Применение поликомпараторных микросхем в датчиках уровня

Рейтинг:  0 / 5

Подробности

Категория: Датчики

Опубликовано: 23.05.2018 06:44

Просмотров: 2339

Обычно, если вам требуется датчик для терморегулятора или автомата, включающего освещение, устройства контроля за уровнем напряжения или акустических шумов, рабочую схему строят на паре операционных усилителей, включенных по схеме двухуровневого компаратора, обеспечивающего необходимую ширину диапазона, за пределы которого не должна выходить контролируемая величина.
Но, схемы контроля уровня можно делать и на основе поликомпараторных микросхем, предназначенных для индикации уровня входного напряжения на светодиодной шкале. Среди множества типов таких микросхем значительную часть занимают относительно дешевые пятиуровневые индикаторы, такие как AN6884, ВА6137, LB1403 и многие другие, выполненные практически по одинаковым схемам и имеющим одинаковую цоколевку и близкие параметры.

На рисунке 1 показана типовая схемы включения на примере AN6884. На вывод 8 поступает входное постоянное или переменное напряжение, а индикация уровня этого напряжения производится на шкале из пяти свето-диодов. На схеме подписаны пороговые значения входного напряжения (для постоянного входного напряжения) при которых происходит включение соответствующих светодиодов. Индикация — только длиной светящейся линии (данный тип микросхем не предусматривает индикацию светящейся точкой, как это возможно, например, у более дорогой и редкой LM3915). Интересно то, что точность установки порогов включения светодиодов достаточно высока и не изменяется в пределах всего диапазона питающих напряжений (есть внутренний стабилизатор опорного напряжения). Выходные ключи сделаны по схемам с открытыми коллекторами и стабилизаторами тока. Однако, если свето-диоды заменить постоянными резисторами сопротивлением по 30 kOm (Л.1), то стабилизаторы тока перестают работать и выходные напряжения микросхемы будут достаточно хорошо согласовываться с логическими уровнями микросхем КМОП-логики, таких серий как, например, К561, К176, CD40, К564, К1561 и др.
На рисунке 2 показана схема автомата включения света на основе AN6884.

Уровень освещенности определяется по засветке фотодиода VD2, включенного в обратном направлении. Здесь он выполняет роль фоторезистора, и его обратное сопротивление уменьшается с увеличением интенсивности света. Предположим, нужно включать свет, когда его условная величина ниже второго уровня (напряжение на R1 ниже 67mV) и выключать, когда условная величина освещенности достигнет или превысит четвертый уровень (напряжение на R1 133mV или больше). Тогда порог включения светильника будем определять по возникновению логической единицы на выводе 2 А1. а порог выключения, - по возникновению нуля на выводе 4 (перемычки П1 и П2).
И так, когда уровень света мал, сопротивление VD2 велико и напряжение на R1 ниже 67mV. Это значит, что выходной ключ, выведенный на вывод 2 А1 закрыт и на вывод 9 D1 поступает напряжение высокого уровня через резистор R4. Это вызывает переключение RS-триггера D1.2-D1.3 в единичное состояние. На выходе элемента D1.2 устанавливается единица и открывается ключ на транзисторе VT1, который при помощи реле включает, например, уличный фонарь.
С наступлением светлого времени суток, уровень освещенности фотодиода VD2 увеличится, и в какой-то момент достигнет такого уровня, что откроется ключ, выведенный на вывод 4 А1. Поскольку этот ключ открылся, то и три других ключа болве низкого уровня (выводы 3, 2 и 1) так же будут открыты. Это значит, что напряжение на выводах 9, 1 и 2 D1 будет равно логическому нулю, на напряжение на выходе D1.1 - логической единице, которая поступает на вывод 12 D1.2 и переключает триггер в нулевое состояние. Уличный фонарь выключается и будет снова включен только тогда, когда напряжение на R1 упадет так, что ключ на выводе 2 А1 закроется.
Если нужно, чтобы с наступлением света, наоборот, что-то включалось, - нужно перекинуть левый (по схеме) вывод R6 с выхода D1.2 на выход D1.3.
Ширину диапазона между включением и выключение можно изменить, переставив перемычки П1 и П2 на другие выходы микросхемы А1, а чувствительность и средний порог срабатывания можно задать изменяя сопротивление R1.
Аналогичным образом можно сделать, например, терморегулятор, если фотодиод заменить каким-то теплочувствительным элементом, например, кремниевым диодом (VD1), а на выходе вместо лампы подключить ТЭН (нагреватель). Сопротивление обратно включенного диода уменьшается с нагреванием, и при снижении температуры ниже нижнего предела будет включаться нагреватель, который будет выключаться, когда температура достигает верхнего предела.
Вместо термодатчика или датчика света может быть установлен какой-то другой датчик, сопротивление которого меняется от изменения контролируемого им физического параметра. Например, можно контролировать уровень шума, если входную цепь выполнить так, как это сделано в Л.1 (используется входной предусилитель с микрофоном). Если же нужно наблюдать за изменением напряжения в какой-то цепи, нужно это напряжение подать на вывод 8 А1 через нормирующий делитель.
Резистором R1 регулируется общая чувствительность датчика. Сопротивление этого резистора зависит от сопротивления датчика (диода, фотодиода, терморезистора) и должно быть таким, чтобы максимальный уровень напряжения на выводе 8 А1 был не более 200mV (все выходные ключи микросхемы AN6884 открыты при напряжении на этом выводе более 167 mV). Сопротивление R1 может быть, в разных случаях, от одного до нескольких сотен kOm.
Если зависимость изменения сопротивления датчика противоположная (например, при повышении освещенности или температуры его сопротивление увеличивается), то меняется точка подключения левого вывода R6 (с выхода D1.2 - на выход D1.3, если с понижением параметра нужно что-то включать).
В практической схеме можно предусмотреть переключатели для выбора ширины контрольного диапазона (вместо П1 и П2), переключатель точки подключения левого вывода R6 (между выходами D1.2 и D1.3), а подстроечный резистор R1 можно дополнить последовательно включенным переменным резистором значительно меньшего сопротивления (для плавной установки среднего порога).
Тип реле К1 зависит от мощности нагрузки. Напряжение питания схемы может быть от 3 до 15V (если К1 требует большего напряжения, - его можно питать от другого источника).
Климов А.
Литература:
1. Климов А. Акустический датчик, ж. Радиоконструктор 10-2005, стр. 34.