Перейти к содержанию

LM3914 — драйвер светодиодной шкалы на 10 точек с линейным шагом

LM3914 превращает напряжение в светящийся столбик или бегущую точку из десяти светодиодов: внутри буфер, десять компараторов, делитель с равными ступенями и регулируемый опорный источник, а ток светодиодов задаётся одним резистором. Разбираем по даташиту Texas Instruments выводы, параметры, расчёт опорного напряжения и тока, нагрев в режиме столбика и соединение двух микросхем в шкалу на 20 точек.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

LM3914 — аналоговый индикатор уровня на одной микросхеме: входное напряжение через буфер с малым входным током сравнивается десятью компараторами с отводами внутреннего делителя, и каждый компаратор включает свой светодиод. Шаг у LM3914 линейный — все десять ступеней делителя равны. Выходы — регулируемые источники тока с открытым коллектором, поэтому резисторы последовательно со светодиодами не нужны. Чем такая шкала отличается от динамической индикации на MAX7219 и как вообще питают светодиоды, рассказано в статье «Светодиоды и их драйверы».

Коротко

  • Питание — характеристики при V+ от 3 до 20 В, предельно 25 В; столько же выдерживают выходы.
  • Вход выдерживает ±35 В без повреждения и ложной индикации, работает от нуля (V−).
  • Делитель — 10 ступеней, 8–17 кОм от вывода 6 до вывода 4, точность 0,5 % тип. и 2 % макс.
  • Опорный источник — 1,2–1,34 В (1,28 В тип.) между выводами 7 и 8, поднимается внешним делителем.
  • Ток светодиодов — около 10 токов, отбираемых от вывода 7: 7–13 мА при 1 мА.
  • Корпус — PDIP-18 (LM3914N-1), рабочая температура 0…+70 °C, кристалл не горячее 100 °C.

Выводы

LM3914, вид сверху: 1 светодиод 1, 2 V−, 3 V+, 4 нижний конец делителя RLO, 5 вход сигнала, 6 верхний конец делителя RHI, 7 выход опорного источника, 8 подстройка опорного источника, 9 выбор режима, 10 светодиод 10, 11 светодиод 9, 12 светодиод 8, 13 светодиод 7, 14 светодиод 6, 15 светодиод 5, 16 светодиод 4, 17 светодиод 3, 18 светодиод 2LM39141LED12V−3V+4RLO5SIG6RHI7REF OUT8REF ADJ9MODE10LED1011LED912LED813LED714LED615LED516LED417LED318LED2вид сверху
LM3914 в корпусе DIP-18, вид сверху, по рис. 29 даташита TI
ВыводОбозначениеНазначение
1LED1светодиод № 1 (нижний); в каскаде — вход переноса от предыдущей микросхемы
2V−общий провод: к нему сводят все возвраты
3V+питание микросхемы
4RLOнижний конец делителя
5SIGвход сигнала
6RHIверхний конец делителя
7REF OUTвыход опорного источника; ток от него задаёт яркость
8REF ADJподстройка опорного источника
9MODEвыбор режима и перенос в каскаде
10–18LED10…LED2светодиоды № 10…2: вывод 10 — № 10, вывод 18 — № 2

Светодиоды включают анодами к общему плюсу VLED, катодами к выводам. Порядок обратный номерам: № 1 — на выводе 1, № 2 — на выводе 18, № 10 — на выводе 10. В даташите есть и корпус PLCC-20 (LM3914V), но в перечне заказных исполнений от 23.12.2025 осталось только LM3914VX/NOPB со статусом Obsolete, а исполнения в DIP в этом перечне нет. Размеры DIP — на странице корпуса DIP-18.

