PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
Aplikacje układów
LM3914/5/6
część 4
W drugim numerze Elektroniki dla
Wszystkich przedstawiliśmy płytkę
drukowaną PW-02, na której można
zmontować jeden z wielu
interesujących układów. Wspólną
cechą wszystkich urządzeń
montowanych na tej płytce jest
obecność kostki sterującej z rodziny
Termometr elektroniczny
LM3914, 3915 lub 3916 oraz linijki
· możliwość dobrania zakresu mierzonych temperatur od -20°C do +125°C
świetlnej zbudowanej z dziesięciu
· dziesiÄ™ciopunktowy wyÅ›wietlacz LED
diod LED.
· prosta kalibracja
Układy budowane na płytkach wielo- Ponieważ płytka PW-02 przeznaczona montaż jest wręcz dziecinnie prosty.
funkcyjnych mają walor poznawczy, po- jest do zmontowania wielu różnych ukła- Przed zapoznaniem się z treścią artykułu
kazują bowiem rozmaite sposoby wyko- dów, więc przewidziano na niej miejsce warto powrócić do materiału w EdW 2/96,
rzystania tego samego układu scalo- dla licznych elementów, z których tylko gdzie podano opis płytki i zwięzłe omówie-
nego, a oprócz tego niewątpliwie są przy- niektóre są montowane w danym przy- nie podstawowych właściwości kostek
datne w praktyce. Dotychczas opisaliśmy padku. Fotografie, rysunki i schematy LM3914...3916. Podane tam wiadomoś-
monitor stanu akumulatora samochodo- w artykule przedstawiają tylko te podze- ci mogą się okazać niezbędne do zrozu-
wego i wskaz
nik wysterowania audio oraz społy, które mają być zamontowane. mienia działania przedstawionego dziś
miernik natężenia dz
więku. Dziś prezen- Z tego powodu numeracja użytych układu.
tujemy termometr elektroniczny. elementów nie jest ciągła, ale za to
Termometr elektroniczny
W wielu termometrach wykorzystuje
się zależność napięcia przewodzenia dio-
dy krzemowej od temperatury. Przy sta-
łym prądzie diody, napięcie przewodze-
nia zmniejsza siÄ™ ze wzrostem tempera-
tury prawie liniowo, ze współczynnikiem
około 2...2,2mV na stopień Celsjusza.
W praktycznych układach zamiast diod,
w roli czujników pomiarowych używa się
odpowiednio połączonych tranzystorów
- wtedy liniowość wskazań jest lepsza.
Czujniki takie pracujÄ… przy prÄ…dzie prze-
wodzenia rzędu 0,1...1mA.
Elementy krzemowe - tranzystor lub
dioda - mogą śmiało pracować w zakre-
sie temperatur -20...+125oC.
Zaletą takich czujników półprzewodni-
kowych jest znikomy koszt, stosunkowo
duża czułość i zadowalająca liniowość
przetwarzania temperatury na napięcie.
Istotną wadą jest natomiast fakt, że po-
szczególne egzemplarze diod czy tran-
zystorów mają znaczny rozrzut napięcia
przewodzenia, co oznacza konieczność
indywidualnego skalowania każdego
Rys. 1. Schemat ideowy termometru.
czujnika, a także konieczność ponownej
16 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/96
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
także będzie równe temu napięciu. Z za-
sady działania kostki U1 wiadomo, że
jeśli napięcie na wejściu (n. 5) jest równe
napięciu na dolnym końcu dzielnika na-
pięcia, czyli na nóżce 4, wtedy zaczyna
świecić się dioda D1. Tymczasem napię-
cie na nóżkach 4 i 8 kostki U1 jest wy-
znaczone wartością potencjometru PR1.
Można więc powiedzieć, że potencjo-
metrem PR1 ustala siÄ™ dolnÄ… granicÄ™
mierzonych temperatur.
