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라디오 전자 및 전기 공학의 백과사전 LCD를 갖춘 디지털 미니 전압계. 무선전자공학 및 전기공학 백과사전
이 기사의 저자는 감소된 공급 전압에서 ICL71x6 제품군(KR572PV5 포함)의 여러 ADC 마이크로 회로와 해당 유사 제품의 성능을 조사했습니다. 이러한 연구 결과를 사용하여 그는 소형 디지털 전압계의 독창적인 설계를 개발했습니다. IСL130x71 칩 제품군에 속하는 MAX6 ADC 칩을 기반으로 200mV, 2, 20 및 200V의 네 가지 측정 한계를 가진 소형 전압계가 개발되었습니다. 장치의 기본 다이어그램은 그림 1에 나와 있습니다. XNUMX.
전압계의 모양은 그림 2에 나와 있습니다. XNUMX.
이 일련의 미세 회로 선택은 감소된 공급 전압에서의 작동 한계가 저렴하고 접근 가능한 저전력 감지기인 KR1171SP42 미세 회로의 임계 전압과 거의 일치한다는 사실로 설명됩니다. 이 감지기를 사용하면 공급 전압이 특정 수준 아래로 감소할 때 잘못된 측정을 방지할 수 있습니다. ICL7106(KR572PV5)에 비해 소비전류가 현저히 낮아 소형 배터리 사용 시에도 전압계 작동시간을 늘릴 수 있었다. 32,768kHz의 크리스털 주파수에서 전압계는 초당 약 2(32768/16000) 판독값을 제공합니다. VR 신호 주파수는 약 40Hz(32768/800)입니다. 미니 전압계에 사용된 MAX130CPL 마이크로 회로의 경우 측정 정확도가 유지되는 최소 작동 전압은 4,27V로 나타났습니다. 따라서 사용 가능한 1171SP42 감지기의 4,3개 인스턴스 중에서 응답 전압이 크게 확산됨), 동작 전압이 Us = 60V이고 히스테리시스가 4,36mV(턴오프 전압은 약 XNUMXV)인 인스턴스를 선택했습니다. ADC의 정확도는 ADC에 사용되는 커패시터의 품질과 크게 관련됩니다. ICL71xx ADC 사용에 관한 독점 문서 및 기사에서는 유전체의 흡수 계수가 낮은 커패시터를 사용하는 것이 좋습니다. 세라믹 커패시터가 C6(적분 회로의 커패시턴스)으로 사용되는 경우 변환의 선형성 오류는 약 0,1%이고 폴리스티렌 및 폴리프로필렌 유전체의 경우 각각 0,01% 및 0,001%입니다. 국내 커패시터 중에서는 K71-4, K71-5, K72P-6, K72-9, K73P-7, K73-16, K73-17을 권장합니다. 제로 보정 장치의 커패시터 C4와 기준 전압이 있는 C2는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 유전체와 함께 사용할 수 있습니다. 참고로 K70-xx 및 K71-xx 그룹의 커패시터 - 폴리스티렌 유전체, K72-xx 그룹 - 불소 수지, K73-xx - 폴리에틸렌 테레프탈레이트, K78-xx - 폴리프로필렌. 전압계는 표시기의 치수와 일치하는 치수의 프로토타입 인쇄 회로 기판에 조립됩니다. ADC 칩은 표시기 아래에 있고 나머지 요소는 브레드보드 뒷면에 있습니다. 입력 분배기를 제외한 모든 저항은 0805 사이즈의 칩 저항입니다. 설치는 가는 선으로 이루어집니다. 전압계 보드는 80x35x15mm 크기의 판금 케이스에 설치됩니다. 표시기 반대편에는 투명한 플라스틱 판(CD 상자 덮개에 있음)이 접착된 케이스에 잘린 창이 있습니다. 배터리 칸의 크기는 35x15x15mm입니다. 100mV의 기준 전압을 얻기 위해 요소 R1, VD1, R3, R5, R6이 사용됩니다. 통합 제너 다이오드 AD1580ART(Ist min = 50μA!)의 특성은 RER1004(LM385)의 특성보다 약간 우수하며 소형 SOT-23 패키지로 제공됩니다. 트리밍 저항 R100을 조정하여 저항 R5에 6mV의 기준 전압이 설정됩니다. 특별한 스위치 없이 1개의 전압 측정 한계가 있는 전압계를 만드는 것이 가능했습니다. 테스트 프로브 커넥터에 내장된 외부 전압 분배기가 XP3 커넥터에 연결됩니다. 입력 분배기 회로는 그림 4에 나와 있습니다. 1, 그리고 그림. 90는 그 디자인을 보여준다. 다른 측정 한계로 전환하려면 전압계의 XPXNUMX 커넥터에서 분배기가 있는 프로브를 분리하고 프로브를 XNUMX도 돌린 다음 두 노드를 다시 연결하면 됩니다.