Параметры

Предельные режимы: питание 25 В, напряжение на выходах 25 В, вход ±35 В (ток вывода 5 — не больше ±3 мА; с резистором 39 кОм последовательно вход выдерживает ±100 В), напряжение делителя — от −100 мВ до V+, ток нагрузки опорного источника 10 мА, мощность 1365 мВт в PDIP, кристалл — до 100 °C, θJA = 55 °C/Вт. Характеристики — при 25 °C, IL(REF) = 0,2 мА, VLED = 3,0 В и режиме столбика, если не указано иное:

ПараметрМин.Тип.Макс.Условия
Смещение буфера и первого компаратора3 мВ10 мВ0 ≤ VRLO = VRHI ≤ 12 В, ILED = 1 мА
Смещение буфера и любого другого компаратора3 мВ15 мВто же
Входной ток (вывод 5)25 нА100 нА0 ≤ VIN ≤ V+ − 1,5 В
Сопротивление делителя (выводы 6–4)8 кОм12 кОм17 кОм
Точность порогов0,5 %2 %10,000 В на выводе 6, 0 В на выводе 4
Опорное напряжение1,2 В1,28 В1,34 В0,1–4 мА, V+ = VLED = 5 В
Ток вывода REF ADJ75 мкА120 мкА
Ток светодиода7 мА10 мА13 мАV+ = VLED = 5 В, IL(REF) = 1 мА
Разброс токов выходов1,2 мА3 мАILED = 20 мА, VLED = 5 В
Падение на выходе1,5 ВILED = 20 мА, ток падает на 2 мА
Ток потребления, все выходы выключены2,4 мА4,2 мАV+ = 5 В, IL(REF) = 0,2 мА
Ток потребления, все выходы выключены6,1 мА9,2 мАV+ = 20 В, IL(REF) = 1 мА

Концы делителя можно подключать к любым двум напряжениям не ниже V− и не выше V+ − 1,5 В. Для растянутой шкалы напряжение на делителе может быть всего 200 мВ, но тогда TI рекомендует режим столбика: режим точки пригоден от 50 мВ на ступень. Гистерезиса нет; в режиме точки соседние светодиоды перекрываются примерно на 1 мВ, поэтому момента, когда не горит ни один, не бывает.

Опорное напряжение и ток светодиодов

Опорный источник держит около 1,25 В между выводами 7 и 8. Резистор R1 стоит между ними, R2 — от вывода 8 на общий провод, и напряжение на выводе 7 по формуле на с. 9 даташита:

UREF OUT=UREF(1+R2R1)+IADJR2.U_\text{REF OUT} = U_\text{REF}\left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right) + I_\text{ADJ} R_2 .

Яркость задаёт ток, который отбирают от вывода 7: через каждый горящий светодиод течёт примерно в 10 раз больший ток. TI прямо требует учитывать в нём и внутренний делитель, и внешние делители, подключённые к выводу 7.

Пример: шкала 0–5 В по рис. 1 (наш расчёт). R1 = 1,21 кОм, R2 = 3,83 кОм, вывод 6 соединён с выводом 7, вывод 4 — с общим проводом, вывод 9 — с V+ (столбик).

  • Без члена IADJ, как в формуле на рис. 1: 1,25 · (1 + 3,83 / 1,21) ≈ 5,21 В — шаг шкалы около 0,52 В.
  • С типовым IADJ = 75 мкА добавляется 0,075 мА · 3,83 кОм ≈ 0,29 В, всего около 5,5 В; с наибольшим 120 мкА — около 5,67 В. Поэтому в точных шкалах R2 делают подстроечным.
  • Ток от вывода 7: через R1 — 1,25 / 1,21 ≈ 1,03 мА, через делитель 12 кОм — 5,21 / 12 ≈ 0,43 мА, всего около 1,47 мА. Отсюда ток светодиодов около 15 мА, а не 10,3 мА по формуле ILED ≈ 12,5 / R1 с рис. 1. С делителем 8 или 17 кОм — от 1,34 до 1,68 мА, то есть 13–17 мА.
  • V+ не ниже 5,2–5,5 + 1,5 ≈ 6,7–7 В — отсюда и нижняя граница 6,8 В на рис. 1.

Наш вывод: формула ILED ≈ 12,5 / R1 годится как первая оценка, а точный ток задают подбором R1 с учётом делителя. Разброс самой микросхемы при этом остаётся: при 1 мА от опорного источника — от 7 до 13 мА.

Нагрев в режиме столбика

В режиме столбика при полной шкале горят все десять светодиодов, и разность между VLED и прямым напряжением светодиода падает на выходных транзисторах. TI приводит пример: при питании 5 В и токе 20 мА на светодиод микросхема рассеивает больше 600 мВт. Наш расчёт: при θJA = 55 °C/Вт это нагрев кристалла больше чем на 33 °C, а при 70 °C вокруг кристалл уже выйдет за предельные 100 °C — при 70 °C допустимо (100 − 70) / 55 ≈ 545 мВт.

