберем R4, который устанавливает верхний порог (вывод 6 м/с):
На выводах микросхемы 6 и 7 необходимо установить напряжение на уровне 6.75В (что является входным напряжением 13.5В после делителя, в том случае, если аккумулятор заряжен полностью). Зная значение тока проходящего через R3, а также прибавив сюда ток "error current" с 8 вывода микросхемы (120мкА), мы можем рассчитать сопротивление R4:
6.75В = 1.25В + R4(120мкА+266мкА) <=>
R4 = (6.75 - 1.25)/(386мкА) <=>
R4 = 14.2кОм и больше (мы выбираем подстроечный резистор 22кОм)
С подстроечным резистором 22 кОм мы можем регулировать напряжение на выводе 7 в диапазоне от 1.25В до 9.74В, что дает возможность задавать верхнюю границу напряжения от 2.5В до 19.5В.
Сопротивлением R5 устанавливается нижняя граница напряжения:
Подставив в формулу V O = V I * R B /(R A + R B) следующие значения:
R A = 10 * 1К внутренние резисторы LM3914
R B = R5
V I = верхняя граница напряжения 6.75В
V O = нижняя граница напряжения 5В
получим:
5 = 6.75 * R5/(R5 + 10K)
R5 = 28.5K и больше (мы выбираем подстроечный резистор 100кОм)
Печатная плата
Как уже было сказано выше, устройство состоит из двух компонентов, соответственно используется 2 разных печатных платы. Это дает возможность использовать выносную индикацию, например на панели авто.
В печатной плате получилась только одна перемычка (отмечена красным цветом).
Скачать проект в и печатные платы вы можете ниже
Список радиоэлементов
| Обозначение | Тип | Номинал | Количество | Примечание | Магазин | Мой блокнот |
|---|---|---|---|---|---|---|
| IC1 | LED драйвер | LM3914 | 1 | В блокнот | ||
| С1 | Электролитический конденсатор | 2.2 мкФ 25 В | 1 | В блокнот | ||
| R1, R2 | Резистор | 10 кОм | 2 | В блокнот | ||
| R3 | Резистор | 4.7 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R4 | Переменный резистор | 22 кОм | 1 | В блокнот | ||
| R5 | Переменный резистор | 100 кОм | 1 | В блокнот | ||
| BAR1 | Индикатор | HDSP-4832 | 10 |
В любой технике в качестве отображения режимов работы используют светодиоды. Причины очевидны – низкая стоимость, сверхмалое энергопотребление, высокая надёжность. Поскольку схемы индикаторов очень просты, нет необходимости в покупке фабричных изделий.
Из обилия схем, для изготовления указателя напряжения на светодиодах своими руками, можно подобрать наиболее оптимальный вариант. Индикатор можно собрать за пару минут из самых распространённых радиоэлементов.
Все подобные схемы по назначению делят на индикаторы напряжения и индикаторы тока.
Работа с сетью 220В
Рассмотрим простейший вариант – проверка фазы.
Эта схема представляет собой световой индикатор тока, которым оснащают некоторые отвёртки. Такое устройство даже не требует внешнего питания, поскольку разность потенциала между фазовым проводом и воздухом или рукой достаточна для свечения диода.
Для отображения сетевого напряжения, например, проверки наличия тока в разъёме розетки, схема ещё проще.
Простейший индикатор тока на светодиодах 220В собирается на ёмкостном сопротивлении для ограничения тока светодиода и диода для защиты от обратной полуволны.
Проверка постоянного напряжения
Нередко возникает необходимость прозвонить низковольтную цепь бытовых приборов, либо проверить целостность соединения, например, провод от наушников.
В качестве ограничителя тока можно использовать маломощную лампу накаливания либо резистор на 50-100 Ом. В зависимости от полярности подключения загорается соответствующий диод. Этот вариант подходит для цепей до 12В. Для более высокого напряжения потребуется увеличить сопротивления ограничивающего резистора.
Индикатор для микросхем (логический пробник)
Если возникает необходимость проверить работоспособность микросхемы, поможет в этом простейший пробник с тремя устойчивыми состояниями. При отсутствии сигнала (обрыв цепи) диоды не горят. При наличии логического ноля на контакте возникает напряжение около 0,5 В, которое открывает транзистор Т1, при логической единице (около 2,4В) открывается транзистор Т2.
