Амперметр на линейке светодиодов

Так получилось, что в одном часто используемом блоке питания нет встроенного амперметра. Но надо знать, не возникло ли случайно короткое замыкание во время паяльных работ, причём не хочется постоянно дёргать мультиметр. Так был создан небольшой простой LED амперметр. Показания прибора не обязательно должны быть точными – достаточно диапазона до 1 А с разрешением 100 мА. Также хотелось, чтобы новый амперметр не нуждался во внешнем источнике питания – он питается от того же источника, что и потребитель, и не требует дополнительных проводов.

Как работает схема А-метра

Интегральная микросхема LM3914 представляет собой параллельный аналого-цифровой преобразователь. Он состоит из десяти компараторов, чьи инвертирующие входы подключены к измеряемому напряжению, а неинвертирующие входы к резисторной линейке, которая устанавливает пороги переключения для компараторов. Можно подключить напряжение к обоим концам линейки в соответствии с потребностями в широком приемлемом диапазоне. Кроме того, LM3914 оснащена источником опорного напряжения.

По сути, LM3914 – это вольтметр. Так как же измерить ток с помощью вольтметра? Все очень просто. Нам нужен только один резистор! Закон Ома гласит, что U = IR. Пусть сопротивление, например, равно 1 Ом. Тогда U = I, то есть сколько ампер протечет через этот резистор, столько вольт будет падать на нем. Проблема в том, что когда у нас есть напряжение питания 5 В и протекает ток 1 А, тогда на резисторе будет падение напряжения до 1 В, поэтому на потребитель будет подаваться только 4 В.

Решение: использовать резистор 0,1R. Тогда U = 0,1I. В такой ситуации при 5 В резистор амперметра «съест» всего 0,1 В, а для нагрузки останется 4,9 В. Можно пойти еще дальше и дать резистор 0,01R. Тогда при токе 1 А падение напряжения будет всего 0,01 В, а на потребитель пойдёт 4,99 В. Но увлекшись манией минимизации измерительного резистора, может оказаться что преобразователь не сможет распознать такое низкое напряжение и придется использовать усилитель. Еще может оказаться, что сопротивление дорожек и кабелей будет больше измерительного резистора! Да и температурная стабильность будет плохой. Поэтому использовался металлизированный резистор 0,1R с допуском 1%.

Каждому аналого-цифровому преобразователю, независимо от его типа, требуется три напряжения:

1. напряжение питания – согласно документации может подаваться напряжением от 3 В до 25 В. Никакой дополнительной линии не требуется. Амперметр и схема с питанием получают ток от одного источника.
2. измеряемое напряжение – создается на измерительном резисторе, описанном выше. Напряжение 100 мВ соответствует 1 А.
3. опорное напряжение – стандарт, от которого измеритель сравнивает измеренное напряжение. LM3914 имеет встроенный источник 1,25 В, а его контакты находятся на REF OUT (плюс) и REF ADJ (минус). REF ADJ должен быть «заякорен», например, в делителе двух резисторов, как указано в документации, или подключен непосредственно к земле. Тут выбран второй вариант. В результате напряжение между REF OUT и землей составляет 1,25 В независимо от напряжения питания. Однако для справки нам нужно 0,1 В, а не 1,25 В. Более того, неизвестно, действительно ли измерительный резистор равен 0,1R, поскольку его производственный допуск составляет 1%. Регулировка опорного напряжения проводится с помощью потенциометра. Для этого нужно подключить измеритель к источнику питания и подать что-нибудь на 1 А. Затем выставляем потенциометр так, чтобы загорелось 10 светодиодов.

Вывод REF OUT также используется для регулировки яркости светодиодов. Красные светодиоды лучше всего светят при разумном энергопотреблении, когда сопротивление потенциометра составляет 4,7 кОм. Это важно – ведь ток, протекающий через потенциометр, регулирует яркость светодиодов. При использовании потенциометра большего номинала, например 10 кОм, необходимо будет припаять резистор вместо R3 для загрузки REF OUT так, чтобы эквивалентное сопротивление R3 и потенциометра было около 4,7 кОм.

Сверху припаяны три контактных пина – вставляю их в блок питания или гнездо аккумулятора. Средний штифт – плюс, а два внешних – масса. Благодаря такой симметрии невозможно соединить наоборот. Чуть ниже расположены два разъёма, предназначенные для питания измеряемых цепей. Как видите, этот амперметр отлично подходит на блок питания или аккумулятор.

Десять светодиодов показывают текущую силу тока. Каждый LED на деление 0,1 А.

Есть вариант, что вместо линейки светодиодов загорается только один из них. Это описано в документации как режим полосы и режим точек. Если кто-то хочет, чтобы вместо ряда светодиодов загорелся один светодиод, достаточно не устанавливать резистор R4.