Средство из даташита — резистор 7,5 Ом последовательно с питанием светодиодов, нижний конец которого блокируют танталовым конденсатором 2,2 мкФ на вывод 2: по словам TI, это вдвое снижает нагрев микросхемы. Наш расчёт: при десяти светодиодах по 20 мА на резисторе падает 0,2 А · 7,5 Ом = 1,5 В и выделяется 0,3 Вт — резистор берут с запасом по мощности.

Каскад: шкала на 20 точек

Режим точки (рис. 15 и раздел Mode Pin Use). Вывод 9 первой микросхемы — той, у которой пороги ниже, — соединяют с выводом 1 второй, вывод 9 второй — с выводом 1 третьей и так далее. Параллельно светодиоду № 9 каждой микросхемы, кроме последней, ставят резистор 20 кОм (вывод 11 — VLED). Когда загорается первый светодиод следующей микросхемы, вывод 9 предыдущей опускается на прямое напряжение светодиода, и её светодиод № 10 гаснет. Вспомогательный источник тока вывода 1 держит через этот светодиод не меньше 100 мкА; если с яркими светодиодами в темноте это заметно, TI предлагает зашунтировать его резистором 10 кОм.

Шкала с переключателем режима (рис. 24, «20-Segment Meter with Mode Switch»). Обе микросхемы питаются от 5 В, входы соединены. У первой REF ADJ и RLO — на общем проводе, REF OUT даёт 1,2 В на её RHI, резистор 1,1 кОм — на общий провод. У второй RLO и REF ADJ подключены к этим 1,2 В, REF OUT даёт 2,4 В на её RHI, резистор 2,4 кОм — на общий провод. Шкала 0–2,4 В, светодиоды по примечанию к рисунку — 10 мА. Режим выбирает двухполюсный переключатель BAR/DOT в цепи выводов 9: в положении DOT вывод 9 первой микросхемы идёт на вывод 1 второй — это каскад точки, как на рис. 15; в положении BAR выводы 9 подключаются к питанию V+, и каждая микросхема зажигает свой столбик. Параллельно светодиоду на выводе 11 первой микросхемы стоит резистор 20 кОм — та же цепь, что нужна каскаду в режиме точки. Примечание к рисунку подчёркивает, что вывод 9 должен получать V+ ровно таким, как оно приходит на вывод 3.

Монтаж и устойчивость

  • Общий провод. Возвраты от источника сигнала, опорного источника и нижнего конца делителя сводят в одну точку у вывода 2. Иначе ток светодиодов создаёт падения на проводах, и шкала врёт или возбуждается.
  • Длинные провода к светодиодам. От общего анода к выводу 2 — конденсатор от 0,05 до 2,2 мкФ; при длине проводов питания светодиодов от 6 дюймов (около 15 см) на рис. 1 стоит 2,2 мкФ тантал или 10 мкФ алюминиевый.
  • Высокоомные концы делителя в растянутых шкалах блокируют на вывод 2 конденсатором не меньше 0,001 мкФ, при помехах — до 0,1 мкФ.
  • Признаки возбуждения — медленное включение в режиме столбика или несколько горящих светодиодов в режиме точки. Если монтаж в порядке, по даташиту обычно виновато слишком низкое V+.

Расхождения в документации

  • Опорное напряжение. В тексте и в формуле рис. 1 — 1,25 В, в таблице характеристик — 1,2–1,34 В, типично 1,28 В. Наш вывод: точку шкалы задавайте подстройкой, а не расчётом.
  • Ток светодиодов. Формула рис. 1 ILED ≈ 12,5 / R1 не учитывает делитель, который по разделу Current Programming тоже нагружает вывод 7; формула Ref Out на рис. 1 опускает член IADJ · R2 из формулы на с. 9.
  • Ток потребления. В разделе Other Device Characteristics — 1,6 мА типично и 2,5 мА максимум, в таблице — 2,4 и 4,2 мА при V+ = 5 В.
  • Последняя микросхема каскада. По тексту раздела Mode Pin Use её вывод 9 соединяют с выводом 11, а на рис. 15 вывод 9 второй, последней, микросхемы ни к чему не подключён.
  • Корпуса. Описание называет LM3914N-1 в PDIP-18, а перечень заказных исполнений от 23.12.2025 и страница продукта содержат только LM3914VX/NOPB в PLCC со статусом Obsolete.
  • Страница продукта. В таблице Product details указаны питание до 15 В (в даташите характеристики даны до 20 В, предел — 25 В) и ток выключения «2,4 мкА» — в даташите 2,4 мА при всех выключенных выходах.

