Вольтметри – індикатори на світлодіодах

Вольтметри  – індикатори на світлодіодах

Вольтметри, похибка вимірювання  яких перевищує 4%, належать до групи  індикаторів. Вольтметри-індикатори можна виготовити без застосування дорогих приладів, використовуючи світловипромінюючі елементи – неонові лампи, люмінесцентні світлодіоди та рідкокристалічні індикатори.

 

Високоомні вольтметри-індикатори допускається використовувати при ремонті більшості радіоапаратів, так як розкид режимів по напрузі до 10%, як правило, не погіршує технічних характеристик пристрою.

 

 Для вимірювання напруги  на цифрових мікросхемах, що  живляться від джерела струму  напругою +5 В, можна використовувати  вольтметр-індикатор, схема якого показана на рис. 1, а. Індикація напруги здійснюється шістьма світлодіодами в межах 1,2-4,2 В через кожні 0,6 В. Вхідний опір індикатора не менше 20 кОм, напруга живлення +5 В, струм споживання при випромінюючих світлодіодах – близько 60 мА.

 

У індикаторі використаний принцип  роботи, що полягає у фіксації падінь напруг на переходах база-емітер транзисторів і прямих падінь напруг на діодах, які  дорівнюють 0,6 В на кожному елементі.

 

 Індикатор зібраний  на транзисторах VT1-VT7 і світлодіодах HL1-HL6, Для збільшення вхідного опору приладу призначений транзистор VT1, включений за схемою емітерного повторювача. При напрузі на вході менше 1,2 У транзистори VT1-VT7 закриті і світлодіоди HL1-HL6 погашені. Якщо напруга на вході трохи перевищує 1,2 В, утворюється ланцюг струму через бази транзисторів VT1, VT2 і світлодіод HL1 загоряється. Подальше підвищення напруги на 0,6 В призводить до утворення додаткової ланцюга струму через діод VD1, резистор R3 і перехід база – емітер транзистора VT3 і включенню світлодіода HL2. Аналогічно включаються й інші світлодіоди при підвищенні напруги на вході до 4,2 В.

 

 Якщо у вхідні ланцюг  підключити стабілітрон в стабілізуючому напрямку, індикатором можна буде вимірювати напруги, починаючи з напруги стабілізації стабілітрона. Таким індикатором зручно контролювати напруга акумуляторної батареї. При збільшенні напруги живлення необхідно використовувати резистор R8 на більший опір.

 

 Для індикатора можна  застосовувати транзистори КТ315 (будь-які із серії) зі статичним коефіцієнтом передачі струму 50 … 60, діоди із серії КД102, кд103.

Вольтметр-індикатор зібраний в пластмасовому корпусі авторучки (рис. 1,6), внутрішня частина якої вилучена, і на її місце встановлена ??монтажна плата, вирізана з стеклотекстолита товщиною 1 мм. У нижній частини плати поміщений контакт з спіральної пружини, що стосується вимірювальної голки, закріпленої за допомогою епоксидного компаунда в торці корпусу. Вище пружинного контакту на платі встановлено шість світлодіодів і інші елементи індикатора. Верхня частина монтажної плати закінчується штирем з гвинта МОЗ довжиною 25 мм, на якій в неробочому положенні індикатора намотані проводу марки МГТФ-0, 12 для підключення харчування. Для зручності включення індикатора до проводів живлення припаяні пружинні мініатюрні затискачі (рис. 1, б).

 

 З'єднання елементів виконують проводом ПЕЛШО 0,12 або ПЗВ-2 0,12. Після перевірки працездатності індикатора монтажну плату з боку висновків елементів слід залити епоксидним компаундом. У корпусі навпроти світлодіодів потрібно просвердлити отвір діаметром 2,5 мм, біля яких вигравіювати цифри, що відповідають значенням напруги світіння світлодіодів.

 

 Налагодження індикатора  зводиться до добірки світлодіодів з однаковою яскравістю світіння.

