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Dernière mise à jour : 06/05/2012Présentation
La présente réalisation est un classique du genre, elle fait appel au circuit intégré spécifique LM3914.
L'échelle est de type linéaire et convient parfaitement pour l'affichage d'une tension continue de valeur comprise entre 0 V et +20 V. Trois schémas sont proposés :
- Schéma 001 : version de base, pilotage classique de 10 LED.
- Schéma 001b : ajout d'une LED de dépassement de seuil au schéma de base 001.
- Schéma 001c : schéma de base dans lequel les LED sont remplacées par des sorties logiques +5 V à +15 V.
Pour l'affichage d'une tension comprise entre 10 V et 15 V (contrôle tension batterie 12 V), vous reporter à la page Voltmètre 002.
Schéma 001
Le schéma que voici est adapté d'une application proposée par le constructeur du circuit intégré. Rien de révolutionnaire en somme, j'ai juste ajouté un pont diviseur résistif en entrée pour permettre l'adaptation à la plage d'entrée désirée.
Echelle / Plage de tension d'entrée
L'échelle d'affichage, c'est à dire la plage de tension d'entrée pour laquelle aucune led ou toutes les leds sont allumées, est par défaut de 1.25V pour la configuration de cablage du LM3914 adoptée ici. Pour étendre la plage de 0V..1.25V à une plage de tension plus vaste, un pont diviseur résistif constitué de R1 et R2 est ajouté en entrée, afin de ramener la tension max désirée pour un plein affichage, à une valeur de 1.25V. Ainsi, pour que toutes les leds s'allument avec une tension de 12.5V en entrée, le pont diviseur doit atténuer la tension d'entrée dans un rapport de 10. Vous trouverez ci-dessous quelques valeurs de R1 et R2 pour quelques plages de tension.- Affichage 0 à 1,25V : R1 = 0 et R2 = 100K
- Affichage 0 à 3V : R1 = 120K et R2 = 82K
- Affichage 0 à 5V : R1 = 200K et R2 = 68K
- Affichage 0 à 10V : R1 = 220K et R2 = 33K
- Affichage 0 à 12V : R1 = 220K et R2 = 27K
- Affichage 0 à 15V : R1 = 200K et R2 = 18K
- Affichage 0 à 20V : R1 = 220K et R2 = 15K
Utilisation d'une sonde / potentiomètre de niveau
Jocelyn souhaite quelques renseignements concernant l'utilisation de ce voltmètre en tant qu'indicateur de niveau d'eau dans un réservoir, lequel comporterait un flotteur actionnant l'axe d'un potentiomètre. Le tout doit fonctionner sous une tension d'alimentation de 12V. Il aimerait notemment connaitre les valeurs à donner à R1 et R2 pour cette tension de 12V, et quel type et valeur de potentiomètre utiliser. La réponse à la première question a été ajoutée quelques lignes avant. Pour la seconde question, un potentiomètre de type linéaire et de valeur comprise entre 10 Kohms et 100 Kohms fera parfaitement l'affaire.
Une extrêmité du potentiomètre est reliée à la masse, l'autre extrêmité est reliée au potentiel +12 V, et le curseur est relié à l'entrée du voltmètre (borne 2 de J1). Quand le flotteur monte, il déplace l'axe du potentiomètre, et ce dernier fournit une tension qui dépend de sa position. Le plus dûr finalement est l'aspect mécanique de la chose.
