47
（C）1998，G. Forrest Cook
介绍
这是一种低功率电压表电路，可用于运行在12和24伏特电池上的替代能源系统。电压表是扩展型，表示12伏特电池的10至16伏特范围内的小电压阶跃以及24伏特电池的22至32伏特范围。从24V操作时，从12V和160mw操作时，功耗可以低至14mw。
可以将电表设置为跨越各种上下电压读取相等的步长。该仪表通过在低功耗周期闪烁模式下工作，通过在LED指示灯亮起并在重复的2秒周期内短暂地消耗电力来节省功率。电路可以切换到高功率模式，其中有源LED始终保持开启状态。
电压指示器可以使用不同颜色的LED，这样可以在黑暗中读取电池状态。使用蓝色LED，可以使用红色，琥珀色，黄色，绿色和蓝色LED中的两种来获得漂亮的彩虹色。该电路还可以使用廉价和常见的红色LED。如果电路要在阳光下使用，应该使用超亮LED。
典型用途包括监控便携式电池操作系统和室内壁挂式家庭电源系统充电指示器。该电路可以建在20美元以下，所有的零件都是通用的。
该电路可以用CMOS ICM7555定时器或更常用的双极555定时器构建。7555定时器将提供更高效的操作，并应用于具有小电池的系统。
产品规格
7555timer（12V）555timer（12V）7555timer（24V）555timer（24V）
空闲电流：0.34ma 6.1ma 6.3ma 24ma
LED开启电流：18ma 22ma 12ma 28ma
平均电流：1.2ma 6.9ma 6.6ma 24ma
平均功率：14mw 83mw 160mw 580mw
工作周期：约5％
闪烁频率：约0.5hz
工作电压：10V - 20V（12V型）20V-35V（24V型）
理论为12伏操作
电路的核心是LM3914N点式电压表IC，U2。该芯片以扩展模式运行，使得电路在10-16V范围内响应。
U2从内部参考电压输出引脚7上的稳定电压。这通过分压器VR2和R5馈送到内部参考输入引脚，以设置仪表敏感的范围。测量电压通过由R4和VR1组成的分压器馈入引脚5。该分频器将输入电压降至对IC有用的范围。
基本扩展的12伏规LM3914电压表电路发表在“Nuts＆Volts”杂志（1）中，类似的电路显示在Home Power＃10（2）中。
U2正电源连接到标称为12V的引脚3。U2负电源通过晶体管Q1瞬时接通，这种开关动作是使电路效率高的原因，因为U1（ICM7555）消耗仅为0.34ma，而U2消耗大约18ma，其中一个LED亮起。ICM7555定时器U1连接在一个具有窄脉冲宽方波输出的非稳态（自由运行）模式下运行。
U1的占空比由R1和R2的比例控制。如果需要更快的闪烁，R2可以调整到更小的值，如果需要速率调整，则可以用电位计代替R2。如果需要较长的接通时间，则R1可能会增加。R1和R2的变化将影响电路消耗的平均电流。振荡频率由C1，R1和R2决定。C1可以是电解电容或多晶硅电容器，如果使用电解部件，请确保将正极端子连接到U1引脚6和2，将负极端子接地。
定时器IC的输出通过限流电阻R3馈入晶体管Q1，其将功率控制到U2。电容器C2滤除对U1的控制电压输入，电容C3为整个电路提供直流滤波。当电容器C1两端的锁定开关闭合时，定时器的输出保持导通状态，从而使U2电路和电流消耗增加到18ma。开关不是简单地连接在晶体管上的原因是为了保持U2的负电源与电路脉冲时相同。这两种模式下的LED都保持相同的校准，因为晶体管的电压降始终是电路的一部分。
最后但并非最不重要的是，如果电路短路，保险丝F1可以防止火灾的可能性。平均电流通过将U1所需的恒定电流与U2乘以占空比的电流相加来计算，详见规范。为了在12V模式下操作电路，将电路接线以使跳线J2和J5短路，则可能会丢失部件U3，C4，R6和R7。
理论为24伏操作