 

 Для зменшення часу  ремонту складної електронної  апаратури доцільно при її розробки або модернізації передбачити індикатор режимів роботи, за допомогою якого можна оперативно перевірити режими по постійному струмі всіх вузлів пристрою. Схема одного з варіантів такого індикатора показана на рис. 2. Вхідний струм індикатора 0,1 мА, напруга живлення 10 В, струм споживання від джерела живлення не більше 10 мА.

 

Пристрій містить вимірювальний  міст на резисторах R4-R6 і транзисторі VT1, у діагональ якого включені світлодіоди HL1 і HL2. За балансу мосту, коли опір транзистора еквівалентно 1 кОм, напруга на світлодіодах відсутній і вони погашені. Якщо контрольоване напруга перевищує встановлене значення, транзистор VT1 буде відкритий і світлодіод HL2 світиться. Знижений контрольоване напруга призводить до закривання транзистора VT1 н світінню світлодіода HL1.

 

 Для зменшення розмірів індикатора замість перемикача SA1 можна використовувати фольговані провідники плати, форма яких повинна відповідати показаної на схемою. При контролі режимів роботи кінцем викрутки по черзі замикають провідники, з'єднані з вхідними резисторами R1-Rn з провідником, підключеним до бази транзистора. Вхідні резистори розраховують виходячи із значення контрольованого напруги – 10 кОм на 1 В, за умови, що статичний коефіцієнт передачі струму транзистора VT1 дорівнює 50. У цьому випадку встановлюється баланс вимірювального моста і світлодіоди погашені.

 

 Для індикатора слід  застосовувати світлодіоди, які дають достатню яскравість свічення при струмі 5 мА.

 

 

 

Индикаторы  отказа элементов схем

Для захисту радіоелектронного  обладнання від струмових перевантажень  використовують плавкі і теплові  запобіжники з використанням  біметалу або елементів з пам'яттю форми, а також напівпровідникові  запобіжники з самовідновленням. Своєчасна реакція на спрацювання  системи захисту радіоелектронного  і електросилового обладнання дозволить  попередити розвиток аварійної ситуації, усунути причину несправності.

При спрацьовуванні елементів  захисту для оперативного встановлення причин несправності або оповіщення обслуговуючого персоналу про наявність  аварійної ситуації використовують візуальні, звукові та аудіовізуальні індикатори відмови елементів схем. Найбільш часто такі пристрої використовують для індикації перегоряння запобіжників.

 

 Пристрій (рис. 8.1) для контролю напруги [8.1] дозволяє відображати наявність напруги постійного струму, а також факт перегорання запобіжника.

  Рис. 8.1. Схема індикатора  напруги - індикатора перегорання  запобіжника

При штатному режимі роботи запобіжник шунтує ланцюг, що складається  з резистора R1 і світлодіода HL1 червоного  кольору світіння. Паралельно до джерела  живлення та навантаження

підключений ланцюг зі світлодіода HL2 зеленого кольору світіння та струмообмежувального резистора R2.

При перегорянні запобіжника, у випадку, коли опір навантаження багато менше опору резистора R2, навантаження шунтує ланцюг зі світлодіода HL2 і резистора R2. Світиться лише світлодіод HL1 червоного  кольору. При одночасному перегорянні  запобіжника та обриві навантаження до джерела живлення виявляється  підключеним послідовний ланцюг з резисторів R1 і R2 і світлодіодів HL1 і HL2. Обидва світлодіоди світяться  неяскравим світлом.

При використанні схеми на змінному струмі зустрічно-паралельно світлодіодам слід вімкнути захисні  слабкострумові діоди, наприклад, КД102.

Одна зі найпростіших схем, що дозволяє констатувати факт перегорання  запобіжника в ланцюгах як постійного, так і змінного струму [8.2], показана на рис. 8.2. Вона складається з елементів, включених паралельно до запобіжнику: резистора R1, що обмежує максимальний струм; діода VD1, що захищає індикатор  від неправильного підключення  до джерела живлення або зворотної  напруги при роботі пристрою на змінному струмі і, власне, самого індикуючого  елемента - світлодіода HL1. При потужності навантаження більше 15 Вт і постійній  напрузі понад 27 В опір резистора (кОм) можна наближено визначити  як частку вiд ділення величини живлячої напруги (В) на робочий струм світлодіода (мА).

