Un circuito integrado que voluntariamente ofrece infinitas posibilidades para aplicaciones prácticas es el LM 3914 de National Semiconductor. No es un componente nuevo, pero por su enorme gama de utilidades está en pleno uso, y los diseñadores que están en busca un de indicador de barra o punto móvil extremadamente versátil podría contar con él. El LM3914 excita hasta 10 LEDs con gran precisión requiriendo un mínimo de componentes externos. En este artículo explicamos como usarlo y damos algunos circuitos prácticos.
El circuito integrado LM3914 National Semiconductor es un indicador de barra o punto móvil que acciona un de 10 LEDs comunes a partir de una tensión de entrada. El circuito integrado "siente" el nivel de esta tensión de entrada y en función de esto activa un de 10 LEDs en la salida, se configurando como un punto móvil, o un número de LEDs proporcional, se configurando como barra móvil, conforme muestra en la figura 1.
El modo de operación del CI, barra o punto móvil, es configurado externamente a través de un pino existente para este propósito. No existe la necesidad de ningún componente externo para alterar el modo de funcionamiento. Cada LM3914 puede accionar 10 LEDs comunes, pero hay la posibilidad de interconectar dos o más de estos CIs de manera de que tenemos indicadores de 20, 30 o 40 LEDs. Otra característica importante de este circuito integrado está en el hecho del accionamiento de los LEDs no ser matricial pero independiente. Esto significa que podemos utilizar sus salidas para accionar otros tipos de cargas tales como los transistores para excitar las lámparas de mayor potencia e incluido el SCRS y TRIACS para cargas de potencias muy elevadas, alimentadas por la red Eléctrica.
La alimentación de este circuito integrado puede ser hecha con tensiones de 3 V lo que permiten su uso en aplicaciones alimentadas por baterías. Son las siguientes las principales características que el fabricante destaca en este componente:
Posibilidad de excitar LEDs, lámparas, LCDs y otros dispositivos indicadores.
Funcionando tanto en el punto como en la barra Móvil seleccionada externamente.
Extensible hasta más de 100 salidas.
Referencia interna de tensión de 1,2 a 12 V
Funciona con tensiones a partir de 3 V
Admite señales negativas de entrada
Corriente de salida programable, entre 2 mA y 30 mA
No hay multiplexación de las salidas.
Se puede conectar directamente a circuitos TTL y CMOS.
El Circuito integrado LM3914
En la figura 2 tenemos el pino del LM3914 que está presentado en cubierta DIL de 18 pinos.
El LM3914 contiene una referencia interna de tensión y un divisor preciso de 10 etapas. Un buffer excita el circuito mismo a partir de tensiones negativas en una gama de - 35 V a + 35 V. La precisión del divisor es del orden de 0,5% en una amplia gama de temperaturas de funcionamiento.
En la figura 3 tenemos el diagrama de bloques correspondiente las funciones internas del LM3914.
La versatilidad de este CI permite recursos externos sean adicionados a un proyecto, como por ejemplo, alarma sonora, indicador de aleta de escala, y otros. Como cada salida tiene regulase de corriente, LEDs de colores diferentes (características eléctricas diferentes) se pueden utilizar sin problemas. Además, de esto las dos extremidades de referencia de tensión interna son accesibles externamente. Una posibilidad interesante que aprovecha esta característica es la mostrada en la figura 4 en que tres LM3914 son conexiones en cascadas de manera de obtener un indicador de 30 LEDs con 0 en el centro de la escala.
Para un indicador simples con fin de escala en 1,2 V es necesario agrega apenas un resistor externo. Para los LEDs no son necesarios resistores limitadores de corriente dada la regulase interno de las salidas. Un "overlap" de aproximadamente 1 mV entre las salidas en la operación en la barra móvil, impide que haya una indicación ambigua de la transición de un LED para otro.
