Voltímetro de barra de 10 LEDs

LM3914

El LM3914 es un driver de pantalla de 10 LEDs lineal. Integra una red divisora de precisión con diez comparadores repartidos uniformemente, una referencia de tensión programable de 1,25 V y un buffer de entrada de alta impedancia. Cada salida es un sumidero de corriente constante que fija la corriente por su LED, sin necesidad de resistencia limitadora en serie.

Un pin de modo elige entre visualización en punto (solo el LED correspondiente al nivel) o en barra (todos los LEDs encendidos hasta el nivel), y la escala se programa con dos resistencias externas. Admite alimentación única entre 3 V y 25 V, lo que permite montarlo junto a la mayoría de circuitos analógicos.

Cómo funciona

La señal a medir entra por el pin 5 (SIG) y va al buffer interno, que la compara en paralelo contra las diez derivaciones de la cadena divisora interna. Esa cadena está tendida entre el pin 6 (RHI, extremo alto) y el pin 4 (RLO, extremo bajo). En este montaje RLO se conecta a masa y RHI se une al pin 7 (REF OUT), por lo que la tensión de fondo de escala coincide con la de la referencia programada.

Los pines 7 y 8 forman la referencia programable. R1 (1,21 kΩ) entre REF OUT y REF ADJ, junto con R2 (3,83 kΩ) entre REF ADJ y masa, fijan la tensión de salida de REF OUT alrededor de los 5 V necesarios para una escala de 0 V a 5 V en la entrada.

El pin 9 (MODE) decide la presentación: aquí va directamente a V+, así que el display funciona en modo barra: cuanto mayor es la señal, más LEDs encendidos a la vez. C1 (2,2 µF) desacopla la línea de +12 V que alimenta los ánodos de los LEDs y absorbe el escalón de corriente al encenderlos. D1–D6 son verdes, D7–D8 amarillos y D9–D10 rojos, reproduciendo el código visual clásico “verde-amarillo-rojo” según el nivel sube hacia el fondo de escala.

Como cada salida es una fuente de corriente constante interna, no hace falta una resistencia en serie con cada LED: el propio LM3914 fija la corriente igual para los diez.

Diseño de aplicación

Tensión de fondo de escala

Con R1 y R2 entre REF OUT, REF ADJ y masa, la referencia interna de 1,25 V se amplifica según:

$V_{REF} = 1{,}25\ \text{V} \cdot \left(1 + \frac{R_2}{R_1}\right) + I_{ADJ} \cdot R_2$

donde $I_{ADJ} \approx 80\ \mu\text{A}$ es la corriente típica del pin REF ADJ. Con $R_1 = 1{,}21\ \text{k}\Omega$ y $R_2 = 3{,}83\ \text{k}\Omega$:

$V_{REF} = 1{,}25 \cdot \left(1 + \frac{3{,}83}{1{,}21}\right) + 80\ \mu\text{A} \cdot 3{,}83\ \text{k}\Omega \approx 5{,}5\ \text{V}$

Suficiente para cubrir una entrada de 0 V a 5 V con un pequeño margen por encima. Cada LED se enciende cada 500 mV aproximadamente ($V_{REF}/10$).

Corriente por LED

La corriente de los LEDs es diez veces la que circula por la cadena divisora interna, que a su vez queda fijada por R1:

$I_{LED} \approx \frac{12{,}5\ \text{V}}{R_1} = \frac{12{,}5}{1\,210} \approx 10{,}3\ \text{mA}$

Un valor cómodo para LEDs estándar de 3 mm o 5 mm. Para subir el brillo, basta bajar R1 (y recalcular R2 para mantener el fondo de escala); para bajarlo, subirla.

Alimentación y modo barra

En modo barra con los diez LEDs encendidos el integrado drena unos 100 mA de la línea de +12 V, por lo que esa fuente debe ser capaz de entregarlos de sobra. El condensador C1 de 2,2 µF cerca del integrado es imprescindible: evita oscilaciones y mantiene estable la línea de ánodos cuando los LEDs se encienden a la vez.

Otras aplicaciones

El LM3914 cubre cualquier indicación analógica en la que una barra de 10 puntos resulte más legible que un dial o un display numérico:

• Voltímetro analógico de panel. El uso directo del esquema, con la escala programable por R1/R2 para cualquier rango.
• Indicador de carga de batería. Con un divisor a la entrada se calibra el fondo de escala al nivel máximo típico (p. ej. 14,4 V en plomo-ácido).
• Vúmetro de audio. Precedido de un rectificador y un filtro pasa-bajos, muestra el nivel de una señal de audio en una barra.
• Termómetro con LM35 o similar. La salida de 10 mV/°C del LM35 ataca directamente la entrada SIG y la escala cubre el rango de interés.
• Indicador de nivel de líquido o de posición. Un potenciómetro o un sensor de distancia da la señal de entrada para una regleta visual de 10 pasos.