Przy wzroście temperatury napięcie
przewodzenia diody pomiarowej Dx
zmniejsza się. Ponieważ kostka U2 pra-
cuje jako wzmacniacz odwracajÄ…cy, na-
pięcie na jego wyjściu będzie w takiej
sytuacji rosnąć. Spowoduje to zaświeca-
nie kolejnych diod D2...D10.
Górna granica zakresu mierzonych
temperatur jest zależna zarówno od
wzmocnienia wzmacniacza (większe
wzmocnienie - mniejszy zakres pomia-
ru), jak i ustawienia potencjometru PR2.
W sumie wzmocnienie wzmacniacza
zgrubnie wyznacza potrzebny zakres po-
miaru, a dokładną kalibrację zapewnia
potencjometr PR2. Dzięki temu w obwo-
dzie sprzężenia zwrotnego wzmacniacza
kalibracji po zmianie czujnika. Mimo tej punktowym (nóżka 9 niepodłączona). nie trzeba precyzyjnie dobierać rezysto-
wady proste czujniki diodowe są często Szczegółowe dane o kostce i możliwych rów - można zastosować typowe nomi-
stosowane w praktyce - przecież i tak trybach pracy zawarte są w EdW 2/96 na nały z szeregu produkcyjnego.
każdy termometr musi być skalowany. stronie 11. W praktyce, żeby uzyskać potrzebny
rysunku 1
Układ pokazany na rysunku 1
rysunku 1 jest ter- Zakres wskazań, czyli wskazywaną w danym zastosowaniu zakres mierzo-
rysunku 1
rysunku 1
mometrem elektronicznym z wyświetla- temperaturę maksymalną i minimalną nych temperatur, konieczna może się
czem składającym się z linijki 10 diod określają napięcia na końcach wewnętrz- okazać zmiana wartości rezystora R7.
LED. W przedstawionej wersji dzięki za- nego napięcia odniesienia, czyli na nóż- Ponieważ wzmacniacz operacyjny
stosowaniu wzmacniacza operacyjnego kach 6 i 4. W kostce wskaz
nika - U1 - musi pracować przy napięciach zbliżo-
zakres mierzonych temperatur można nóżka 4 jest połączona z nóżką 8, a także nych do ujemnego napięcia zasilającego,
dobrać stosownie do potrzeb. Na przy- z wejściem nieodwracającym wzmacnia- nie można tu zastosować popularnej
kład układ może wskazywać temperatu- cza (n. 3 U2). Jest to ważny obwód - na- kostki 741. Stopnie wejściowe tego
rę płynu w chłodnicy samochodu, tem- pięcie na tych nóżkach wyznacza dolną wzmacniacza zbudowane są z tranzysto-
peraturę wody w instalacji centralnego granicę mierzonych temperatur. Jeśli na rów NPN i do ich poprawnej pracy napię-
ogrzewania, temperaturę wody w akwa- diodzie pomiarowej Dx, napięcie będzie cie na obu wejściach musi być przynajm-
rium, czy wreszcie pracować jako ostrze- równe napięciu na nóżce 3 kostki U2, to niej o dwa wolty wyższe od ujemnego
gacz przed gołoledzią lub przymrozkami. napięcie na wyjściu wzmacniacza U2 napięcia zasilającego. Spośród łatwo do-
Nadaje się też, choć nie zapewnia za-
dowalającej rozdzielczości, jako termo-
metr domowy.
Opis układu
Czujnik temperatury, czyli dołączona
równolegle do kondensatora dioda Dx
(lub tranzystor Tx), pracuje przy prÄ…dzie
wyznaczonym przez rezystancjÄ™ R14.
Prąd ten wynosi około 1mA. Kondensa-
tor C4 tłumi ewentualne zakłócenia po-
wstające w przewodach połączenio-
wych czujnika. Napięcie na diodzie,
zmieniające się pod wpływem zmian
temperatury, jest podawane na wzmac-
niacz z układem U2. Wzmocnienie
wzmacniacza jest wyznaczone stosun-
kiem rezystancji R7 do R13. Wzmocnio-
ne napięcie podawane jest na wejście
wskaz
nika, czyli nóżkę 5 kostki U1.