当连接24伏电压时，仪表在20-32V范围内响应。R6连接到24V电源而不是R4，R6的较大值将较高的输入电压调整到对U2有用的范围。具有串联电阻R7的电压调节器U3将24V降至12V调节，为IC提供正确的工作电压。电阻R7确保调节器的输入电压保持在IC绝对最大规格的35V以下。由于电压调节器和R7所消耗的额外功耗，在24V模式下的工作效率比12V模式低。为了在24V模式下操作电路，将电路接线，以使跳线J1，J3和J4短路。R4可能在24V模式中被遗漏。
施工
我在2“x3”镀铜PC板上建立了电路的原型，芯片安装在电路板的一侧粘接在电线套管中。零件焊接到绕线插座针的背面。作为地面飞机，将所有地面连接件直接焊接在板上。将LED以阵列的形式排列在单独的穿孔电路板上，并使用绕线将电线连接回U2。如果焊接到LED，在焊接之前，请确保将散热片夹连接到LED针脚上，否则LED容易被多余的热量破坏。穿孔的LED板使用垫片和机械螺丝安装在主电路板上。7555定时器和蓝色LED是静电敏感的，避免了这些或任何其他半导体部件与静电的切换。
初学者应该使用较大的电路板开始，因为接线非常紧。在连接零件之前，请先钻上电路板上的任何安装孔。使用薄型电子焊料，应使用30瓦品种的电子烙铁。电压读数可以打印或绘制在一张纸上并放置在LED的旁边。
对准
必须有一个可调节的直流电源和一个精确的电压表进行对准。按照12V版本的电路的这些说明。
关闭开关S1，使LED保持开启状态。对准的第一步包括设置U2的参考电压。将外部电压表连接到U2引脚6和4上，并调整VR2读数为1.2伏。居中设置VR1和VR3。在这个阶段，你应该决定你希望仪器读取什么尺度。我可以将电路调整为10.5V至15V之间的0.5V步长以及10.5V至13.2V之间的0.3V步长。对于这个例子，电路将被设置为使用10.5到15V刻度。终点之间的距离为4.5V。
将电源从9V调整到15V，并看到仪器正在读取的位置，直到电位器接近正确的范围，才可能读取，否则将电源设置为12V，并调整VR3直到其中一个中心LED灯。调整电源，直到第一个LED亮起，测量该电压。调整电源直到最后一个LED亮起，测量该电压并减去第一个电压，这是跨度。调整VR1并重复上一次调整，直到跨度为4.5V。现在将电压设置为10.5V并调整VR3直到最低的LED亮起。VR1和VR3相互作用，因此可能需要进行几次调整才能使其完美。
为了对准24伏电路，必须有一个可以调节到30V左右的可变电源。实现更高电压可调电源的良好方法是将带电的12V电池与较低电压的可变电源串联。和往常一样，当处理诸如电池的大电流源时，请在布线中使用保险丝并绝缘暴露的连接。
使用
在12或24伏电池上连接适当的电压表电路，并观察闪烁的LED指示灯，以显示电池电压指示。激活开关S1显示常数。如果电压高于上一步，则最高的LED将保持亮起。如果电压低于底部电平，则所有LED将熄灭。该电路的原型版本已连续使用7年以上，设计已通过时间考验。
元器件清单
U1：ICM7555 CMOS定时器IC（Harris / Intersil）
U2：LM3914N LED电压表（美国国家半导体）
U3：7812 12伏稳压器（美国国家半导体）
Q1：2N3904 NPN硅晶体管
D1：1N4148硅开关二极管
LED1-LED10：红，黄，琥珀，绿，蓝LED
C1：1.0uF电容器，可以使用电解质。
C2：0.001uF陶瓷电容
C3：10uF电解电容
C4：0.1uF陶瓷电容
R1：47K 1 / 4W电阻
R2：2M 1 / 4W电阻
R3：22K 1 / 4W电阻
R4：4.7K 1 / 4W电阻
R5：1.2K 1 / 4W电阻
R6：15K 1 / 4W电阻
R7：330欧姆1 / 2W电阻
VR1，VR3：5K微调电位器，10转风格
VR2：200欧姆微调电位器，10转风格
F1：1/2安培直流快熔保险丝
S1：微型开关或按钮开关
