У статті описана конструкція індикатора, який показує, в яку сторону і наскільки відхилилося значення контрольованого параметра. У пристрої передбачений вихід сигналу, що включає виконавчий механізм. Індикатор може бути легко перенастроєний для роботи в режимі вимірювача рівня сигналу.
Світлодіодний індикатор призначений для спостереження за відхиленням сигналу постійного струму від заданого значення в плюсову або мінусову сторону. Зібраний на шести світлодіодах, описуваний варіант пристрою показує по три градації відхилення від "нуля" в кожну сторону. Максимальне значення реєстрованого відхилення - +0,1 В. Напруга на входах не повинно перевищувати 3 В, в іншому випадку буде потрібно застосування вхідного аттенюатора. Вхідна опір індикатора - близько 6 кОм.
Індикатор є складовою частиною системи автоматичного підтримання заданої вологості ґрунту [1] і служить для спостереження за відхиленням її від оптимального значення.
Табло пристрою являє собою лінійку з шести світлодіодів, розміщених або горизонтально, або вертикально. У відсутність відхилення сигналу від заданого значення три правих (або верхніх) світлодіода в лінійці не світять, три інші - включені. При позитивному відхиленні сигналу число включених світлодіодів пропорційно збільшується, при негативному - зменшується.
Індикатор живиться стабілізованою двополярної напругою 2x12; споживаний струм - не більше 40 мА.
Схема індикатора показана на рис. 1. Контрольований вхідний сигнал подають на вхід А. До входу Б підводять зразкове напруга. Воно повинно бути високостабільним. Його встановлюють рівним номінальному значенню контрольованого напруги.
ОУ DA1 включений за схемою з паралельною негативною ОС. Таке включення ОУ рідко застосовують із-за присутності синфазної напруги на виході, але для індикатора це цілком допустимо. Синфазное напруга компенсують при налагодження пристрою.
На виході ОУ включений двуполярный емітерний повторювач на транзисторах VT1, VT2, вихідний сигнал якого через граничне пристрій (тригер Шмітта) керував роботою поливного клапана системи підтримки вологості грунту. Якщо пристрій буде використано тільки як індикатор, емітерний повторювач можна виключити.
Посилення по струму сигнал через резистор R5 надходить на ланцюг діодів VD1-VD5, виконують роль стабисторов. Падіння напруги на кожному діоді близько 0,6 В, чим і визначається "висота" сходинки індикації. Розподіл напруги в ланцюзі діодів залежить від співвідношення значень опору резисторів R7 і R8 і рівня вихідного сигналу ОП.
У вихідному стані в точці з'єднання діодів VD3 і VD4 повинно бути нульове напруга відносно загального проводу. Бази транзисторів VT3-VT5 знаходяться під позитивним напругою, тому транзистори VT3-VT5, а значить, і VT10-VT12 відкриті. Світлодіоди HL1-HL3 знеструмлені, так як вони шунтированы відкритим транзистором VT12.
До бази транзисторів VT7, VT8 докладено мінусове напруга, а VТ6 - нульове, тому вони закриті; закриті також транзистори VT13-VT15. Через транзистор VT12 і світлодіоди HL4 - HL6 протікає робочий струм - світлодіоди включені.
При збільшенні напруги на вході А вихідна напруга ОУ зменшується, точка нульової напруги переміщується вліво по ланцюгу діодів VD1 - VD5. Послідовно закриваються пари транзисторів VT5 і VT12, VT4 і VT11, VT3 і VT10, припиняючи шунтувати світлодіоди HL3, HL2 і HL1 відповідно. Тому світлодіоди включаються один за іншим.
При зменшенні напруги на вході А точка нульового потенціалу переміщується вправо по ланцюгу діодів, відкриваються пари транзисторів VT6 і VT13, VT7 і VT14, VT8 і VT15. Світлодіоди HL4, HL5 і HL6 один за одним гаснуть.
Світлодіоди в індикаторі включені послідовно. Струм через них підтримується постійним і рівним 10 мА стабілізатором струму на транзисторі VT9. Це зменшує навантаження на блок живлення і робить її постійною. Для управління кожним світлодіодом доводиться використовувати пару транзисторів, так як посилення одиночного транзистора тут недостатньо.
