電子回路

コンパレータを4つ使って電圧レベルを表示させる

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下記の回路は電源V3の出力電圧に応じて、LED1~LED4を点灯させる回路です。

コンパレータLM2901を4つ使い、各非反転入力に2.5Vの基準電圧を印加します。

反転入力の電圧が2.5V以下になった時にLEDが消灯します。

表示閾値の仕様

V3の電源12Vの時は、フル点灯ですが、電圧が1V下がるごとにLED1から順番に消灯してゆきます。

つまり、V3の電圧が11VになるとLED1が消灯

10VになるとLED1とLED2が消灯

9VになるとLED1とLED2とLED3が消灯

8Vになると全LEDが消灯します。

計算

上記の仕様を満足する回路として下記の回路図を作成しました。

この時のR1~R5の抵抗の定数を計算で算出します。

Rall=R1+R2+R3+R4+R5とします。

前述の4つの閾値電圧(11V,10V,9V,8V)の時に、それぞれのコンパレータAからD点の電圧が2.5Vとなって出力が反転します。

A点  11V*R5/Rall=2.5V

B点  10V*(R4+R5)/Rall=2.5V

C点  9V*(R3+R4+R5)/Rall=2.5V

D点  8V*(R2+R3+R4+R5)/Rall=2.5V

Rall=1としたときの各抵抗についての比率を算出します。

R5                 =2.5/11=0.2273

R4+R5             =2.5/10=0.25

R3+R4+R5         =2.5/9=0.2778

R2+R3+R4+R5     =2.5/8=0.3125

 

R4=0.0227

R3=0.0278

R2=0.0347

R1=1-(R2+R3+R4+R5)=1-(0.0347+0.0278+0.0227+0.2273)=1-0.3125=0.6875

ここで比率0.6875のR1=33kとすると、48000倍すると各抵抗値が算出可能です。

各抵抗比率を48000倍し、E24シリーズの抵抗から以下の値を選びました。

R5=0.2273*48k=10.92    →11k

R4=0.0227*48k=1.08k    →1.1k

R3=0.0278*48k=1.334k   →1.3k

R2=0.0347*48k=1.666k   →1.6k

最終の閾値電圧を算出します。

Rall=33k+1.6k+1.3k+1.1k+11k=48k

最終の閾値電圧は以下です。

A点  2.5V*48/11=10.9V

B点  2.5V*48/(11+1.1)=9.9V

C点   2.5V*48/(11+1.1+1.3)=8.96V

D点     2.5V*48/(11+1.1+1.3+1.6)=8V

選択した抵抗値をE24シリーズから選択した分、当初の閾値からずれましたが、実使用上は問題ないと思います。

念のためシミュレーションで確認してみましょう。

検知電圧V3を徐々に上げてゆくと、LED4から順番に点灯してゆきます。

以上です。

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