СВЕТОДИОДНАЯ ШКАЛА НА К1003ПП1
А. ПАХОМОВ, г. Зерноград Ростовской обл.
Автор этой статьи предпринял попытку уменьшить ток, потребляемый светодиодной шкалой, без ухудшения читаемости ее показаний. Выбранный способ отображения информации отличается от традиционных и, возможно, найдет применение в любительских разработках.
Шкальные светодиодные индикаторы находят широкое применение в бытовой и профессиональной радиоаппаратуре. Схемотехника приборов обеспечивает построение шкалы в двух разновидностях. В первой из них при наличии входного сигнала высвечивается сплошная линейка светодиодов. При изменении уровня сигнала соответственно меняется длина светящей части линейки, В шкалах второго вида в каждый момент светит лишь один светодиод, положение которого в линейке соответствует текущему уровню сигнала.
И та, и другая разновидности шкалы имеют свои плюсы и минусы. Первую легче "читать", но она потребляет большой ток, увеличивающийся с ростом уровня входного сигнала. Уменьшить энергопотребление можно путем перехода на динамический режим индикации, но он существенно усложняет устройство управления и поэтому применяется редко.
Индикаторы со шкалой второго вида весьма экономичны, поскольку всегда включен только один светодиод. Но считывать информацию по такой шкале труднее, особенно при плохом внешнем освещении - необходимо зрительно отмечать, насколько отстоит светящая точка от начала шкалы. Конечно, этот недостаток можно попытаться преодолеть, например, дополнительной подсветкой шкалы, но тогда устройство теряет свое основное достоинство - экономичность.
Описываемый здесь вариант шкалы - промежуточный между рассмотренными выше. Суть его в том, что вся шкала разделена на несколько участков, переключаемых дискретно. Наиболее удобна шкала с тремя участками, соответственно индицирующими нижний (недогрузка), средний (норма) и верхний (перегрузка) уровни сигнала. Каждый участок представлен несколькими светодиодами и работает как шкала первого вида. Кроме того, участки имеют свой цвет свечения, например, низкий уровень - желтый, средний - зеленый, верхний - красный.
В процессе работы участки шкалы переключаются так, что участок с низким уровнем сигнала, как незначащий, отключается, как только напряжение сигнала, увеличиваясь, становится соответствующим участку с более высоким уровнем.
Об уровне сигнала судят по цвету и длине включенного участка. Эти два визуальных фактора обеспечивают однозначность и удобство считывания информации, достигаемые практически без усложнения схемы устройства управления.
Реализация предложенного варианта шкалы может быть различной, но устройство будет наиболее простым, если использовать готовый аналого-кодовый преобразователь - микросхему К1003ПП1. К тому же она обеспечивает дополнительные удобства - регулирование яркости, установку минимального и максимального образцовых уровней. Один из примеров применения преобразователя К1003ПП1 описан в [1].
Предлагаемый вариант шкалы имеет девять регистрируемых уровней и питается от источника напряжения 12 В, потребляя ток не более 15 мА. Входное напряжение, обеспечивающее полную засветку участка верхнего уровня, - наибольшее индицируемое напряжение - 0,6...0,7 В. Входное сопротивление - несколько мегаом.
Схема шкалы изображена на рисунке. Там же упрощенно показана внутренняя структура преобразователя К1003ПП1, а именно - одна из групп усилителей тока, состоящая из четырех транзисторов. Все выходные транзисторы - с открытым коллектором, а светодиоды, служащие их нагрузкой, образуют последовательную цепь. При обычной работе по мере увеличения входного сигнала транзисторы поочередно открываются, включая соответствующие светодиоды.
Структура микросхемы позволяет легко разделить шкалу на три участка, а последовательное соединение светодиодов в каждой группе - без дополнительных затрат реализовать требуемый алгоритм переключения участков: для этого достаточно просто не устанавливать последний светодиод в каждой группе. При увеличении уровня сигнала до некоторого промежуточного значения, соответствующего переходу на следующий уровень, открывается последний (четвертый) транзистор группы, не имеющий нагрузки. Тем самым разрывается цепь питания всей группы светодиодов и она выключается.
Участок третьего уровня отключаться не должен, поэтому из него удален не последний, а первый светодиод. Питание к этому участку поступает через цепь VD3R5, при этом диод VD3 имитирует по нелинейному сопротивлению отсутствующий светодиод. Так как сила света "красных" светодиодов вдвое больше (и на глаз они кажутся ярче), чем "зеленых" или "желтых", резистор R5 сглаживает эту разницу.
Необходимо отметить, что из-за неполноты линейки светодиодов (выводы 12 и 8 микросхемы оставлены свободными) три из двенадцати дискретов уровня входного сигнала табло не отображает - все светодиоды оказываются выключенными. При индикации динамично изменяющегося уровня сигнала эта особенность почти не проявляется, а для работы с медленно меняющимся входным напряжением такая шкала может оказаться непригодной.
Вместо микросхемы К1003ПП1 можно применить зарубежную UAA180, при этом потребляемый ток уменьшится на 5...7 мД. В шкале использованы миниатюрные светодиоды рассеянного излучения серии КИПД05 с номинальным током 5 мА. Их можно заменить, например, мнемоническими серии КИПМ или любыми другими соответствующего цвета свечения и с достаточной яркостью.
Наибольшее индицируемое напряжение шкалы устанавливают соответствующим выбором нижнего и верхнего образцовых уровней. Представленная схема соответствует максимальному его значению, что обеспечено соединением вывода 16 преобразователя DA1 с общим проводом и вывода 3 с делителем R1 R4. Уровень этого напряжения легко уменьшить - либо внешним входным делителем, либо увеличением сопротивления резистора R4.
Диоды VD1, VD2 ограничивают напряжение на сигнальном входе микросхемы на уровне примерно 1 В, тем самым защищая ее от выхода из строя при случайных выбросах входного напряжения (максимально допустимый уровень - 6 В). При другом уровне наибольшего индицируемого напряжения, выбранном резистором R4, следует соответственно изменить число защитных диодов на входе или заменить их стабилитроном на напряжение стабилизации, чуть большее этого уровня.
Подстроенным резистором R3 регулируют яркость свечения светодиодов, от этого зависит и потребляемый шкалой ток. Экономичному режиму соответствует ток через светодиоды 4...5 мА.
Налаживания индикатор практически не требует. Надо только при трех включенных светодиодах первой или второй группы резистором R3 установить требуемую яркость свечения.
Малый потребляемый ток, большое входное сопротивление и высокая чувствительность позволяют использовать предложенное устройство как базовое для построения самых разных индикаторов как в стационарной, так и в переносной аппаратуре. Например, для изготовления индикатора уровня записи магнитофона или выходной мощности усилителя НЧ следует дополнить устройство простейшим выпрямителем с логарифмической характеристикой, как это сделано в [2]. Для индикатора сетевого напряжения потребуются входной делитель напряжения и линейный выпрямитель. Установив на входе соответствующий преобразователь, вы получите удобные тахометр, термометр, уровнемер и т. п.
В заключение следует отметить благоприятную особенность индикатора - при музыкальном входном сигнале шкала создает интересный визуальный эффект переливающейся цветной змейки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Смирнов В. Вольтметр на К1003ПП1. - Радио,1999,№ 6,с.37.
2. Янко Б., Потапова Л. Комбинированный индикатор выходной мощности усилителя ЗЧ.- Радио,1987, No 8, с. 32,33.
Радио 3/2001, с.43-44.