Автор статті пропонує увазі читачів модернізований варіант колись популярного індикатора бортового напруги.
Опублікований майже десять років тому Е. Клімчуком індикатор бортового напруги автомобіля [1], на мою думку, досі залишається однією з найбільш вдалих конструкцій подібного призначення. Цей індикатор не вимагає переробки приладовій панелі автомобіля, свідчення легко "читаються". Прилад дозволяє достовірно судити про основні параметри роботи системи: акумуляторний батарея-стабілізатор напруги. Індикатор пропрацював на моєму автомобілі вже більше п'яти років, підтвердивши свою корисність, високу стабільність і надійність.
Тим не менш, якщо застосувати дещо інший принцип реалізації додаткових режимів роботи контрольної лампи і скористатися появою на ринку елементів, раніше малодоступних радіоаматорам, то з'явиться можливість помітно спростити індикатор, підвищивши його експлуатаційні якості, особливо при спільній роботі з термокомпенсированным стабілізатором напруги [2] Число мікросхем при цьому зменшується з трьох до одного, скорочується число пасивних елементів, допустимий інтервал напруги живлення розширився до 3...30 Ст.
Принципова схема індикатора напруги показана на рис. 1. Як і в прототипі, для організації чотирьох режимів роботи контрольної лампи застосовані два компаратора напруги на ОУ DA1.1 і DA1.2. Відмінність полягає в тому, що для отримання додаткової порогу перемикання верхнього за схемою компаратора використано не високий, а низький вихідний напруга нижнього за схемою компаратора. Підсилювач DA1.3 інвертує вихідний сигнал компаратора DA1.2.
Таким чином, у міру збільшення напруги на виводах акумуляторної батареї на виходах ОУ DA1.1 і DA1.3 послідовно формуються логічні комбінації 01, 11, 00 та 10.
На ОУ DA1.4 зібраний генератор прямокутних імпульсів, частота проходження яких залежить від номіналів ланцюга C2R15. "Гістерезис" напруги забезпечує позитивна ОС через резистор R14. Зазвичай у подібних генераторів "гістерезис" симетричний відносно напруги перемикання ОУ, що забезпечують застосуванням в дільнику напруги R11R12 однакового опору резисторів. При цьому шпаруватість імпульсів на виході генератора дорівнює двом.
При зміні співвідношення номіналів резисторів дільника "гістерезис", не змінюючи ширини петлі, перестає бути симетричним, а отже, час зарядки і розрядки конденсатора С2 виявляється неоднаковим, тобто змінюється шпаруватість імпульсів. Причому, якщо напруга перемикання компаратора перевищує половину напруги живлення, шпаруватість збільшується Цей принцип використаний для оперативного розпізнавання двох генераторних режимів роботи контрольної лампи.
Візуальна перевірка роботи індикатора показала, що при деякій оптимальної частоту генератора можна отримати два режиму: в одному - лампа періодично гасне, а в іншому - періодично включається. Помічено, що при значному зниження частоти згасання лампи (назвемо цей режим так) тривалість вимкненого стану лампи ставала такою, що зорової пам'яті порушувалася цілісність картини", інакше кажучи, процес переходу лампи з включеного стану у виключене і назад як би розбивався на окремі елементи. Це суб'єктивно робило обидва режими в чомусь схожими, і для визначення істинного потрібно на секунду-іншу зупинити погляд на індикаторі, зосередитися і визначити, що в роботі лампи більше - сума пауз або сума включень.
У той же час підбіркою частоти вдалося домогтися того, що обидва режими стали органічним продовженням сусідніх основних станів контрольної лампи - безперервного світіння і повного його відсутності.
Так, якщо при включеному запаленні, але при вимкненому стартері і непрацюючому двигуні (положення I замка запалювання), лампа постійно горить, це говорить про те, що батарея акумуляторів, якщо і розряджена, то в міру.
Якщо ж у постійному світлі лампи з'являються провали яскравості, батарея потребує підзарядки.
Аналогічна картина спостерігається і при працюючому двигуні. Якщо напруга, виробляється генератором, знаходиться в допустимих межах, лампа вимкнена і не відволікає водія. Як тільки напруга перевищить небезпечний для електрообладнання рівень, почнуться рівномірні короткі спалахи контрольної лампи.
Природно, все сказане справедливо при відповідному виборі порогів компарирования, тобто значень напруги, при яких відбувається зміна режимів індикації. При вказаних на схемі номіналах резисторів R2, R4 і R9 ці пороги приблизно рівні 12,2, 13,6 і 14,4 Ст.