Máximos Absolutos
Disipación máxima: 1 365 mW
Tensión máxima de alimentación: 25 V
Gama de tensiones de entrada: - 35 a + 35 V
Tensión en el divisor: - 100 mV a + Vcc
Corriente de referencia en la carga: 10 mA
Características eléctricas:
|
Parámetro |
Condiciones |
Mínimo |
Típico |
Máximo |
Unidad |
|
Ganancia del comparador |
IL (ref) = 10 mA |
3 |
8 |
- |
mA/mV |
|
Corriente de polarización de entrada del comparador |
|
- |
25 |
100 |
nA |
|
Resistencia del divisor |
PINO 6 a 4 |
8 |
12 |
17 |
k Ohms |
|
Precisión |
|
- |
0,5 |
2 |
% |
|
Regulase de línea de referencia de Tensión |
3 < V < 18 V |
- |
0,01 |
0,03 |
%/V |
|
Corriente de salida para los LEDs |
Vled = 5 V |
7 |
10 |
13 |
mA |
|
Corriente de alimentación en reposo |
V = 5 V
V = 20 V |
-
- |
2,4
6,2 |
4,2
9,2 |
mA
mA |
Cómo Funciona
Por el diagrama de bloques de la figura 3, podemos hacer un análisis de la operación del LM3914. Un búfer de entrada de alta impedancia no puede funcionar con señales en una amplia gama de tensiones, incluyendo valores negativos. La señal obtenida en la salida del buffer se aplica, vía un divisor escalonada de tensión, a 10 comparadores de tensión. Esto significa que cada comparador conmuta con un nivel de tensión ligeramente mayor que el anterior. Si la red de referencia fuera conectada a tensión de 1,25 V de la referencia interna del propio CI, m cada comparador conmuta en un paso de 125 mV. A cada paso un LED asciende en el sistema de barra móvil, manteniendo el anterior acceso. En el sistema de punto Móvil, al encender un LED el anterior se apaga.
El divisor de referencia, sin embargo, tiene sus extremidades libres lo que permite que él se conecte a fuentes de tensiones negativas. Los pasos serán entonces determinados por este tensión externa dividida por 10. Es importante tener en cuenta que el divisor solo puede conectarse a fuentes externas que estén, en el máximo, a 1,5 V de la tensión utilizada en la alimentación y hasta el valor de la tensión negativa. Otra característica importante es que él puede funcionar con tensiones muy bajas en sus extremos, del orden de 200 mV.
La Referencia de Tensión
Como se muestra en la figura 5, la referencia interna de tensión proporciona un tensión de 1,25 V entre los pinos 7 y 6.
Este tensión se aplica en un resistor de programa (R1) y como la tensión en este componente es constante, una corriente continua I1 circula por el resistor R2 que fija la tensión de referencia, permitiendo así la programación de salida Vs según la fórmula:
Vs = Vref (1 + R2/R1) + Iadj x R2
La corriente máxima que debe ser programada por este circuito es de 120 uA.
Corrientes en los LEDs
La Programación de la corriente en los LEDs es hecha por el pino 7. Esta corriente es continua, dependiendo muy poco de la tensión de alimentación y de las variaciones de temperatura. Esto significa que al calcular la tensión en el divisor del programa también se puede prever la corriente que se desea en los LEDs, ya que el pino 7 es común a los circuitos. Como este pino tiene un resistor de programa de resistencia se puede sumar o disminuir su corriente a través de dispositivos externos, se modulando así el brillo de los LEDs.
Selección de Modo de Operación
El pino 9 tiene por función acceder el modo de programación del CI, si en punto móvil o en la barra móvil. Si el pino 9 fuera conectado al pino 3 (alimentación positiva), el circuito funciona como barra móvil, o sea, a cada LED que acede en la escala el anterior se mantiene aseso. Si el pino 9 se deja abierto (desconectado), el circuito funcionara como escala de punto móvil. Esto significa que a cada LED que enciende, el anterior apaga. Para una escala de punto móvil con 20 o más LEDs el pino 9 está conectado al primer drive de la serie, al pino 1 del siguiente y así sucesivamente. El último pino 9 de la serie se conectará al pino 11 del mismo CI. En la figura 6 mostramos el diagrama de bloques de este sector.