Такая селективность достигается, благодаря различным параметрам используемых транзисторов. У КТ315Б напряжение открытия 0,4-0,5В, у КТ203Б – 1В. При необходимости можно заменить транзисторы другими с аналогичными параметрами.
При проведении даже самых элементарных работ с электричеством, важно соблюдать меры безопасности. Даже имея большой опыт работы в данном направлении не стоит рисковать, так как это опасно для жизни. Для того чтобы проверить наличие электрического тока, необходимо всегда в хозяйстве иметь индикатор напряжения. Основным достоинством этого прибора служит простота использования и моментальное определение наличия тока в сети.
Если рассмотреть фото индикатора напряжения, то видно что этот инструмент отвертка, со встроенным индикатором.
Производители предлагают много различных видов индикаторов, но каждый имеет свой принцип действия. Перед использованием необходимо разобраться с правилами, и не допускать ошибок.
Виды индикаторов
Отвертка
Самая простая и распространенная это пассивная отвертка индикатор. С ее помощью можно узнать есть или нет напряжение в цепи. Основным достоинством данного вида отвертки является то, что индикатор показывает наличие либо отсутствие напряжения после прикосновения к контакту.
На рукоятке расположен контакт, который необходимо зажимать, когда подносим к проводнику. Результат наличия тока показывает неоновая лампа, встроенная в рукоять.
Электрики редко используют этот вид индикатора напряжения сети из-за низкой функциональности. Такой вид индикаторов больше подходит для домашнего пользования.
Активная отвертка
Более усовершенствованной моделью индикаторов является активная отвертка. Этот вид отверток определяет наличие напряжения в сети, а также ее целостность. В корпусе находится схема работающая от батарейки и светодиод.
Главной особенностью этого индикатора является возможность контактного и бесконтактного применения, и подходит для профессионального использования.
Контролька
Самым популярным пробником среди электриков является индикатор напряжения сделанный своими руками – контролька. Это конструкция в виде лампочки вставленной в патрон и провода, края которого являются щупами.
Контролька удобна тем, что показывает наличие напряжения и нормальная ли мощность сети. Главное достоинство этого индикатора, это возможность проверки трехфазных цепей.
Мультиметр
Еще одним типом индикаторов напряжения является мультиметр. Это универсальное устройство измеряющее силу тока, напряжение, частоту, емкость и т.д. Мультиметр измеряет с точностью до тысячных единиц.
Универсальный пробник
Для профессионального пользования электрики зачастую выбирают универсальный пробник. Этот прибор наиболее многофункциональный чем остальные. Благодаря возможности определять фазы, плюсы и минусы, прозванивать и т.д. Этот индикатор считается одним из основных инструментов электрика.
Бесконтактный индикатор напряжения
Также одним из наиболее безопасным считается бесконтактный индикатор напряжения. Данный вид индикаторов оснащен тремя режимами работы.Это бесконтактное использование при высокой и низкой чувствительности и световое оповещение. Эти три режима изменяются в зависимости от выполняемых задач:
- Световое оповещение – сигнал подается свечением лампочки.Определяет наличие тока только при контакте.
- Бесконтактное оповещение при низкой чувствительности – прибор выявляет наличие тока на небольшом расстоянии.
Бесконтактное оповещение при высокой чувствительности – выявляет наличие тока на большом расстоянии. Этот режим позволяет измерять напряжение в проводах заштукатуренных в стене, а также выявлять их маршрут.
Эта отвертка упрощенный мультиметр. Это отличный прибор имеющий много функций и очень легкий в использовании. С его помощью можно проверить целостность цепи, определить напряжение на расстоянии, а также имеется световая и звуковая индикация.
Для получения большей информации об электрической цепи используют цифровой индикатор напряжения. Этот указатель на дисплее дает более детальную информацию показывая цифровое значение напряжения в сети. С его помощью можно контролировать напряжение, задав максимальные и минимальные показатели. Этот прибор устанавливают для защиты от перепадов напряжения.
Выбирая индикатор важно знать все плюсы и минусы. Рекомендуется с особой осторожностью выполнять работы связанные с электричеством, и проверять наличие электроэнергии в сети только используя индикаторы.
Фото индикатора напряжения