Частые вопросы

Как задать ток светодиодов LM3914?

Ток каждого горящего светодиода примерно в 10 раз больше тока, который отбирают от вывода 7 (REF OUT). В этот ток входит и резистор R1 между выводами 7 и 8, и внутренний делитель, если вывод 6 подключён к выводу 7. Формула рис. 1 ILED ≈ 12,5 / R1 учитывает только R1: для R1 = 1,21 кОм она даёт 10,3 мА, а с делителем 12 кОм получается около 15 мА (наш расчёт). Разброс самой микросхемы — от 7 до 13 мА при токе опорного источника 1 мА.

Как переключить LM3914 между точкой и столбиком?

Вывод 9 (MODE) соединяют прямо с выводом 3 (V+) — режим столбика; оставляют свободным — режим точки. По даташиту столбик включается, когда вывод 9 не ниже V+ на 20 мВ, а точка — когда он ниже V+ хотя бы на 200 мВ или не подключён. Соединение 9–3 делают отдельным проводником, по которому не течёт ток светодиодов.

Какое питание нужно LM3914?

Характеристики даны при V+ от 3 до 20 В, предельное значение — 25 В. Опорное напряжение и концы делителя должны быть ниже V+ хотя бы на 1,5 В, поэтому для шкалы 0–5 В на рис. 1 даташита питание — 6,8–18 В. Светодиоды можно питать отдельно, даже пульсирующим напряжением после выпрямителя; тогда TI советует танталовый конденсатор 2,2 мкФ от плюса светодиодов к выводу 2.

Сколько LM3914 можно соединить в одну шкалу?

Даташит говорит о шкалах от 20 до 100 с лишним точек. В режиме точки вывод 9 первой микросхемы соединяют с выводом 1 следующей и так далее, параллельно светодиоду № 9 каждой микросхемы, кроме последней, ставят резистор 20 кОм. Делители микросхем включают последовательно, чтобы каждая следующая продолжала шкалу предыдущей.

Источники

  1. Texas Instruments. LM3914 Dot/Bar Display Driver (SNVS761B, January 2000, revised March 2013) — с. 1 — Features, Description, диапазон 0…+70 °C, LM3914N-1 в PDIP-18 (NFK); с. 2 — рис. 1, шкала 0–5 В: R1 1,21 кОм, R2 3,83 кОм, формулы Ref Out и ILED, V+ 6,8–18 В, конденсатор 2,2 мкФ; с. 3 — предельные режимы, примечания 3 и 4 (кристалл до 100 °C, 55 °C/Вт, ток вывода 5 до ±3 мА), характеристики компараторов и делителя; с. 4 — опорный источник, выходы, ток потребления, примечание 4 о режимах; с. 9 — Functional Description, формула VOUT с IADJ·R2, Current Programming, Mode Pin Use; с. 10 — Dot Mode Carry; с. 11 — Other Device Characteristics, рис. 15 (каскад в режиме точки); с. 18 — рис. 24 (шкала на 20 точек) и Application Hints; с. 19 — нагрев в режиме столбика и резистор 7,5 Ом; с. 22 — рис. 29, выводы PDIP; Package Option Addendum от 23.12.2025
  2. Texas Instruments. LM3914 Dot/Bar Display Driver — страница продукта — статус Obsolete, «no longer in production»; даташит — Rev. B от 26.03.2013; Product details: 10 каналов, 10 мА на канал, Vin 3–15 В, ток выключения «2.4 µA», 0…70 °C; корпус — только PLCC (FN) 20

Нашли ошибку?

Смотрите также