W roli wskaz
nika zastosowano  linio-
Rys. 2.
wÄ… kostkÄ™ LM3914, pracujÄ…cÄ… w trybie
17
ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/96
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
PÅ‚ytki wielofunkcyjne
stępnych pojedynczych wzmacniaczy ciepłej wody, poczekać aż lód się rozpuś-
WYKAZ ELEMENTÓW
WYKAZ ELEMENTÓW
WYKAZ ELEMENTÓW
WYKAZ ELEMENTÓW
operacyjnych, wybrano kostkę ICL7611, ci i dotąd dolewać ciepłej wody, aż tem- WYKAZ ELEMENTÓW
wykonaną w technologii CMOS, która peratura płynu osiągnie +10oC. W takiej
Rezystory
Rezystory
Rezystory
Rezystory
Rezystory
radzi sobie przy napięciach wejściowych temperaturze należy wyregulować PR2.
R7,R8: 100kW
wyższych od ujemnego napięcia zasilają- Przy wykorzystaniu układu w roli mo-
R14,R1: 1,2kW
cego mniej niż o 1V. nitora temperatury silnika samochodo-
R13: 2kW
wego należy przyjąć dolną granicę wska-
Montaż i kalibracja
PR1: 1kW helitrim
zań około +40oC i w tej temperaturze
PR2: 100kW helitrim
Układ termometru można zmontować ustawić PR1 na granicy świecenia diody
na płytce PW-02 w sposób pokazany na D1. Następnie po umieszczeniu czujnika Kondensatory
Kondensatory
Kondensatory
Kondensatory
Kondensatory
rys. 2 we wrzącej wodzie należy potencjomet-
rys. 2
rys. 2. Przed przystąpieniem do montażu
rys. 2
rys. 2
C9, C1: 47µF/16V
trzeba przeciąć jedną ścieżkę w punkcie rem PR2 ustawić wskazanie, aby świeci-
C2: 470nF
oznaczonym literą U. Na płytce należy ły jednocześnie diody D7 i D8 (a nie D9
C3: 100nF ceramiczny
zamontować tylko pokazane elementy. i D10). Trzeba bowiem pamiętać, że
C4: 100nF
W miejscy diody D11 trzeba wlutować w silniku, znajdujący się pod ciśnieniem
Półprzewodniki
Półprzewodniki
Półprzewodniki
Półprzewodniki
Półprzewodniki
zworę. Przewód pomiarowy (najlepiej płyn chłodzący (nawet zwykła woda), bę-
Dx: 1N4148 lub tranzystor BC558
ekranowany) należy przylutować od dołu dzie wrzał w temperaturze znacznie wy-
D1...D10: LED 3mm czerwona lub
płytki do nóżek kondensatora C4. Prze- ższej niż +100oC.
wody zasilające należy wlutować w ot- zielona
Możliwości zmian
wory przewidziane dla diody D14.
U1: LM3914
Układ można umieścić w plastikowej W układzie zamiast diody pomiarowej
U2: ICL7611
obudowie od cartridge u. Dx, można zastosować scalony czujnik
Zamiast diody pomiarowej Dx, można temperatury LM335 (ale nie LM35), któ- dioda D1 będzie wskazywać najwyższą
zastosować dowolny tranzystor. Szcze- rego napięcie jest proporcjonalne do temperaturę zakresu, a D10, najniższą.
gólnie godna uwagi jest możliwość za- temperatury absolutnej wyrażonej w kel- Oczywiście wtedy potencjometr PR1
stosowania tranzystora PNP dużej mocy. winach. Bliższe dane czujnika LM335 po- będzie służył do ustawienia górnego,
Taki tranzystor ma kolektor połączony dane są w ramce. Przykładowo, ponie- a PR2 - dolnego zakresu mierzonych
z obudową, więc można go przykręcić waż +27oC to 300 kelwinów, w tej tem- temperatur.