Autres méthodes de câblage du LM3914
Il est possible de supprimer le pont diviseur d'entrée et de câbler différement la broche 8 du LM3914, pour disposer des plages d'affichage évoquées ci-avant. La solution adoptée ici est une solution parmi d'autres. Nulle doute que si le LM3914 vous interresse, vous allez consulter avec interêt le document constructeur qui en parle assez bien, et envisager plein d'autres belles choses autrement plus interressantes qu'un vulgaire voltmètre - un vumetre à 270 leds, par exemple ?Mode d'affichage
Le mode d'affichage, mode barre ou mode point, est défini par le cablage de la broche 9 du LM3914. Si cette broche est reliée à la borne Plus de l'alimentation, l'affichage se fait en mode Barre (appelé aussi mode baregraphe). Si la broche 9 est laissée en l'air (raccordée à rien), l'affichage se fait en mode point. |
Broche 9 du
LM3914 raccordée au Plus alim : l'affichage se fait en mode Barre |
 |
Broche 9 du
LM3914 laissée en l'air : l'affichage se fait en mode Point |
Schéma 001b - ajout d'une LED de détection de seuil
L'affichage en baregraphe vous plait bien, mais vous aimeriez ajouter une extension qui s'active sur dépassement d'une valeur donnée. Par exemple, vous construisez ce voltmètre avec les valeurs qui vont bien pour travailler sur une plage de tension de 0 V à 10 V, et aimeriez activer une LED additionnelle, un buzzer ou un relais, lorsque la tension appliquée à l'entrée dépasse 8 V. On pense tout de suite à se "repiquer" sur la sortie 8 du LM3914 (borne 12). Oui, mais comment faire ? Ajouter une LED ou un relais va demander plus de courant sur la sortie concernée, et on aime pas être brutal avec les circuits intégrés. On imagine donc (car à l'école on apprend à imaginer de soi-même) ajouter un transistor faisant office d'interface, en tant qu'amplificateur de courant. Un NPN ? Un PNP ? Un petit BC107, 2N2222 ou 2N2907, ou un gros BUZ20, 2N3055 ou 2N2955 ? Restons modestes, et contentons-nous d'un petit 2N2907. Un 2N2907 ? Mais quelle horreur, c'est un PNP ! Ah... je vois que certains sont toujours plus à l'aise avec les NPN, hum ? Et bien il va falloir que cela change. Car sinon, vous aurez un mal de chien à digérer le montage suivant.
Les sortie du LM3914 sont actives à l'état bas, et à l'état haute impédance au repos. C'est la raison pour laquelle les LED sont ainsi cablées, cathodes sur les sorties du LM3914 et anodes à la borne plus de l'alimentation. Il est donc nécessaire d'utiliser un transistor PNP qui entre en conduction quand on applique une tension "négative" (plus faible) sur sa base, par rapport au plus alimentation. Si vous remplacez la LED D1 par un buzzer électromécanique ou par un relais, n'oubliez pas d'ajouter une diode de protection (type 1N4007) en parallèle sur cet élement pour protéger le transistor Q1 contre toute surtension qui pourrait l'endommager (cathode de la diode sur collecteur de Q1 et anode de la diode à la masse).
Schéma 001c - Sorties logiques en remplacement des LED
En temps normal, des LED doivent être reliées entre chaque sortie du LM3914 et le +Alim (mode de câblage en anode commune). Que faire si au lieu des LED vous voulez disposer de sorties de type logiques ? Le schéma qui suit montre une solution.
Les sorties du LM3914 se font "à la manière du collecteur ouvert", ce qui signifie que l'on dispose pour chacune d'elle :
- soit d'une liaison avec la masse quand la sortie est active,
- soit d'une liaison ouverte quand la sortie est désactivée.
Si on remplace les LED par des résistances de "charge collecteur" (reliées au +alim, comme c'est le cas ici pour R4 à R13), alors chaque sortie devient une sortie de type logique (TTL si alim générale +5 V). Mais l'état logique est "inversé", dans le sens où on dispose d'un niveau "0 V" pour chaque sortie active et d'un niveau "+Alim" pour chaque sortie désactivée. Pour retrouver une logique positive, il convient d'inverser l'état logique de chaque sortie, ce qui est fait ici par les buffers inverseurs de type CD4049. On pourrait aussi utiliser des CD4069, qui sont aussi des inverseurs logiques mais en version non bufferisée et donc avec une capacité en courant plus réduite (pas critique si le circuit qui fait suite est de la logique câblée traditionnelle). Question consommation, nous n'avons pas le problème de dissipation de puissance qu'on aurait avec des LED activées en mode ruban, si la tension d'alim grimpe à +15V. La valeur données aux résistances R4 à R13 impose en effet une limite de 6 mA (avec alim 15 V) sur le courant délivré sur chaque sortie (on peut augmenter la valeur de ces résistances à 4,7 kO ou 6,8 kO pour réduire encore ce courant). Je ne vous conseille pas de dépasser la tension d'alim de +15 V, à cause des circuits intégrés CD4049 (ou CD4069) ajoutés.
Circuit imprimé
Réalisé en simple face, pour le premier schéma (001).
Typon aux formats PDF et Bitmap 600 dpi
Les deux pastilles marron (broche 9 du LM3914 et borne positive de l'alimentation) devront être reliées ensembles si vous souhaitez un affichage en mode Barregraph. Si vous ne les reliez pas, l'affichage se fera en mode Point.
Historique
06/05/2012- Ajout schéma 001c avec sorties logiques +5 V ou +15 V.
xx/xx/20xx (un jour parmi tant d'autres)
- Ajout schéma 001b avec LED additionnelle d'indication de dépassement de seuil.
26/06/2008
- Première mise à disposition