В журналі "Радіо" були опубліковані подібні світлодіодні вимірювачі рівня сигналу [2-5]. Деякі їх схемні рішення використані в описуваному пристрої. Відрізняється ж воно наявністю диференціального входу, більш високим і регульованим коефіцієнтом посилення, а також послідовним підключенням світлодіодів до джерела живлення, що розширює можливості застосування.
Всі деталі індикатора, крім світлодіодів, змонтовані на односторонньої друкованої платі товщиною 1 мм з фольгованого склотекстоліти. Креслення плати показаний на рис. 2. Плата виготовлена методом різання по лінійці різаком, виточеним на точилі. Чорні лінії на кресленні плати - це ділянки, де фольга зрізана. Безумовно, плату можна виконати і традиційним способом - травленням.
Діоди і більшість резисторів на платі встановлені "сторч". Світлодіоди змонтовані на лицьовій панелі і з платою зв'язані джгутом провідників.
Транзистори, які використовуються в індикаторі, можуть бути будь-якими малопотужними кремнієвими. Наприклад, замість КТ315Б (VT3-VT8) підійдуть транзистори старих типів МП113 (з коефіцієнтом һ21Э>45), а замість КТ502В (VT10 - VT15) - МП116 (һ21Э>20). Для цього, щоправда, доведеться дещо збільшити розміри монтажної плати. Транзистори VT1, VT2, VT9 повинні допускати напруга на колекторі не менше 30 Ст.
Діоди VD1-VD5 - будь-які малопотужні кремнієві. Застосування ОУ К140УД5 некритично - індикатор може працювати і з іншими ОУ, розрахованих на напругу живлення 2x15 Ст. Можна змінювати і кількість світлодіодів, і відповідно пар керуючих транзисторів.
Налагодження індикатора починають з початкової установки стану світлодіодів. Для цього входи А і Б з'єднують між собою і подають на них зразкове напруга. Його зазвичай формують з напруги живлення за допомогою додаткового стабілізатора і резистивного дільника (на схемі вони не показані). Досвідченим шляхом на ланцюга діодів VD1-VD5 знаходять оптимальну точку, до якої і підключають правий за схемою вивід резистора R5. Критерій вибору оптимальної точки - світлодіоди HL4-HL6 світять, а HL1-HL3 - вимкнені.
Потім відключають вхід А і подають на нього стабільну напругу, яке можна регулювати в межах +1...2 від значення зразкового. Джерелом цього напруги може служити ще один такий же дільник, але з перемінним резистором в одному з плечей. Встановлюють на вході А напруга, точно дорівнює зразковому, і підбирають резистор R8 таким, при якому для включення чергового світлодіода потрібно збільшити це напруга настільки, наскільки треба його зменшити для того, щоб, навпаки, виключити ще один з них. Від ретельності виконання цієї операції буде залежати достовірність індикації "нуля".
Необхідну чутливість індикатора встановлюють підбором резистора R3 в ланцюги негативною ОС ОУ.
Якщо треба використовувати індикатор в режимі вимірювання рівня сигналу, входи А і Б для налагодження з'єднують із загальним проводом і підключають резистор R5 до тієї точки ланцюги діодів VD1 - VD5, яка дає мінімальне число включених світлодіодів. Потім підбирають резистор R8 так, щоб світлодіод HL6 знаходився на кордоні початку світіння. Потім вхід Б залишають з'єднаний із загальним проводом, а на вхід А подають вимірюване плюсове напруга. При вхідному сигналі протилежній полярності входи міняють місцями. Чутливість індикатора змінюють підбіркою резистора R3. Якщо рівень вхідного сигналу досягає 3, можна обійтися без операційного підсилювача і емітерного повторювача. У цьому випадку джерело сигналу з внутрішнім опором не більше 2 кОм підключають до ланцюга діодів VD1-VD5 через резистор R5.
Література
Автор: Ю. Єгоров, р. Москва