bezpośrednio do metalowych części po- peraturze czujnik LM335 da napięcie Takie rozwiązanie może być bardzo
łączonych z masą. Zapewniony będzie równe 10mV x 300K = 3V. praktyczne, na przykład w ostrzegaczu
wtedy znakomity kontakt termiczny czuj- Przy zastosowaniu czujnika LM335 przed gołoledzią: przy temperaturach
nika z mierzonym obiektem. Ma to spore trzeba będzie zwiększyć napięcie na koń- wyższych niż powiedzmy +10oC nie bę-
znaczenie, na przykład przy instalacji cówkach REFA i RLO kostki U1 przez dzie świecić żadna dioda. W zakresie
w samochodzie. Właśnie dlatego (choć zwiększenie rezystancji PR1 do 4,7kW. +10...0oC świecić się będą kolejno diody
wymagało to zastosowania mniej spoty- Wszystko wskazuje, że w takich warun- D1...D10. We wszystkich temperaturach
kanej i trochę droższej kostki ICL7611) kach będzie już można zastosować stan- poniżej 0oC świecić się będzie dioda
zastosowano połączenie jednej końców- dardowy wzmacniacz 741. D10. Można to wykorzystać do sygnali-
ki czujnika z masą. Przy zastosowaniu ta- Podobnie w roli czujnika można zasto- zacji dz
więkowej - wystarczy w szereg
kiego tranzystora połączonego bezpo- sować znany już z EdW 5/96 (str 11, 13) z diodą D10 lub po prostu zamiast niej
średnio z masą, należy zastosować grub- element KPY10 lub KPY84. Będzie to włączyć brzęczyk piezo (z generatorem).
szy przewód masy (wystarczy ekran kab- wymagało zwiększenia rezystancji R14 Zestaw elementów opisanego termo-
la), nie należy za to stosować drugiego i prawdopodobnie R13. metru wraz z płytką PW-02 jest sprzeda-
przewodu łączącego układ z masą, a je- Zastosowanie kostki LM335 lub czuj- wany jako kit AVT-410.
dynie doprowadzić plus zasilania. nika KPY, mających w przeciwieństwie
Piotr Górecki
Piotr Górecki
Piotr Górecki
Piotr Górecki
Piotr Górecki
Kalibrację gotowego układu należy do diod, dodatni współczynnik tempera-
przeprowadzić przy dwóch temperatu- turowy, spowoduje odwrócenie skali -
rach. Najpierw, gdy czujnik ma tempera-
turę równą minimalnej temperaturze za-
LM335 - przetwornik temperatury bezwzględnej
kresu, należy ustawić potencjometr PR1
Napięcie na czujniku: wprost proporcjonalne do temperatury bezwzględnej.
na progu zapalania diody D1. Potem po
Napięcie w temperaturze 298K (+25oC): typ. 2,98V ą60mV
umieszczeniu czujnika w temperaturze
Współczynnik temperaturowy: +10mV/K (+10mV/oC)
równej górnej temperaturze zakresu, na-
Dokładność bez kalibracji: typ. ą4oC
leży ustawić potencjometr PR2 aby
Zalecany zakres prądów pracy: 0,4...5mA
świeciły jednocześnie dwie diody: D9
Dynamiczna oporność wyjściowa: typ 0,6W
i D10. Gdyby nie udało się tego ustawić
Układ może być w prosty sposób precyzyjnie kalibrowany za pomocą dodatko-
za pomocą potencjometru PR2, należy
wego potencjometru.
zwiększyć lub zmniejszyć wartość R7
(10kW...1MW). ProcedurÄ™ kalibracji wy-
starczy przeprowadzić raz.
Jeśli przykładowo układ miałby służyć
jako ostrzegacz przed gołoledzią (czyli
pracować w zakresie temperatur
0...+10oC) należy najpierw umieścić
czujnik w temperaturze 0oC, czyli w mie-
szaninie lodu z wodÄ… i potencjometr PR1
ustawić tak, aby zaczynała się świecić
dioda D1. Potem trzeba dolać trochę
18 ELEKTRONIKA DLA WSZYSTKICH 11/96