 

 Рис. 8.2. Схема сигналізатора перегорання запобіжника в ланцюзі постійного струму.

 При струмі через світлодіод 10 ... 20 мА величина цього опору (кОм) приблизно дорівнює 50 ... 10011ПІТ (В). При малих напругах в розрахунках слід враховувати, що на світлодіоді падає напруга близько 2 В, на діоді - 0,5 ... 0,7 В.

При роботі сигналізатора  на змінному струмі величину опору  слід зменшити вдвічі.

 Недостатком данного  сигнализатора, как, впрочем, и  многих остальных, является то, что светодиод не светится  при наличии высокоомной нагрузки  или обрыве в цепи нагрузки.

 Схема индикатора перегорания  предохранителя в цепи постоянного  тока [8.3] приведена на рис. 8.3. Его  основой служит двухцветный светодиод  АЛС331А.

 Рис. 8.3. Схема індикатора перегорання запобіжника в ланцюзі постійного струму на двокольоровому світлодіоді.

 Поки запобіжник FU1 справний, напруга джерела живлення надходить  на обидві частини світлодіода  HL1 одночасно. Якби струми через  них були близькі за значенням,  то їх загальний колір світіння  був би жовтий або оранжевий.  Однак, оскільки ВАХ світлодіодів  червоного і зеленого свічення  помітно відрізняються (ВАХ світлодіода  червоного свічення йде крутіше), більша частина струму буде  протікати саме через «червоний  » світлодіод. Сумарний колір  свічення при паралельному включенні  двоколірного світлодіода АЛС331А  при справному запобіжнику буде  червоно-помаранчевим.

 При перегорянні запобіжника світлодіод червоного свічення залишиться підключеним до джерела напруги живлення, а зеленого - виявиться відключеним. Тому загальний колір світіння світлодіода стане червоним, що і послужить сигналом про вихід зі ладу запобіжника. Світлодіод АЛС331А можна замінити двома окремими світлодіодами червоного і зеленого кольорів світіння, наприклад, АЛ307Б і АЛ307В (рис. 8.4).

Для того, щоб різниця в  сумарному кольорі світіння була більш помітна, початкові струми в світлодіодах різного кольору  світіння вирівнюють. Простіше за все  це досягається за рахунок включення  додаткового діода послідовно з  «червоним » світлодіодом (рис. 8.4). Відбувається вирівнювання падінь напруги  на лівій і правій гілках індикаторів, через світлодіоди протікають приблизно  рівні струми, отже, сумарний колір  світіння світлодіодів буде відповідати  колірному відтінку, проміжного між  червоним і зеленим кольором.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 8.4. Покращена схема  індикатора на світлодіодах різного  кольору світіння.

При перегорянні запобіжника  струм протікає лише через світлодіод червоного світіння.

Індикатори за схемами  рис. 8.3 та 8.4 [8.3] рекомендуються до використання в пристроях, що живляться від  джерел напруги до 3 В. Таке обмеження  обумовлене тим, що при пе-регоранні  запобіжника майже всі напруги  живлення (за виключенням падіння  напруги на світлодіоді. HL1 і діоді VD1) заступає на резистор R1, і світлодіод HL2 виявляється зворотньо-зміщеним. При перевищенні цієї напруги  в зворотньо-, зміщених світлодіодах відбувається лавинний пробій, а оскільки величина струмообмежуючого резистора  невелика, світлодіод може бути пошкоджений.

Для захисту світлодіодів від пробою зворотною напругою у  пристрій індикації треба ввести ще два діоди, як показано на рис. 8.5 [8.3]. Тоді діод VD3 буде виконувати роль захисту, а) 2 - компенсувати напругу  на ньому.

  Опір резистора R1, як  і в попередніх випадках, можна  визначити як відношення різниці  напруги живлення і падіння  напруги на світлодіоді. (і включеному  послідовно- йому діоді) до струму  через світлодіод.

