Этот амперметр измеряет постоянный ток Icc (или Idc), протекающего через нагрузку с отображением его по шкале из десяти красных светодиодов от DL1 до DL10. Принцип работы прибора основывается на измерении падения напряжения на низкоомном резисторе (шунте),выполненом в виде печатного проводника RSC.
Кроме того, два светодиода DL11 (зеленый +) и DL12 (красный -) показывают полярность этого тока.
Единственные ограничения касаются напряжения питания прибора - которое должно быть от 6 до 25 В - и максимального измеряемого тока, который не должен превышать 10 А.
Принципиальная схема...
представлена на рис.3:
Измерение тока выполняется измерением падения напряжения на RCS. Как видно из рис.13 нагрузка CHARGE включена последовательно с шунтом RCS и при измерении тока появляется погрешность на величину сопротивления шунта.
Но т.к. сопротивление шунта равно примерно 5 мОм ( пять миллиом Ом) или 0,005 Ом, погрешность становится исчезающе мала.
Поскольку мы имеем дело с дифференциальными входными напряжениями, один из четырех операционных усилителей LM324 IC2-A сконфигурирован как дифференциальный усилитель с коэффициентом усиления 20. Он обеспечивает на выходе (вывод 8) изменение напряжения +/– 0,1 В для каждого изменения тока 1 А , проходящем через RCS. Триммер R9 (подстроечник) регулирует смещение в соответствии с входным напряжением,как показано на рисунках 6–11.
На ОУ IC2-D построен стабилизатор напряжения с опорным стабилитроном на 2,5В. Его выходное напряжение вычисляется по формуле Uвых=(1+R17/R16)Uоп.
При R16=680 Ом (0,68К);
R17=3,3K;
Uоп=2,5В;
Uвых=2,927В = 3В.
Это Uвых через R8 подается на неинвертирующий вывод IC2-A и компаратор напряжения на IC2-B, который определяет полярность тока. Если ток равен нулю (нагрузка отсутствует), на выходе IC2-A (вывод 8) мы получаем напряжение покоя, равное смещению, то есть 3В. Если оно отличается от нуля, на выводе 8 IC2-A мы получаем уменьшение или увеличение напряжения покоя, в зависимости от полярности тока.
При прохождении измеряемого тока через шунт RCS U+(падения напряжения) с точки А подается на инвертирующий вход IC2-A,что вызывает уменьшение Uвых<3В. Это напряжение, приложеное к выводу 2 компаратора IC2-B,вызывает появление отрицательного напряжения Uвых на его выходе,что вызывает зажигание светодиода DL1(+). При прохождении измеряемого тока с точки В к точке А ... приводит к зажиганию DL2(-).
Если уровень логического выхода IC2-B равен 1, транзистор TR1, к коллектору которого подключен ОУ IC2-C, открыт. ОУ IC2-C сконфигурирован как неинвертирующий буферерный усилитель, но при открытом транзисторе IC2-C работает как инвертирующий буфер.
Поэтому, независимо от полярности тока, входное напряжение на выводе 5 IC1 всегда положительно.
IC1 (LM3914) - это линейный вольтметр, способный зажигать 10 светодиодов в зависимости от входного напряжения.Его можно подключить в режиме бара - это когда отображается не один светодиод,соответствующий Uвх (точечный режим),а ряд светодиодов,начиная от LD1 до LDх. Для режима бара надо подключить контакт 9 IC1 к положительному источнику питания.
В данной схеме работает точечный режим,как самый экономичный.
Триммером R5 выставляется полная шкала прибора,т.е.при подаче,например, тока в 10А должен загореться светодиод DL10. Ничего не мешает настроить прибор на другие значения тока,сообразно рис.6-11.
