Современная электроника №5/2026

ИНЖЕНЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ 51 WWW.CTA.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА • № 5 / 2026 Рис. 2. Временны́е диаграммы работы измерителя При ёмкости датчика С ВС1 = 270 пФ, соответствующей заполненной бочке, постоянная времени зарядки при сред­ нем положении движка R7 составляет: , что соответствует периоду генерато­ ра импульсов на компараторе DA1.1. На рис. 2 приведены временны́е диа­ граммы работы измерителя. Начало отсчёта времени совпадает с началом импульса отрицательной полярности на выходе DA1.1. За счёт положительной обратной связи через резистор R11 компара­ тор DA1.2 работает в режиме инвер­ тирующего триггера Шмитта с поро­ гом включения U ПОР , равным половине напряжения питания. Пока напря­ жение на ёмкости датчика ниже это­ го уровня, на его выходе напряже­ ние близко к напряжению питания (жёлтая линия). Когда напряжение на входе пересекает указанный уро­ вень, триггер Шмитта переключает­ ся, напряжение на его выходе стано­ вится близким к нулю. Время, требуемое для зарядки ёмко­ сти датчика до срабатывания тригге­ ра Шмитта, прямо пропорционально этой ёмкости и, соответственно, изме­ ряемому уровню воды. Таким образом, на выходе DA1.2 формируются импульсы положитель­ ной полярности, длительность кото­ рых прямо пропорциональна уров­ ню воды. При ёмкости датчика ВС1 270 пФ и пороговом напряжении триг­ гера Шмитта U ПОР , равном половине напряжения питания U ПИТ , коэффици­ ент заполнения импульсов К И соста­ вит . Цепочка R13C2 с постоянной време­ ни 220 мс усредняет импульсы, и на конденсаторе С2 формируется посто­ янное напряжение, прямо пропорци­ ональное уровню воды. При ёмкости датчика 270 пФ оно составит примерно 0,7 от напряжения питания, т.е. 5 В × × 0,7 = 3,5 В. У этого напряжения есть небольшая «подставка», связанная с ёмкостями соединительных проводов и с собственной ёмкостью датчика при отсутствии воды. Для управления светодиодным бло­ ком HL1 используются две микросхе­ мы – драйверы светодиодов LM3914N1 [6]. Входной ток драйверов по изме­ рительному входу SIG не превышает 100 нА, поэтому никакого буферно­ го усилителя после сглаживающей цепочки не требуется. Драйверы работают практически независимо один от другого, общим для них является только делитель напряжения R14–R17. Делитель обе­ спечивает на входах RHI и RLO напря­ жения, указанные на схеме. Для включения светодиодов в режиме «столбика» входы управления режи­ мом С/Т подключены к плюсу пита­ ния. Пока напряжение на измеритель­ ном входе SIG микросхемы DA3 нахо­ дится в пределах, указанных на её входах, на светодиодном блоке HL1 светится столбик из соответствую­ щего числа светодиодов, но не более десяти. Если напряжение на входах SIG превысит уровень RHI микросхемы DA3, равный уровню RLO DA2, в рабо­ ту включается микросхема DA2, нач­ нут светиться светодиоды верхней половины блока HL1, все светодиоды нижней половины останутся вклю­ чёнными. Как показано выше, порог индика­ ции верхнего уровня воды должен составлять 0,7 напряжения питания, примерно такое напряжение задаёт­ ся делителем на входе RHI микросхе­ мы DA2. «Подставка» компенсируется подстройкой резистора R17, задающе­ го напряжение на входе RLO (ниж­ нем выводе внутреннего делителя). При расчёте делителя R14–R17 учте­ но, что сопротивление внутренних делителей LM3914N1 (между выво­ дами RHI и RLO) составляет 10 кОм. Встроенные в микросхемы DA2 и DA3 источники опорного напряже­ ния не используются, поскольку поро­ ги должны быть пропорциональны напряжению питания, а не стабили­ зированными. Токи через светодиоды задаются резисторами R18 и R19, они определя­ ются по формуле I СД = 12,5/R (мА, В, кОм) и при указанных на схеме сопротивле­ ниях 6,2 кОм составляют около 2 мА. В измерителе использованы посто­ янные резисторы МТ, МЛТ и их импортные аналоги, R7 – многообо­ ротный резистор из Алиэкспресс [7] и R17–СП319а. Рисунок проводников печатной платы позволяет устано­ вить в качестве R7 и R17 подстроеч­ ные резисторы любого из указанных типов. Конденсатор С1–КМ6, С2–С5 – для поверхностного монтажа типо­ размера 0603. Микросхема LM393N может быть заменена на К1401СА3 или КР1040СА1. Диоды VD2 и VD3 должны иметь различающееся не менее чем на 20 мВ падение напряжения при токах порядка 10 мкА…1 мА. Проверить это можно при помощи цифрового муль­ тиметра, имеющего режим контроля диодов. При работе в этом режиме на дисплее мультиметра индицируется падение напряжения на диоде при некотором небольшом токе, впол­ не подходящем для такого измере­ ния. Также можно измерить падение напряжения на диодах при помощи прибора Mega328 или любого друго­ го аналогичного. Вполне возможно, что из несколь­ ких однотипных диодов можно подо­ брать такую пару, но, если использо­ вать диоды указанных на схеме типов, подбор не требуется. Использованные автором взятые случайным образом диоды имели разность падений напря­ жения около 80 мВ. Если не устанавливать диод VD3, «подставка» существенно увеличива­ ется, поскольку длительность импуль­ сов положительной полярности на выходе компаратора DA1.2 суммиру­ ется с длительностью импульсов на выходе DA1.1.