Русская Википедия:LM3914
LM3914, LM3915, LM3916 (далее LM3114—6) — семейство интегральных схем контроллеров линейных десятисегментных шкальных индикаторов на светодиодах, жидкокристаллических или вакуумно-люминесцентных индикаторах. Размах шкалы входного напряжения и предельные выходные токи устанавливаются независимо с использованием встроенного или внешнего источника опорного напряжения. Выходные светодиоды могут коммутироваться параллельно или последовательноШаблон:Sfn, в режимах одиночной точки или непрерывной линейкиШаблон:Sfn. Динамический диапазон может быть расширен каскадным включением нескольких микросхем.
Три модели семейства функционально идентичны и различаются лишь разбивкой шкал встроенных делителей напряженияШаблон:SfnШаблон:Sfn:
| модель | тип шкалы | сопротивление делителя |
динамический диапазон[1] |
назначение |
|---|---|---|---|---|
| LM3914 | линейная с шагом 10 % от полной шкалы | вольтметрыШаблон:Sfn | ||
| LM3915 | логарифмическая с шагом 3 дБ | индикаторы выходной мощностиШаблон:Sfn | ||
| LM3916 | полулогарифмическая c шагом от 10 до 1 дБ | индикаторы типа VUШаблон:Sfn |
Устройство
LM3114—6 рассчитаны на однополярное питание, напряжение которого не должно превышать +25 В как входе питания управляющей схемы (вывод 3), так и на открытых коллекторах выходных ключей (выводы 1, 10—18). Предельно допустимая мощность рассеяния микросхем в пластиковом корпусе DIP-18 в документации 1980 года устанавливалась на уровне 625 мВтШаблон:Sfn, в документации 2000-х годов — 1,365 ВтШаблон:Sfn. Разница обусловлена уменьшением термического сопротивления пластикового корпуса со 120 К/Вт в 1980 годуШаблон:Sfn до 55 К/Вт в 2000-е годыШаблон:Sfn.
В основе LM3114—6 — параллельный аналого-цифровой преобразователь на десяти идентичных компараторах. Каждый из компараторов сравнивает напряжение на выходе входного буферного усилителя с напряжением на соответствующем отводе делителя напряженияШаблон:Sfn. Верхний и нижний выводы делителя подключаются к внутреннему источнику образцового напряжения (ИОН) или к внешним источникам напряженияШаблон:Sfn. Каждый компаратор управляет выходным ключом с открытым коллектором и программируемым ограничением предельного токаШаблон:Sfn. Компараторы не имеют гистерезиса: в режиме одиночной точки, при переходе сигнала через очередной порог, отключение одного и включение другого компаратора происходят плавно, с перекрытием в несколько мВ. Ситуация, при которой в режиме одиночной точки гасли бы оба смежных светодиода, с неизбежным «морганием» индикатора и выбросом помехи в цепь питания, исключена конструктивноШаблон:Sfn. Длительное одновременное включение смежных светодиодов, а также аномально медленное их включение указывают на самовозбуждение из-за неудачной разводки цепей питанияШаблон:Sfn.
Подключение светодиодов, ЖКИ и ВЛИ
Выходные ключи LM3114—6 работают либо в режиме непрерывной линейки, либо в режиме одиночной точки. Жидкокристаллические (ЖКИ) и вакуумно-люминесцентные (ВЛИ) индикаторы коммутируются только параллельноШаблон:Sfn. Между анодами ЖКИ и выходами ключей LM3114—6 включаются разделительные ёмкости величиной 0,1 мкФШаблон:Sfn. Аноды ВЛИ подключаются к выходам LM3914 непосредственно; дополнительно, между выходами ключей и шиной питания (+12…15В) подключаются сопротивления-шунты величиной 10 кОмШаблон:Sfn.
Светодиоды подключаются к выводам LM3114—6 либо параллельно в режиме линейки, либо параллельно в режиме одиночной точки, либо последовательно в режиме одиночной точки; в последнем случае фактически отображается непрерывная линейкаШаблон:Sfn.
Первый вариант более подходит для схем с низковольтным питанием. Он допускает применение дежурной засветки светодиодов — для этого катод каждого из них соединяют с общим проводом высокоомным резисторомШаблон:Sfn. Недостаток параллельной линейки — высокое, изменяющееся в такт с входным сигналом, потребление тока. При включении всех десяти выходных ключей их суммарный ток может достигать 300 мА, а общее выделение тепла микросхемой может превышать предельно допустимое значение. Во избежание катастрофического перегрева в выходные цепи включают балластные сопротивления, либо применяют общий балластный резистор в цепи питания светодиодов, либо запитывают выходные цепи от отдельного источника напряжения величиной 3…5 ВШаблон:SfnШаблон:Sfn.
Последовательная коммутация предполагает питание цепочки из десяти светодиодов напряжением, близким к предельному (22…25 В), желательно — от стабилизатора на 24 ВШаблон:SfnШаблон:Ref+. Ток, потребляемый таким индикатором от источника питания, практически неизменен. Существуют способы разбиения последовательной цепочки на несколько частей, что позволяет кратно уменьшить необходимое напряжения питанияШаблон:Sfn. Например, разбиение одной цепочки на две по пять светодиодов в каждой позволяет использовать напряжение питания 12…18 ВШаблон:Sfn.
