MAX4478电路设计：IC形成简单的温度计式电压指示器

本应用笔记描述了一种产生温度计式电压指示器的电路。该电路从底部开始以连续顺序点亮 32 个 LED 的一部分。设计中采用MAX4478运算放大器。

与模拟D'Arsonval仪表不同，温度计刻度是一种没有移动部件的模拟指示器。当您必须快速获取信息但不需要高精度时，它很有用。这种温度计式电压指示器的典型应用是控制面板、车辆仪表板、气动控制的改造以及娱乐设备中的装饰指示器。

奇怪的是，温度计指示器获取模拟值，将其转换为数字，然后以模拟格式显示该数字。图1中的电路将其输入电压转换为时间（成比例的脉冲宽度）。垂直列中有 32 个 LED，然后通过依次点亮所有 LED 来显示电压的模拟，从最低到代表输入电压值的 LED。

图1.该电路通过自下而上连续照亮32个LED的一部分来产生“温度计刻度”。

在每个测量周期开始时，晶体管Q1强制IC1中的放大器B（MAX4478低噪声低失真运算放大器）产生的线性斜坡归零，然后重新启动。所有移位寄存器级也设置为数字零。MAX4478的放大器C将斜坡与输入电压进行比较。当输入电压和斜坡电压相等时，电路产生脉冲。

级联移位寄存器IC2至IC5也在周期开始时复位至零。之后，移位功能由时钟振荡器（MAX4478上的放大器A）的脉冲驱动。第一移位寄存器（IC2）的数据输入始终连接到高电平（即逻辑“1”）。当MAX4478上的放大器C检测到输入电压和斜坡相等时，其从低到高的输出边沿馈ST_CP线路。这反过来又导致移位寄存器级与其输出寄存器之间的数据传输。

移位寄存器链输入端的数字“1”已经移位到的所有移位寄存器级都包含“1”作为输出;高于该级别的所有阶段都包含“0”。数据传输后，输出寄存器复制移位寄存器级的状态。每个输出寄存器驱动列中的 1 个 LED。与数字“1”相关的LED被照亮，从而产生类似于温度计的显示。

从移位寄存器的数据传输到输出寄存器后，输入“1”的移位继续通过移位寄存器链，直到第一个“1”到达链的顶层（IC5，Q7'输出）。该Q7'信号施加于Q1的基极和MAX4478放大器A的输入端，Q1复位斜坡。放大器A在将信号馈送到移位寄存器的MR线之前对信号进行反相和缓冲，该线将所有移位寄存器级（但不是输出寄存器）归零。

对于超量程输入，比较器永远无法检测到斜坡和输入之间的相等性。因此，1N4148二极管将“1”从顶部移位寄存器级馈送到ST_CP线。它通过向所有输出寄存器传输“1”来点亮整个列。在允许的输入电压范围（4.5V至5.5V）内，线性度和稳定性优于1 LED步进。您可以通过添加额外的移位寄存器IC（每个IC驱动8个LED）以及重新计算斜坡和时钟周期来添加更多步骤（即更多LED）。时序图（图2）给出了电路中更重要波形的相对时间关系。

图2.这些波形说明了图1中的电路工作原理。迹线1：MAX4478放大器B产生的线性斜坡。迹线2：放大器C的输出，用于比较斜坡和输入电压。迹线3：放大器A产生的移位寄存器复位脉冲。迹线4：最后一个移位寄存器输出。

审核编辑：郭婷