En la figura 7 tenemos un ejemplo de conexión en cascada (conexión en serie) de dos LM3914 para una escala de 20 LEDs.
La tensión de alimentación puede quedar entre 3 y 15 V. En las aplicaciones prácticas veremos cómo utilizar las entradas de este circuito.
Otras características
La corriente extremadamente baja, así como la alimentación a partir de 3 V, hacen el LM3914 ideal para la alimentación de displays. La corriente de reposo de este CI es 2,5 mA lo que es muy interesante para una alimentación a partir de pillas. El circuito tiene todavía una característica de histéresis no incorporada, lo que significa que un LED no salta para otro en la transición. Así, con variaciones rápidas de la señal de entrada, no hay peligro de ocurrir variaciones causadas por picos.
Aplicaciones
En la figura 8 se muestra un circuito básico para la excitación de 20 LEDs, con tensiones positivas y negativas de entrada, o sea, con cero en el centro de la escala.
Tenga en cuenta el regulador de tensión negativa y el ajuste realizado para el centro de la escala con la ayuda de un trimpot de 1 k ohms. La alimentación de este circuito se realiza con una fuente simétrica de 5 + 5 V. Entre las aplicaciones para este circuito se encuentra controlado de una fuente simétrica o de 5 V que alimenta un circuito TTL. O todavía de una línea de alimentación que deba ser mantenida a 0 V y que puede sufrir variaciones tanto positivas como negativas. Para controlar con precisión una fuente TTL, sugerimos el circuito mostrado en la figura 9.
Este circuito tiene una escala expandida de manera que el primer LED se ilumine con 4,46 V y el ultimo con 5,54 V, obteniendo el valor de 5 V en el centro de la escala. Para este circuito la National Semiconductor sugiere los siguientes tipos de LEDs:
LED10 – 5,54 V – rojo
LED 9 – 5,43 V – rojo
LED8 – 5,30 V – amarillo
LED7 – 5,18 V – verde
LED6 - 5.06 V – verde
LED5 – 4,94 V – verde
LED4 – 4,82 V – verde
LED3 – 4,70 V – amarillo
LED2 – 4,58 V – rojo
LED1 – 4,46 V – rojo
La calibración se consigue ajustando el trimpot R1 de manera para obtenerse una tensión Vd de 1,20 V. Luego se aplica una tensión 4,94 V al pino 5 y se ajusta R4 para que el LED 5 se ilumine. Los dos ajustes no se jalan. Vea que este circuito prácticamente no necesita ser filtrado. En la figura 10 tenemos un interesante circuito tipo "signo de exclamación”. La excitación de este circuito consiste en una señal rectangular de 1 kHz con 10% de ciclo activo.
El circuito es alimentado por una fuente de 5 V y el transistor admite equivalentes. Otra aplicación interesante para el LM3914 es dada en la figura 11 donde tenemos una alarma para el final de la escala.
Se trata de un circuito configurado en el modo punto móvil, que opera desde esta forma hasta el momento en que el último LED es accionado. En este instante el circuito se transforma en un display de barra móvil (completo) y todos los LEDS se ilumina. En la figura 12 tenemos un circuito de barra móvil.
En este circuito, al llegar al final de la escala, que es un tipo de barra móvil, tenemos la producción de una oscilación que hace que todos los LEDs parpadeen en una frecuencia de aproximadamente una vez por segundo. Esta frecuencia es dada por C1 que puede tener su valor cambiado. Para obtener histéresis en el circuito básico, tenemos la configuración indicada en la figura 13.
El LM337 es un regulador de la tensión de la National. El circuito proporciona una histéresis de 0,5 mV a 1 mV. Para operación con alta tensión de alimentación tenemos el circuito de la figura 14.
