LM3914

L'INTEGRATO LM3914 - BARRA LED

Per chi non sapesse di cosa si tratta diciamo che è l’integrato per eccellenza utilizzato nella realizzazione di barre a LED per misure di livelli di tensione entro un certo range abbinando ad ognuno dei 10 LED un decimo del range stesso.

Per comprendere il funzionamento dell’integrato LM3914 bisogna far riferimento al seguente circuito equivalente:

Anche LM3915 viene utilizzato nello stesso modo ma la scala della barra LED invece che lineare è logaritmica.

La linearità della scala del 3914 è dovuta alla catena di resistenze tutte uguali da 1 K; nel 3915 hanno tutte valori diversi tali da garantire la risposta logaritmica.

Osservando il circuito di cui sopra, si nota che ogni operazionale comanda un suo LED e si evince che, essendo l’anodo dei LED tutti al +Vcc, ogni uscita dovrà andare a potenziale di massa per accendere il LED ad essa connesso.

Ciò significa che ogni ingresso invertente (-) dovrà superare il valore di tensione fissato sull’ingresso non invertente (+) per mandare la corrispondente uscita a massa per accendere il LED.

Si osserva che l’inizio della catena delle resistenze da 1K è sul pin 4 e la fine sul pin 6. Ne consegue che la tensione d’ingresso che dovrà accendere il primo LED dovrà essere superiore a quella fissata sul pin 4 mentre per accendere il decimo LED la tensione d’ingresso dovrà essere superiore a quella fissata sul pin 6.

Pertanto l’incremento di tensione in ingresso per passare dall’accensione di un LED all’altro, sarà (Vpin6 - Vpin4)/10.

Ad esempio se fisso pin 4 (Vmin) a massa e pin 6 (Vmax) a 10V il primo led si accenderà a 1 V e il decimo a 10V.

Si intuisce che la tensione sul pin 6 e sul pin 4 si possa fissare a piacere secondo le esigenze del caso.

La tensione sul pin 6 in genere si ottiene attraverso la Vout del pin 7 pertanto i pin 6 e 7 sono quasi sempre utilizzati uniti fra loro.

Osservando la figura di cui sopra, riferita ai pin 7 e 8, si deduce che attraverso valori opportuni di R1 e R2 si ottengono Vout secondo le esigenze per il pin 6.

Il valore di R1 non si discosta molto da 1 o 1,2 Kohm perché è pure la resistenza che fissa la corrente in ogni singolo LED.

In genere nei LED classici la corrente sufficiente per una corretta illuminazione è circa 10 mA pertanto applicando la formula prevista (vedi Fig2 qui sopra) R1= 12.5 / 10^-3 = 1250 Ohm valore commerciale 1,2K (con una R da 1K la corrente nei LED sarà 12,5mA).

Applicando la formula indicata nella figura 2 per il calcolo della Vout si è trascurata la corrente uscente dal pin 8 che al massimo è circa 120 uA cioè circa la decima parte di quella dovuta ad R1.

Per chi volesse tenerne conto deve aggiungere a Vout anche la caduta R2 x 120uA.

Ovviamente più basso è il valore di R2 meno errore commetto anche se trascuro la corrente da 120uA.

In genere la R2 non si usa mai di valore fisso ma si inserisce anche una parte variabile con trimmer per aggiustare in modo più preciso il valore di Vout necessaria al pin 6 (Vmax).

Per impostare sul pin 4 una data tensione si sfrutta la corrente proveniente dalla catena resisteva delle 1K interne alimentate a tensione costante proveniente da Vout pin 7 collegato sul pin 6; anche qui si usa in genere un secondo trimmer per fissare adeguatamente il valore sul pin 4 (Vmin).

Facciamo un esempio pratico per dimensionare R1 R2 e la R sul pin 4 supponendo di voler realizzare una barra LED per controllare la tensione di due batterie da 12V nominali in serie.

Dobbiamo prima definire la minima e massima tensione che può assumere la serie di due batterie.

Una batteria efficiente da 12V nominali è pienamente carica a 14,2V e completamente scarica a 10,8V; ne consegue che due in serie daranno

Vamx= 28,4V e Vmin = 21,6V pertanto possiamo definire il range leggermente maggiore scegliendo vmax 29V e Vmin 20V cioè avremo acceso il primo LED L1 quando Vbat=20V e L10 quando Vbat = 29V.

Essendo l’LM3914 alimentato con stabilizzatore LM7812 non posso usare la Vbat diretta come Vin ma la devo abbassare con un partitore.

Il criterio per determinare questo partitore è quello di abbassare il livello di Vmax sul pin 6 = Vout non eccessivi così da calcolare una R2 non tanto alta e poter trascurare la corrente del pin 8.

Con il partitore fatto da due R da 12K e una da 4K7 sull’ingresso avremo

Vin max = 4,75V con Vbat a 29V e Vin min = 3,27V con Vbat a 20V.

Ne consegue che la Vout sul pin 7 da mandare al pin 6 sia 4,75V e la tensione minima sul pin 4 sia 3,27V.

Imponendo R1= 1K si impone la corrente del LED pari a circa 12,5 mA.

Dalla formula di figura 2 per calcolare Vout si può ricavare R2 che sarà

R2=[(Vout/1,25)-1]x R1 sostituendo si ha R2= 2,8 x 1K = 2,8K

Scelgo pertanto un trimmer da 5K che regolerò per avere i 4,75V sul pin 7-6 cioè L10 acceso quando Vbat = 29V.

Sul pin 4 devo avere una tensione che si calcola

Vpin4= Vmin - (Vmax-Vmin)/10 che sarà 3,27V - (4,75-3,27)/10 = 3,27-0,148 = 3,122V e si ottiene come caduta di tensione su una opportuna R messa tra il pin 4 e massa percorsa dalla stessa corrente che scorre nella catena delle 1K alimentate sul pin 6 a 4,75V.

Pertanto la corrente è (4,75-3,122)/10K = 0,1623 mA. (10K perché sono 10 resistenze da 1K)

La R da mettere sul pin 4 affinché faccia una caduta di 3,122V sarà

R = 3,122/0,1623 =19,17 Kohm.

Si metterà una resistenza fissa da 15 K e un trimmer da 10K da regolare per avere quanto necessario.

Il pin 9 se lasciato libero o a massa determina l'accensione di un LED per volta, se il pin 9 viene collegato a Vcc i led si accenderanno creando una barra.

INDICATORE A LED PER GALLEGGIANTE

Richiesta: " .. un circuito che faccia accendere otto o dieci led partendo dal primo fino all'ultimo o viceversa in modo da visualizzare la corsa del potenziometro, il quale sarà poi azionato da un galleggiante cosi da monitorare il livello di acqua in una vasca... "

Regolare T1 per avere circa 10,5V sul pin 7 poi fare tutta l'escursione del potenziometro che dovrebbe andare dal led 1 al 10 eventualmente ritoccare T1 per l'ultimo led.

Volendo far lampeggiare tutti i led all'accensione del decimo led