  Індикатор перегорання  запобіжника (рис. 8.6) включений послідовно  з навантаженням і паралельно  до запобіжнику [8.4].

 

 Рис. 8.5. Схема индикатора  перегорания предохранителя с  защитой светодиодов от пробоя  обратным напряжением

 

 

 

 

 

Рис. 8.6. Схема індикатора перегорання запобіжника для змінного і постійного струму.

У разі перегорання запобіжника  і при короткому замиканні  в навантаженні струм протікає через  індикатор. Діод VD1 і стабілітрон VD2 забезпечують рекомендований для світлодіодів режим роботи, резистор R1 обмежує  граничний струм через світлодіод. Пристрій працездатний і в ланцюгах постійного струму за умови його підключення  у відповідній полярності.

Недоліком пристрою є те, що світлодіод при високоомному навантаженні або розриві ланцюга навантаження світиться дуже слабо або зовсім гасне. Крім того, через навантаження навіть при перегорілому запобіжнику  протікає значний струм (10 ... 20 мА).

  Більш проста, але не  позбавлена ​​тих же недоліків,  схема індикатора перегорання  запобіжника, що працює як в  ланцюгах змінного, так і постійного  струму., показана на рис. 8.7.

  Для індикації перегорання  запобіжника FU1 (рис. 8.8) був використаний  або двоколірний світлодіод, або  пари менш дефіцитних різнокольорових  світлодіодів HL1 і HL2, наприклад, зеленого  і червоного кольору світіння. [8.5]. При справному запобіжнику  світиться тільки «зелений» світлодіод HL1. Як тільки запобіжник перегорає,  цей світлодіод знеструмлюється,  струм починає протікати через  послідовний ланцюжок, що складається  зі діода VD1, стабілітрона VD2, світлодіода  HL2 і діода VD3.

Рис. 8.7. Схема індикатора перегорання запобіжника для  ланцюгів змінного і постійного струму.

 

Рис. 8.8. Схема індикатора перегоряння запобіжника на двох світлодіодах.

Діод VD3 забезпечує захист світлодіодів від пробою при негативній напівхвилі мережевої напруги.

Розглянуті раніше індикатори перегорання запобіжника були недостатньо  економічні, оскільки в своїй більшості  нераціонально витрачали ресурси  елементів живлення: индикуючий елемент - світлодіод - був постійно підключений  паралельно до ланцюга живлення і  постійно споживав струм до 20 мА.

Більш економічними індикаторами є пристрої, схеми яких наведено на рис. 8.9 і 8.10 [8.6]. Струм, споживаний індикаторами в режимі очікування, не перевищує 1 ... 2 мА. При перегорянні запобіжника  транзистор VT1 відкривається, включається  сигналізатор аварії - світлодіод HL1.

 Пристрій, схема якого наведена на рис. 8.10, можна використовувати і в ланцюгах змінного струму.

  Обидва пристрої розраховані  на живлення від джерела 9 В.  При інших напругах живлення  потрібна відповідна корекція  резистивних елементів.

 Рис. 8.9. Схема светодиодного  индикатора перегорания предохранителя  для цепей постоянного тока.

 

Рис. 8.10. Схема світлодіодного індикатора перегорання запобіжника  для постійного і змінного струму..

Перегоряння запобіжника  або інше розмикання ланцюга системи  струмового захисту пристрій (рис. 8.11) відображає синхронними посилками  коротких звукових і світлових сигналів [8.7, 8.8]. Індикатор виконаний у вигляді двухполюсника, що включається паралельно до запобіжника в ланцюг постійного або змінного струму. напругою 10 ... 1000 В з частотою до 1 кГц і вище. До складу пристрою входить резистивний обмежувач струму. - складовий часозадаючий резистор R1, R2, мостовий діодний випрямляч (VD1 - VD4), елемент звукової (BQ1) і світлової (HL1) індикації і негатрон, виконаний на транзисторах VT1, VT2 і резисторах R3, R4.