利用LM339電壓比較器制作蓄水池水位計。該設(shè)計根據(jù)水位高低，進行信號處理，控制多個電壓比較器輸入端的電位，使其輸出端有相應的變化，從而驅(qū)動不同的LED發(fā)光管，達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；

輸出可以用開路集電極連接“或”門；

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)在當比較器改變狀態(tài)時，輸出電壓過渡的間隙。電源加旁路濾波并不能解決這個問題，標準PC板的設(shè)計對減小輸入—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，而且增加甚至很小的正反饋量（滯回1.0~10mV）能導致快速轉(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，如果輸入信號是脈沖波形，并且上升和下降時間相當快，則滯回將不需要。比較器的所有沒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。保護部分必須能阻止輸入電壓向負端超過-0.3V.LM393/339的輸出部分是集電極開路，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。此輸出能作為一個簡單的對地SPS開路（當不用負載電阻沒被運用），輸出部分的陷電流被可能得到的驅(qū)動和器件的β值所限制。當達到極限電流（16mA）時，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。當負載電流很小時，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水位計制作的原理

水位計的主要電路由 4 個LM 339 電壓比較器組成， 這種集成電路具有易購、價格低廉， 且可單電源工作、差動范圍寬等特點。每個LM 339 有 4 個各自獨立的電壓比較器（本設(shè)計采用15 個） ， 其正負輸入端之間只要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)。當正輸入端比負輸入端高出10 mV 時， 其輸出端呈高電平; 當負輸入端比正輸入端高出 10 mV 時， 其輸出為低電平， 并可直接驅(qū)動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電阻， 這個電阻稱為上拉電阻。即當LM 339 輸出端呈高阻態(tài)時， 由該電阻把輸出端的電位拉起來。

該裝置的原理框圖如圖 1 所示， 其電壓信號測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， 應用電磁感應原理［ 1 ］ ， 令相應的干簧管常開觸點閉合， 使相應的分壓電阻接入， 電路拾取不同的電壓信號。比較器負輸入端電位由固定的分壓電阻構(gòu)成， 被測電壓信號與設(shè)定的電位進行比較處理，驅(qū)動L ED 以顯示水位的高低， 并在到達最高水位時報警， 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， 當環(huán)形磁鋼靠近某個干簧管時常開觸點閉合;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輸入端的電位。各負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。當懸浮水面的磁鋼靠近某個干簧管時， 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， 此信號與比較器負輸入端設(shè)定的電位比較之后， 就會有相應的輸出。從圖 2 看， 當 GK 1 吸合時， 相當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， 均低于它們的負輸入端， 所以輸出端都是低電平， 使各L ED 都點亮。此時A 1 的輸出由高電平降為低電平， 通過電容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， 帶動蜂鳴器報警， 其延續(xù)時間由接在 6、7 腳的阻容元件決定。當 GK 2 吸合時， 應該使L ED 2～L ED 15 點亮而L ED 1 熄滅。此時各比較器的正輸入端電位高于A 1 的負輸入端電位， 低于A 2～A 15 負輸入端的電位， 其他以此類推。

器件的選用

a. 設(shè)定各比較器的負輸入端電位為V sh。

對各比較器的負輸入端電位， 根據(jù)電源和水深分成的段數(shù)進行人為的設(shè)定。因為已將池深分為 15 段進行顯示， 所以自 21 10 V 起， 每個相鄰負輸入端之間相差 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. 計算出各比較器負輸入端對地電阻R 02 ， R 04 ， ， R 030 ， 為R r。設(shè)負輸入端對地電阻為R r ， 各負輸入端的電位為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)以上公式計算 （其結(jié)果為理論數(shù)值， 詳見表 1 中第 2 行所示各數(shù)據(jù)）。

d. 由R r 確定標稱值電阻R b。

實際上， 市售電阻的標稱值與此計算值有差別， 在具體運用時， 可選與之相近阻值的標稱電阻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 的負輸入端電位V 。

當選定標稱值的電阻R b 后， 再用下式驗算由此電阻產(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±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 GK 1 吸合時， 從表 1 中看出， 應滿足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這個阻值不是標稱值，選相近的標稱值電阻 48 k 。

再求其他各電阻R 2 ， R 3 ， ， R 15 ， 均可用此計算， 其結(jié)果為理論值， 在實踐中稍有偏差， 經(jīng)修正后， 其數(shù)值見表 1 中的第 5 行。經(jīng)過這樣選擇的上述各參數(shù)， 就能保證當池中水位達到最低限位、托著磁鋼的浮子沉到最低位時， 磁鋼脫離所有的干簧管， L ED 全部熄滅; 而當?shù)?1 個干簧管GK 1 吸合時（相當池中水位達到最高限位， 托著磁鋼的浮子上升到最高位） L ED 都點亮。在浮子處在中間某位置時， 其相對應的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)過以上計算，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， 這個距離可以保證磁鋼總能吸合一個鄰近的干簧管， 以免出現(xiàn)顯示斷點， 即防止在運行中磁鋼既沒有吸合上面的干簧管又沒有吸合下面的干簧管， 使LED的顯示全部熄滅， 造成無水假象。對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， 再用導線按間距小于等于200mm 的距離連接起來， 封裝在25mm 的硬塑料管中， 管的上下口要嚴密封固以免漏水。管子外套一個環(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與管壁摩擦而被卡住。