Представленная в этой статье схема обеспечивает визуальную индикацию уровня входного напряжения относительно значений верхнего и нижнего порогов и может использоваться для быстрой разбраковки по критерию «годен» - «на границе допустимого» - «негоден». Для создания основанной на операционном усилителе (ОУ) схемы с индикацией трех режимов здесь используется модифицированный генератор с мостом Вина (Рисунок 1).
 |
|
| Рисунок 1. | Этот модифицированный генератор с мостом Вина имеет три выходных состояния – высокий уровень, низкий уровень и генерация, которые зависят от величины входного напряжения. Он управляет двухцветным светодиодом, обеспечивающим визуальную индикацию уровня входного напряжения относительно верхнего и нижнего порогов. |
Когда входное напряжение VIN выше первого порогового значения, напряжение на входе ОУ имеет высокий уровень. Если входное напряжение ниже второго порога, выходное напряжение ОУ будет низким. Для входных напряжений с уровнями, находящимися между двух порогов, операционный усилитель генерирует импульсы с размахом, равным полному диапазону его выходных напряжений.
Генерация также означает, что схема ОУ попеременно будет источником и приемником тока. Таким образом, подключение двухцветного зеленого/красного светодиода к выходу операционного усилителя может обеспечить визуальную индикацию диапазона входного напряжения. Двухцветный светодиод состоит из зеленого и красного светодиодов, имеющих противоположные полярности. Поэтому, когда ток вытекает из операционного усилителя (высокое напряжение выхода), будет гореть зеленый светодиод, а когда ток втекает в операционный усилитель (низкое напряжение выхода), будет гореть красный светодиод.
Для входных напряжений, меньших верхнего порога и больших нижнего порога, генерируемые выходные импульсы будут попеременно зажигать каждый светодиод. Однако частота колебаний достаточно велика, чтобы двухцветный светодиод воспринимался глазом не как два мигающих огонька, а как один источник постоянного желтоватого цвета. Поскольку коэффициент заполнения импульсов генератора зависит от входного напряжения, соотношение излучаемого красного и зеленого света и, следовательно, точный видимый оттенок желтого, будут зависеть от входного напряжения.
При входном напряжении, близком к верхней части окна генерации операционного усилителя, коэффициент заполнения будет близок к 100%, а свет, излучаемый двухцветным светодиодом, будет желто-зеленым. В нижней части коэффициент заполнения будет близок к 0%, и излучаемый свет будет красно-оранжевым. В середине окна генерации свет будет казаться чисто желтым.
Два устойчивых состояния схемы возникают, когда напряжение VIN достаточно велико, чтобы выходное напряжение операционного усилителя достигло своего максимального значения и оставалось на нем, или когда оно достаточно мало, чтобы выходное напряжение операционного усилителя достигло своего минимального значения и оставалось на нем. Порогам этих устойчивых условий соответствует такое напряжение в точке VSET, когда ток через инвертирующий вход операционного усилителя равен нулю. Тогда для порогового уровня выполняется соотношение:
 |
(1) |
где VOUT – минимальное или максимальное выходное напряжение ОУ.
Резисторы R1 и R2 образуют делитель напряжения, который совместно с R3 устанавливает пороги напряжений, в пределах которых окно генерации активно. Общее правило состоит в том, что чем больше сопротивление R3, тем уже диапазон входных напряжений для генерации. Для индивидуальной настройки схемы на желаемый рабочий диапазон резисторы R1 и R2 можно заменить потенциометром.
В изображенной схеме используется операционный усилитель LT1637 с максимальным выходным напряжением 5.36 В (при VCC = 6 В) и минимальным выходным напряжением 0.64 В. Подстановка этих значений в формулу дает верхнюю и нижнюю границы окна генерации 4.34 В и 3.15 В, соответственно. Эти минимальные и максимальные выходные напряжения, конечно, будут зависеть от VCC и могут отличаться, если используются другие операционные усилители.
Частота генерации зависит от постоянной времени RC-цепи R4, R5 и C1. Центральная частота окна генерации выражается формулой
 |
(2) |
что при использовании компонентов с указанными на схеме номиналами дает 32.15 Гц.
На Рисунке 2а показан отклик схемы на входное напряжение, линейно спадающее от 4.5 В до 3.0 В и поочередно включающее три режима работы схемы. Генерация ОУ начинается, когда входное напряжение VIN сравняется с максимальным значением VSET, и прекращается, когда VIN и VSET снова становятся равными при минимальном значении VSET.
 |
|
| Рисунок 2. | Линейно спадающее входное напряжение демонстрирует переключение схемы между тремя режимами работы для рассчитанных значений порогов (а) по мере падения входного напряжения (б) с уменьшением коэффициента заполнения импульсов тока через зеленый светодиод. |
На Рисунке 2б приведена зависимость тока зеленого светодиода от входного напряжения VIN. Зеленый светодиод горит, когда VIN выше 4.34 В, выключается, когда VIN ниже 3.15 В, и мигает, переключаясь между двумя уровнями напряжения, в соответствии с рассчитанными значениями порогов. Измерения показывают, что коэффициент заполнения импульсов генератора равен 78% в начале и 18% в конце окна генерации. Направление тока, проходящего через красный светодиод, противоположно току зеленого светодиода, поэтому, когда красный светодиод включен, зеленый светод иод выключен.
Номиналы резисторов R6, R7 и R8, ограничивающих токи светодиодов, выбраны в соответствии со спецификацией использованного здесь светодиода BRPG1204W компании Stanley Electric. Операционный усилитель был выбран из-за его способности работать с входными и питающими напряжениями в диапазоне до 44 В, что делает схему применимой для более высоких напряжений. Однако тогда токоограничивающие резисторы должны быть соответствующим образом масштабированы, чтобы не перегружать двухцветный светодиод.
Купить LT1637 на РадиоЛоцман.Цены
