用LM339制作水位計(jì)

　　利用LM339電壓比較器制作蓄水池水位計(jì)。該設(shè)計(jì)根據(jù)水位高低，進(jìn)行信號(hào)處理，控制多個(gè)電壓比較器輸入端的電位，使其輸出端有相應(yīng)的變化，從而驅(qū)動(dòng)不同的LED發(fā)光管，達(dá)到顯示水位高低的效果。

LM339介紹

LM339是四電壓比較器集成電路。該電路的特點(diǎn)如下：

工作電源電壓范圍寬，單電源、雙電源均可工作，單電源： 2～36V，雙電源：±1～±18V；

消耗電流小， Icc=1.3mA；

輸入失調(diào)電壓小， VIO=±2mV；

共模輸入電壓范圍寬， Vic=0～Vcc-1.5V；

輸出與TTL，DTL，MOS，CMOS 等兼容；

輸出可以用開(kāi)路集電極連接“或”門(mén)；

采用雙列直插14 腳塑料封裝（DIP14）和微形的雙列14 腳塑料封裝（SOP14）

lm339內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

lm339工作電路圖

LM339使用說(shuō)明

LM393/339是高增益，寬頻帶器件，象大多數(shù)比較器一樣，如果輸出端到輸入端有寄生電容而產(chǎn)生耦合，則很容易產(chǎn)生振蕩。這種現(xiàn)象僅僅出現(xiàn)在當(dāng)比較器改變狀態(tài)時(shí)，輸出電壓過(guò)渡的間隙。電源加旁路濾波并不能解決這個(gè)問(wèn)題，標(biāo)準(zhǔn)PC板的設(shè)計(jì)對(duì)減小輸入—輸出寄生電容耦合是有助的。減小輸入電阻至小于10K將減小反饋信號(hào)，而且增加甚至很小的正反饋量（滯回1.0~10mV）能導(dǎo)致快速轉(zhuǎn)換，使得不可能產(chǎn)生由于寄生電容引起的振蕩。除非利用滯后，否則直接插入IC并在引腳上加上電阻將引起輸入—輸出在很短的轉(zhuǎn)換周期內(nèi)振蕩，如果輸入信號(hào)是脈沖波形，并且上升和下降時(shí)間相當(dāng)快，則滯回將不需要。比較器的所有沒(méi)有用的引腳必須接地。LM393/339偏置網(wǎng)絡(luò)確立了其靜態(tài)電流與電源電壓范圍2.0~30V無(wú)關(guān)。通常電源不需要加旁路電容。差分輸入電壓可以大于Vcc并不損壞器件。保護(hù)部分必須能阻止輸入電壓向負(fù)端超過(guò)-0.3V.LM393/339的輸出部分是集電極開(kāi)路，發(fā)射極接地的NPN輸出晶體管，可以用多集電極輸出提供或OR功能。輸出負(fù)載電阻能銜接在可允許電源電壓范圍內(nèi)的任何電源電壓上，不受Vcc端電壓值的限制。此輸出能作為一個(gè)簡(jiǎn)單的對(duì)地SPS開(kāi)路（當(dāng)不用負(fù)載電阻沒(méi)被運(yùn)用），輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動(dòng)和器件的β值所限制。當(dāng)達(dá)到極限電流（16mA）時(shí)，輸出晶體管將退出而且輸出電壓將很快上升。輸出飽和電壓被輸出晶體管大約60ohm 的γSAT限制。當(dāng)負(fù)載電流很小時(shí)，輸出晶體管的低失調(diào)電壓（約1.0mV）允許輸出箝位在零電平。

用lm339水位計(jì)制作的原理

水位計(jì)的主要電路由 4 個(gè)LM 339 電壓比較器組成， 這種集成電路具有易購(gòu)、價(jià)格低廉， 且可單電源工作、差動(dòng)范圍寬等特點(diǎn)。每個(gè)LM 339 有 4 個(gè)各自獨(dú)立的電壓比較器（本設(shè)計(jì)采用15 個(gè)） ， 其正負(fù)輸入端之間只要10 mV 的電位差， 其輸出端就能由一種狀態(tài)可靠地轉(zhuǎn)換到另一種狀態(tài)。當(dāng)正輸入端比負(fù)輸入端高出10 mV 時(shí)， 其輸出端呈高電平; 當(dāng)負(fù)輸入端比正輸入端高出 10 mV 時(shí)， 其輸出為低電平， 并可直接驅(qū)動(dòng)L ED。為使LM 339的輸出端有高低電平的變化， 在具體使用中， 一般都在輸出端與正電源之間加一適當(dāng)電阻， 這個(gè)電阻稱(chēng)為上拉電阻。即當(dāng)LM 339 輸出端呈高阻態(tài)時(shí)， 由該電阻把輸出端的電位拉起來(lái)。