Слід, однак, зауважити, що значення частоти генератора все ж неоднакові, хоча і відповідають сприятливому для психологічного сприйняття поєднанню. Так, частота згасання лампи дещо менше частоти включення (при зазначених на схемі номіналах пасивних елементів - близько 1,2 і 1,5 Гц відповідно).
Перемикання режимів роботи генератора відбувається в результаті зміни полярності напруги на дільнику R11R12-рівні 01 і 10 на виходах ОУ DA1.1 і DA1.3. Якщо вихідні рівні збігаються (11 00), генератор загальмований і ОУ DA1.4 працює повторювачем напруги, тобто на його виході або високе або низьке напруга. При роботі без навантаження генератор може порушуватися на паразитної частоті.
На транзисторі VT1 зібраний підсилювач струму, навантажений індикаторною лампою розжарювання. У разі застосування замість лампи світлодіода його включають безпосередньо між резистором R16 і загальним проводом, анодом до резистору.
Кілька слів необхідно сказати про "гистерезисе" порогів компарирования. Як і у вихідної конструкції, його можна регулювати зміною співвідношення значень опору резисторів дільників R6R8 і R7R10. Однак розглянутий індикатор має особливість, пов'язану із зміною навантаження генератора на ОП DA1.4. В залежності від режиму вихідний струм генератора може змінюватися від кількох мікроампер до декількох міліампер. Це призводить до зміни падіння напруги на резисторі R13 згладжуючого фільтра C1R13 і, отже, порогових значень напруги. Подібний ефект, хоча і слабо виражений, спостерігався і у прототипу [1].
При вказаних на схемі номіналах деталей "гістерезис" першого і третього порогів компарирования не перевищує 20 мВ, а другого - близько 250 мВ! Пояснюється це тим, що середній споживаний струм в генераторних і сусідніх з ними основних режимах приблизно однаковий, так і пульсації напруги добре придушуються фільтром C1R13.
Значно зменшити "гістерезис" другого порога компарирования (до значення менш 40 мВ) доволі просто - достатньо плюсової висновок напруги живлення операційних підсилювачів (висновок 4) підключити до правого (за схемою) висновку резистора R13. Тим не менше я не став цього робити, оскільки подібна неоднаковість здалася мені навіть краще.
Справа в тому, що другий поріг компарирования розділяє два, загалом-то, нормальних стану електрообладнання. З іншого боку, можливі незначні коливання напруги в бортовій мережі поблизу цього порогу (на холостих обертах двигуна або при слабкому натягу ременя приводу генератора), що з урахуванням теплової інерційності лампи ускладнює "зчитування" інформації. В водночас малий "гістерезис" крайніх значень контрольованого напруги забезпечує високу точність контролю, що особливо важливо при визначенні ступінь розрядженості акумуляторної батареї.
Замість мікросхеми LM324DP в індикаторі можна використовувати вітчизняний аналог К1401УД2, необхідно лише мати на увазі, що він має протилежне розташування виводів живлення: на 4 висновок потрібно подавати -Uжив а на висновок 11 - +Uжив [3]. Складовою транзистор VT1 може бути замінений звичайним із серій КТ815 або КТ817. Стабілітрон VD1 - будь на напругу стабілізації 4,7 7,5 В... (наприклад, КС147Г, КС156Г, KC168A). Конденсатор C1 бажано застосувати танталовий (К53-1А, К53-18 та ін). Конденсатор C2 (К73-17 на номінальну напруга 63 В) слід вибрати з можливо меншим температурним коефіцієнтом ємності.
Всі деталі індикатора змонтовані на друкованій платі з фольгованого склотекстоліти товщиною 1,5 мм Креслення плати представлений на рис. 2. Плату поміщають в пластмасову коробку, яку кріплять за панеллю приладів.
Налагодження індикатора полягає в установці порогів компарирования підбіркою резисторів R2, R4 і R9. Як це зробити, детально розказано в [1]. Зазначу тільки, що вважаю за доцільне відмовитися від використання підлаштування резисторів. Як показала практика експлуатації індикатора, необхідності в підстроювання порогів напруги не виникає.
На закінчення залишається додати, що незайвим буде спробувати трохи змінити частоту генератора для приведення алгоритму індикації в більш повне відповідність з індивідуальними особливостями сприйняття. Виконувати це бажано з лампою того ж типу, з якою буде працювати індикатор.
Література
Автор: А. Мартем'янов, р. Сіверськ Томської обл.