Встроенные ограничители тока выходных ключей управляются током, вытекающий из вывода 7: порог ограничения ровно в 10 раз превосходит ток вывода 7. В типовых схемах его величину определяет внешнее сопротивление, подключаемое между выводами 7 и 8. Встроенный ИОН стабилизирует напряжение между этими выводами на уровне от 1,2 до 1,32 В (типичное значение — 1,25 В)Шаблон:Sfn, таким образом внешнее сопротивление в 2 кОм ограничивает выходной ток величиной примерно 6 мА, 1 кОм — 12 мА и так далее, но не более 30 мАШаблон:SfnШаблон:Sfn. Независимые испытания показали, что встроенные ограничители тока достаточно надёжны и стабильны, и совместимы с нестабилизированными источниками питанияШаблон:Sfn.
Установка шкалы отсчёта и подготовка входного сигнала
Компараторы LM3114—6 корректно работают в диапазоне входных напряжений от 0 до +12 В (но не более напряжения питания, уменьшенного на 1,2 В), при этом вход сигнала 5 допускает подключение как сигнала положительной полярности, так и биполярного сигнала с амплитудой в пределах −35…+35 ВШаблон:SfnШаблон:SfnШаблон:Sfn. При подаче сигнала отрицательной полярности входной ток направляется в общий провод через защитный диод и балластное сопротивление величиной 20 кОм, все выходные ключи находятся в закрытом состоянииШаблон:Sfn. Напряжения на выводах делителя напряжения 4 и 6, устанавливающие шкалу отсчёта, могут перекрывать весь диапазон напряжений питанияШаблон:Sfn, но, как и в случае входного сигнала, корректная работа компараторов гарантируется лишь в диапазон напряжений от 0 до +12 ВШаблон:SfnШаблон:Sfn.
В простейшей схеме включения вывод ИОН 8 заземлён, начало шкалы отсчёта привязано к общему проводу, а размах шкалы — к потенциалу на выходе ИОН 7 (около 1,25 В)Шаблон:Sfn. С точки зрения точности индикатора, размах шкалы желательно увеличить до 10 ВШаблон:Sfn. Для этого между выводом 8 и общим проводом включается дополнительный резистор, «приподнимающий» потенциалы выводов 7 и 8, при этом пропорции передачи токов и напряжений незначительно изменяются из-за протекания тока покоя ИОН из вывода 8 в общий проводШаблон:Sfn. Нижнюю и верхнюю границы шкалы отсчёта можно устанавливать и независимо от работы встроенного ИОН, подачей внешних напряжений на нижний (4) и верхний (6) выводы делителя напряженийШаблон:Sfn.
LM3114—6 допускают индикацию уровня переменного напряжения непосредственно, без предварительного выпрямленияШаблон:SfnШаблон:Sfn. Производитель рекомендует применять при этом режим одиночной точки и устанавливать максимально возможный ток светодиодов в 30 мАШаблон:SfnШаблон:Sfn. В этом режиме человек способен уверенно различать уровни излучения светодиодов, соответствующие пиковой амплитуде и средним уровням типичных переменных сигналовШаблон:Sfn. Индикация либо только пиковых, либо только средних значения требует применения внешних выпрямителей соответствующего типаШаблон:Sfn. Выбор схемы выпрямителя определяется назначением устройства и уровнем отображаемых напряжений. Например, при размахе шкалы в 10 В ошибка простого выпрямителя, связанная с падением напряжения на кремниевом диоде, составляет примерно 600 мВ — меньше, чем порог включения первого светодиода в LM3914, но больше чем тот же порог в LM3915Шаблон:Sfn. В типичных применениях LM3915 достаточно скомпенировать падение напряжение на диоде с помошью эмиттерного повторителя на pnp-транзисторе. Ошибка такого выпрямителя составляет примерно 100 мВ, что более чем достаточно для индикатора на одиночной микросхемеШаблон:Sfn. Прецизионные выпрямители на операционных усилителях оправданы лишь в индикаторах с каскадным включением нескольких микросхемШаблон:Sfn.
Каскадное включение
Логика управления LM3114—6 допускает каскадное включение нескольких микросхем как в режиме непрерывной линейки, так и в режиме одиночной точкиШаблон:Sfn. Например, каскадное включение двух и трёх LM3915 расширяет динамический диапазон индикатора до 60 и 90 дБ соответственноШаблон:Sfn. Возможно и каскадирование различных микросхем: LM3915 в нижнем плече индикатора и LM3914 в вернем плече образуют совместно логарифмически-линейный индикатор с динамическим диапазоном 50 дБ; каскадирование LM3915 и LM3916 образует индикатор типа VU с расширенным динамическим диапазономШаблон:Sfn.
Установка шкал отсчёта для каскадируемых микросхем производится двумя способами. В простейшем из них на сигнальные входы 5 всех микросхем подаётся один и тот же сигнал, а напряжения на выводах установки шкал (4 и 6) масштабируются. Например, при стыковке двух LM3915 верхняя шкала устанавливается на диапазон 0—10 В, а нижняя — на диапазон 0—316 мВШаблон:Sfn. Точность индикации младших уровней при этом невелика, так как расчётное напряжение срабатывания первого ключа нижней микросхемы (14 мВ) сопоставимо с напряжением ошибки компаратора (10 мВ)Шаблон:Sfn. Если это оказывается неприемлемым, то используется иной подход: раздельное усиление входного сигнала при одинаковых шкалах отсчёта. Например, для двух LM3915 коэффициенты усиления сигналов, подаваемого на выводы 5 двух микросхем, должны различаться на 30 дБ или в 31,62 разаШаблон:Sfn.
Примечания
Литература
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Статья
- Шаблон:Книга
- (репринт) Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
- Шаблон:Книга
Шаблон:Нерабочие сноски Шаблон:Изолированная статья
- ↑ Разница между пороговыми напряжениями верхнего и нижнего компараторов