該裝置的原理框圖如圖 1 所示， 其電壓信號(hào)測(cè)量由干簧管和分壓電阻組成， 懸浮在水中的環(huán)形磁鋼處在不同的位置上， 應(yīng)用電磁感應(yīng)原理［ 1 ］ ， 令相應(yīng)的干簧管常開(kāi)觸點(diǎn)閉合， 使相應(yīng)的分壓電阻接入， 電路拾取不同的電壓信號(hào)。比較器負(fù)輸入端電位由固定的分壓電阻構(gòu)成， 被測(cè)電壓信號(hào)與設(shè)定的電位進(jìn)行比較處理，驅(qū)動(dòng)L ED 以顯示水位的高低， 并在到達(dá)最高水位時(shí)報(bào)警， 提醒泵工停止注水，以防止水溢出，具體電路如圖 2 所示。

圖 2 中， 電源為+ 12 V ， 把池深分為 15 段進(jìn)行顯示。圖中A 1～A 15 是由LM 33組成的電壓比較器; GK 1～ GK 15 是干簧管， 當(dāng)環(huán)形磁鋼靠近某個(gè)干簧管時(shí)常開(kāi)觸點(diǎn)閉合;由電阻R 1～R 15 組成的分壓電路決定了各比較器的正輸入端的電位; 而電阻R 01～R 030 組成的分壓電路決定了各比較器的負(fù)輸入端的電位。各負(fù)輸入端的電位確定后是固定不變的。LM 339 的正輸入端電壓因磁鋼處在不同的位置而變化著。當(dāng)懸浮水面的磁鋼靠近某個(gè)干簧管時(shí)， 由于R 1 ， R 2 ， ， R 15 的分壓作用， 使A 1， A 2， ， A 15 各比較器的正輸入端有不同的輸入， 此信號(hào)與比較器負(fù)輸入端設(shè)定的電位比較之后， 就會(huì)有相應(yīng)的輸出。從圖 2 看， 當(dāng) GK 1 吸合時(shí)， 相當(dāng)于托著磁鋼的浮子處在上極限水位， 各比較器的正輸入端等于地電位， 均低于它們的負(fù)輸入端， 所以輸出端都是低電平， 使各L ED 都點(diǎn)亮。此時(shí)A 1 的輸出由高電平降為低電平， 通過(guò)電容C 觸發(fā)N E 555［ 2 ］。N E 555 接成單穩(wěn)態(tài)電路，一旦被觸發(fā)， 其 3 腳將輸出一高電平， 帶動(dòng)蜂鳴器報(bào)警， 其延續(xù)時(shí)間由接在 6、7 腳的阻容元件決定。當(dāng) GK 2 吸合時(shí)， 應(yīng)該使L ED 2～L ED 15 點(diǎn)亮而L ED 1 熄滅。此時(shí)各比較器的正輸入端電位高于A 1 的負(fù)輸入端電位， 低于A 2～A 15 負(fù)輸入端的電位， 其他以此類(lèi)推。

器件的選用

a. 設(shè)定各比較器的負(fù)輸入端電位為V sh。

對(duì)各比較器的負(fù)輸入端電位， 根據(jù)電源和水深分成的段數(shù)進(jìn)行人為的設(shè)定。因?yàn)橐褜⒊厣罘譃?15 段進(jìn)行顯示， 所以自 21 10 V 起， 每個(gè)相鄰負(fù)輸入端之間相差 0 4 V ， 如表1 中第 1 行所示。

b.選定各比較器負(fù)輸入端與電源間的電阻， 即分壓電阻R 01= R 03 == R 029 =20 k 8 ， 設(shè)為R 。
? ? ? ? c. 計(jì)算出各比較器負(fù)輸入端對(duì)地電阻R 02 ， R 04 ， ， R 030 ， 為R r。設(shè)負(fù)輸入端對(duì)地電阻為R r ， 各負(fù)輸入端的電位為V sh ， 根據(jù)電路圖 2 有