Полную шкалу можно вычислить теоретически,используя контрольные точки ТР1 и ТР2: ТР2 определяет опорное значение, равное приблизительно 3В. Чтобы определить полную шкалу прибора, рассчитайте напряжение, которое должно присутствовать на TP1, по формуле:
VTP1=(0,1*Ifd)+VTP2, где Ifd ток полной шкалы
При напряжении VTP2 3 В (см. Выше) и параметре Ifd, например, 4 А, нам необходимо отрегулировать триммер R5, чтобы на TP1 было напряжение: (0,1 х 4) + 3 = 3,4 В.
Но это чистая теория из-за допусков компонентов! Что заставляет нас выбрать более простую настройку. Для этого см. процедуры регулировки на рисунках с 5 по 11.
Изготовление прибора...
не должно вызвать больших затруднении. Расположение элементов показано на рис.4а, а печатная плата в формате Sprint-Layout 6.0 находится в архиве.
Настройка прибора
Особенностью этого светодиодного амперметра является то, что вы можете выставить полную шкалу сообразно вашим потребностям от 1 до 10 А;
Для этого просто установите значение опорного напряжения на контрольной точке TP1, вычисленой по вышеприведеной формуле.
Однако перед настройкой выбранного диапазона шкалы вы должны отрегулировать смещение таким образом, чтобы при отсутствии нагрузки все светодиоды были выключены. Для этого достаточно подать только на амперметр (зажим Vcc и земля) напряжение от 6 до 25 В, не подключая к нему никакой нагрузки и многооборотным триммером R9 добиться,чтобы светодиоды DL1-DL10 не горели.
Как показано на рисунке 5, вам понадобится мультиметр (установленный в Vcc, полная шкала 2 A), источник питания (обеспечивающий постоянное напряжение от 6 до 25 В) и резистивная нагрузка (простой резистор 12 Ом) не менее 10-15 Вт мощности.
Примечание: это сопротивление нагревается во время испытаний, будьте осторожны, чтобы не обжечься.
Если вы подадите по схеме рис. 5 напряжение 12 В, вы получите ток 1В:R или 12:12=1А. С помощью триммера R5 добиваемся загорания светодиода LD1 и таким образом определяем нижний предел шкалы прибора.
LM3914 - это линейный вольтметр и, следовательно, однажды установив единичное значение шкалы, узнаем напряжение при котором загорятся все светодиоды. Достаточно умножить это значение на количество горящих светодиодов. Следуя шаг за шагом и с большим вниманием к рисункам с 6 по 11, вы выполните эти регулировки нижнего предела шкалы прибора.
Когда вы закончите настройку, особенно если вы выбрали полную шкалу 1 А, необходимо снова отрегулировать смещение: в этом случае отсоедините нагрузку и мультиметр и, если один или несколько светодиодов горят,триммером R9 добейтесь их погасания.
Как использовать свой светодиодный амперметр
Ваш амперметр измеряет интенсивность постоянного тока, потребляемого нагрузкой, и отображает его на линейке из десяти светодиодов: вы будете использовать его всякий раз, когда точное измерение в абсолютном значении не является существенным. Например, чтобы оценить токи зарядки и разрядки аккумулятора. Рисунки с 13 по 15 дают вам некоторые представления приложений:
Если вы подключаете свой амперметр к источнику питания без встроенного амперметра, см. рисунок 13: напряжение для подачи питания на ваш амперметр должно быть между 6 и 25 В и должно быть получено непосредственно от положительной ветви выпрямительного моста указанного источника питания. Однако нагрузка должна быть последовательно подключена к выходу источника питания и к входу амперметра в точках A-B.
Если вы теперь подключите свой амперметр к зарядному устройству, аккумулятору и нагрузке, как показано на рисунках 14-15, можно будет измерить ток, потребляемый зарядным устройством, и ток зарядки аккумулятора. В этом случае напряжение питания Vcc амперметра (между 6 и 25 В) может быть взято непосредственно с положительного выхода зарядного устройства.
Материал взят из французского журнала Electronique et Loisirs №97.
