Ở đây chúng ta sẽ thiết kế một vôn kế đơn giản. Nó đơn giản vì nó chỉ bao gồm một chip IC - LM3914. LM3914 là chip điều khiển 10 LED dựa trên giá trị điện áp đầu vào tuyến tính.
IC cung cấp đầu ra thập phân bằng cách chiếu sáng đèn LED cần thiết dựa trên giá trị của điện áp đầu vào. Điện áp đầu vào đo tối đa thay đổi tùy thuộc vào điện áp tham chiếu và điện áp cung cấp, chúng ta sẽ thảo luận về điều đó trong phần sau của bài viết.
Chip này có thể được sửa đổi cho mạch bảo vệ pin, mạch Ampe kế, v.v. nhưng ở đây chúng tôi đang sử dụng nó cho vôn kế. LM3914 là một vôn kế 10 giai đoạn có nghĩa là nó hiển thị các biến thể ở chế độ 10 bit. Chip cảm nhận điện áp đầu vào đo như một tham số và so sánh nó với tham chiếu, mỗi khi điện áp vượt qua phần tham chiếu nhất định, đèn LED tương ứng sẽ phát sáng.
Chip được lập trình để điều khiển LED trực tiếp, do đó không cần thêm điện trở.
Các thành phần
Nguồn điện (5v)
Điện trở 1K (3 miếng)
Điện trở 10K (2 miếng)
IC LM3914
10 đèn LED
Tụ điện 0,1µF (2 cái).
Breadboard và kết nối dây
Sơ đồ mạch và làm việc
Mạch bên trong của LM3914 được hiển thị trong hình dưới đây:
Như đã thảo luận, LM3914 là một đơn vị đo 10 giai đoạn. Điều này được hiển thị trong mạch nội bộ trên. LM3914 về cơ bản là sự kết hợp của 10 bộ so sánh. Mỗi bộ so sánh là một op-amp, với việc đạt được điện áp tham chiếu ở cực âm của nó.
Bây giờ điều quan trọng ở đây là điện áp đo không thể cao hơn điện áp tham chiếu hoặc điện áp cung cấp chip. Điều này luôn phải được ghi nhớ. Để đạt được điện áp đo cao hơn giữ cho đầu vào không đổi, chúng ta sẽ sử dụng mạch phân áp điện trở. Nó chỉ đơn giản là phân chia điện áp dựa trên điện trở.
Xét mạch điện được hình thành bởi mạng lưới như hình vẽ:
Vậy với điện áp đầu vào 15V, R1 = 11K, R2 = 1K ta có Vout = 15 (1/11) = 1,5V (xấp xỉ).
Điện áp tham chiếu được chọn dựa trên yêu cầu. Giá trị tham chiếu phải là điện áp đo tối đa mà chúng tôi sẽ áp dụng cho chip. Nếu chúng tôi đang đo điện áp thay đổi với điện áp đỉnh 20v, chúng tôi nên chọn tham chiếu là 20V.
Tham chiếu được chọn theo phương trình:
Vì muốn đo các hiệu điện thế từ 0-15 nên ta chọn R2 = 11K = 10K + 1K, R1 = 1K.
Với điều này, chúng tôi đã chọn điện áp tham chiếu là Vref = 1,25 * 12 = 15V. Vì vậy, chúng tôi có một điện áp đầu vào tối đa đến 15V.
Tuy nhiên, điều quan trọng cần nhớ là giá trị tham chiếu càng cao thì điện áp bước càng lớn và độ phân giải càng thấp. Giả sử với tham chiếu của 20V, chúng tôi có bước là 2V, bất kỳ điện áp nào giữa 2V-4V là không thể đo được. Vì vậy, với điện áp cao hơn chúng ta có độ chính xác thấp hơn.
Vì chip là một giai đoạn 10 và điện áp là từ 0-15V, chúng tôi có một bước 1,5V. Vì vậy, với mỗi lần tăng 1,5V trong điện áp đo, một đèn LED bổ sung phát sáng.
Các kết nối được thực hiện cho mạch vôn kế LM3914 được đưa ra dưới đây:
PIN3 ---------------------------- + Nguồn cung cấp 5v
PIN2 -------------------------------- mặt đất
PIN5 ----------------------------- + điện áp thay đổi
PIN1,10,11,12,13,14,15,16,17,18 ------------------- kết nối với LEDS
Mức đo cho đèn LED là, + 1.5V, + 3.0V, + 4.5V, + 6.0V, + 7.5V, + 9.0V, + 10.5V, + 12.0V, + 13.5V, + 15.0V.
Giả sử điện áp đo là 10V, đèn LED thứ sáu phát sáng. Giả sử điện áp đo là 12,5V, đèn LED thứ chín phát sáng. Vì vậy, với gia số 1,5V, chúng tôi có thể đo lên đến 15V.