（1）

由此式可得

（2）

例如，要使電壓比較器A 1 負(fù)輸入端電位為V sh = 2 V ，則根據(jù)式（2） 可得

如表 1 中第 2 行第 1 列所示。其他各電阻R 04 ， R 06 ， ， R 030 的選擇均可根據(jù)以上公式計(jì)算 （其結(jié)果為理論數(shù)值， 詳見(jiàn)表 1 中第 2 行所示各數(shù)據(jù)）。

d. 由R r 確定標(biāo)稱(chēng)值電阻R b。

實(shí)際上， 市售電阻的標(biāo)稱(chēng)值與此計(jì)算值有差別， 在具體運(yùn)用時(shí)， 可選與之相近阻值的標(biāo)稱(chēng)電阻R b ， 具體數(shù)值如表 1 中第 3 行所示。

e. 由R b 確定各比較器A 的負(fù)輸入端電位V 。

當(dāng)選定標(biāo)稱(chēng)值的電阻R b 后， 再用下式驗(yàn)算由此電阻產(chǎn)生的電位V

（3）

具體電位值如表 1 第 4 行所示， 與第 1 行的設(shè)定值比較， 只要不超過(guò)±01 V 即可。

f. 確定各比較器正輸入端電阻R 1 ， R 2 ，....， R 15 ，設(shè)為R zh。

先求R 1 ，設(shè)各比較器正輸入端電位為V zh ，當(dāng) GK 1 吸合時(shí)， 從表 1 中看出， 應(yīng)滿(mǎn)足2V < V zh < 24 V ， 設(shè)V zh =2 2 V ， R = 20 k， 根據(jù)式（3） ， 可列出

解得 R zh = R 1≈ 4 5 k這個(gè)阻值不是標(biāo)稱(chēng)值，選相近的標(biāo)稱(chēng)值電阻 48 k 。

再求其他各電阻R 2 ， R 3 ， ， R 15 ， 均可用此計(jì)算， 其結(jié)果為理論值， 在實(shí)踐中稍有偏差， 經(jīng)修正后， 其數(shù)值見(jiàn)表 1 中的第 5 行。經(jīng)過(guò)這樣選擇的上述各參數(shù)， 就能保證當(dāng)池中水位達(dá)到最低限位、托著磁鋼的浮子沉到最低位時(shí)， 磁鋼脫離所有的干簧管， L ED 全部熄滅; 而當(dāng)?shù)?1 個(gè)干簧管GK 1 吸合時(shí)（相當(dāng)池中水位達(dá)到最高限位， 托著磁鋼的浮子上升到最高位） L ED 都點(diǎn)亮。在浮子處在中間某位置時(shí)， 其相對(duì)應(yīng)的L ED 及以下的L ED 都亮， 而其上面的L ED 不亮， 以此顯示　水位。經(jīng)過(guò)以上計(jì)算，得出如表 1所示的具體數(shù)據(jù)。

　　部件制作

? ? ? ? 需要量出蓄水池的最低水位到極限水位的高度， 把此高度分為15 等分段， 每一分段的距離小于200mm， 這個(gè)距離可以保證磁鋼總能吸合一個(gè)鄰近的干簧管， 以免出現(xiàn)顯示斷點(diǎn)， 即防止在運(yùn)行中磁鋼既沒(méi)有吸合上面的干簧管又沒(méi)有吸合下面的干簧管， 使LED的顯示全部熄滅， 造成無(wú)水假象。對(duì)GK1， R 1～GK15， R 15 的連接， 先把它們分別焊到寬度小于等于20mm 的小塊印刷電路板上， 再用導(dǎo)線按間距小于等于200mm 的距離連接起來(lái)， 封裝在25mm 的硬塑料管中， 管的上下口要嚴(yán)密封固以免漏水。管子外套一個(gè)環(huán)形的磁鋼。在硬塑料管的下端墜一非鐵磁性沉重的物體后， 將塑料管豎直沉入蓄水池的池底。在磁鋼下墊上環(huán)形浮子套在管上， 把管的上端固定在蓄水池上面的觀察口上， 由于浮子的作用， 磁鋼總是懸浮在水面上， 隨水面起落。注意磁鋼的平面應(yīng)始終與水面平，而塑料管與水面保持垂直， 以防止磁鋼在隨水位沉浮時(shí)與管壁摩擦而被卡住。