La corriente en los LEDs es de 10 mA aproximadamente, y las salidas del LM3914 funcionan de manera saturada. El transistor 2N2905 puede ser substituido por el equivalente BC557, PNP de uso general. La figura 15 muestra un circuito de display de 10 LEDs con la llave para seleccionar el modo de funcionamiento en punto o barra móvil.
En una posición tenemos la operación como punto de móvil y en la como una barra móvil.
Circuitos de Entrada
Como se indica en cada circuito, los LEDs del LM3914 se activan cuando la tensión varía dentro de una gama de valores.
Si la fuente de señal es un sensor, un amplificador funcional que proporciona la tensión continúa en la gama indicada no hay problemas importantes para el Implementación de la escala. Así, en la figura 16 se muestra cómo utilizar un amplificador operacional para excitar los circuitos indicados, ajustando la ganancia por el resistor de realimentación R1 conforme, la gama de tensiones de la entrada y la de salida.
Para operar con señales alternadas como sonido, por ejemplo, necesitamos rectificar y filtrar esta señal, como se muestra en la figura 17, en la que tenemos un VU-meter típico.
El capacitor que hace la filtraje es muy importante en este circuito ya que determina la "inercia" del display. Un capacitor muy grande hace que las variaciones de escala sean lentas en relación a las variaciones del sonido y tiende responder más a los sonidos agudos. De cualquier manera, la escala debe ser programada desde acuerdo con la gama de tensiones que se aplicará a la entrada. Un manera más simples de hacer esto, cuando la tensión de entrada alcanza valores muy altos y usando un divisor con resistores.
Precaución en el Uso
No basta conocer las características del LM3914 para que pueda ser utilizado sin problemas. Algunos cuidados con el layout de la placa conexión de los LEDs, deben ser tomados, ya que se trata de un circuito conmutador muy sensible y de alta impedancia de entrada. Los principales problemas que pueden ocurrir si una montaje no funciona conforme lo previsto son:
a) Inestabilidad en el momento de la conmutación. El paso rápido desde cero hasta el valor máximo en un LED puede causar problemas en la origen. Para esta finalidad, la fuente debe desacoplar con capacitores de alto valor elevados o todavía capacitores de 47 nF a 1 uF entre el ánodo de los LEDs y el pino 2 puede resolver.
Trillas finas de conexión también causan este problema.
b) Si la iluminación de los LEDs es demasiado lento en la versión de la barra móvil, o todavía si varios LEDs se encienden al mismo tiempo en la versión de punto móvil, esto puede deberse a inestabilidad u oscilaciones o todavía captura de ruidos. Debe ser prevista la blindaje de los cables de señal o todavía el desacoplamiento de la fuente con el capacitor de alto valor. Una tensión en el pino 3 debajo de los limites sugeridos también pueden causar este tipo de problema.
c) En las aplicaciones con escalas expandidas, uno o los dos terminales del divisor deben ser conectados a referencia a través de resistores de valores elevados para que no produzca inestabilidad. Los extremos de alta impedancia deben ser desacoplamiento por capacitores de 1 nF a 100 nF.
d) La disipación de calor, especialmente en la alimentación de baja tensión, debe ser levada en cuenta. Con 5 V de alimentación y todos los LEDs programados para 20 mA, el circuito se disipará cerca de 600 mW. Si un resistor de 7,5 ohms fuera conectado en serie con la línea de alimentación de ánodo de los LEDs, la disipación será reducida a la mitad y con esto el calentamiento del LM3914. Un capacitor de 2,2 uF debe ser conectado entre los ánodos de la línea y la tierra del circuito (después del resistor) para efecto de desacoplamiento. La figura 18 muestra cómo hacer esto
Otras Aplicaciones
Hay una gran cantidad de circuitos prácticos disponibles para el LM3914 en la literatura técnica especializada. En la Internet, en documentación de la propia National Semiconductor (http://www.National.com/) el lector puede encontrar notas de aplicación con circuitos prácticos utilizando el LM3914. Otra posibilidad es introducir el nombre LM3914 en nuestro buscador de datasheet en la página de entrada de este sitio.