전압 분배기가 연결된 전압계의 입력 저항은 11,1MOhm입니다(분배기 없음 - 약 100MOhm). 입력 전압 분배기에서 허용 오차가 2%인 저항 C29-0,062V 0,125 또는 0,1W를 사용하는 것이 가장 좋습니다. 분배 저항의 저항은 10의 배수로 선택되므로 선택이 더 쉽습니다. 이 경우 분배기 하단 암의 저항은 11,11kOhm이어야 합니다. 이 등급은 저항기 C2-29V(시리즈 E192)에 대해 존재합니다. [1]의 조언을 사용하여 E24 시리즈 값이 12kOhm 및 150kOhm인 두 개의 저항을 병렬로 연결할 수 있습니다(11,11kOhm 값을 선택하는 것이 중요함). 0,1% 공차의 저항을 분배기에 설치할 경우 추가 선택이 필요하지 않습니다. 안타깝게도 10MΩ 정격의 정확한 소형 저항기를 찾는 것은 불가능합니다. 따라서 0805 칩 저항기로 집에서 저항을 만들어야 했고, 이러한 저항의 회로와 설계는 그림 5에 나와 있습니다. 5,a 및 그림. XNUMXB.
저항 R1'= 8,2 MOhm 및 R1"= 1,8 MOhm은 음의 허용 오차로 선택해야 합니다. 편차가 약 0,1%인 경우(이는 허용 오차가 1%인 칩 저항기에 대해 상당히 가능한 값입니다), 나머지 두 개는 저항은 그림 5에 표시된 값을 가져야 합니다. a. 저항 R1*은 저항 R1"' 위에 납땜됩니다. 설계 크기는 대략 저항 C2-23 0,125 또는 0,25W에 해당합니다. 분배기 입력의 최대 허용 전압은 칩 저항기 0805 R1'의 최대 허용 전압에 의해 결정되며 여권 데이터에 따르면 300V와 같습니다. 칩 저항기의 작동 전압은 150V를 초과해서는 안됩니다. 저항 R1'의 저항이 8,2MOhm/11,1MOhm = 분배기 전체 저항의 73,8%임을 고려하면 분배기의 작동 전압은 150V/0,73 = 203V이며 이는 최대 측정 한계에 해당합니다. 미니 전압계의. 정확한 저항계를 읽거나 조립된 분배기의 정확한 전압계를 사용하여 교정된 전압 10V를 측정하여 1,999MΩ 저항기를 조정할 수 있습니다. 당연히 미니 전압계 자체는 200mV의 한계로 설정되어야 합니다. 원칙적으로 저항계 판독값을 기반으로 한 첫 번째 조정 옵션은 10MΩ 저항기에 눈에 띄는 전압 강하를 생성하는 입력 전류가 항상 있기 때문에 좋은 결과를 제공할 수 없습니다. 그러나 ICL71xx 마이크로 회로 제품군의 입력 전류는 너무 작아서 31/2자리 디스플레이 결과는 매우 만족스럽습니다. 멀티 미터를 스테이지에 연결하여 분배기를 조정하는 것은 더 정확하더라도 권장되지 않습니다. 하한에서도 끌 수없는 내부 전압 분배기로 인해 일부 오류가 발생할 수 있기 때문입니다. 프로브 구조를 에폭시 수지로 채우기 전에 10MΩ 저항기와 전체 분배기를 알코올-가솔린 혼합물, 물, 샴푸로 철저히 헹구고 완전히 건조시키는 것이 좋습니다. 이를 위해 헤어드라이어 배출구의 공기 온도가 70~90°C 범위일 때 헤어드라이어를 사용하는 것이 편리합니다. 에폭시가 PBD-8 핀 커넥터 본체로 흘러 들어가지 않도록 주의해야 합니다. 끝에 악어 클립이 있는 전압계의 두 번째 입력 프로브는 HRZ 커넥터에 연결됩니다. 200mV 입력도 동일한 커넥터에 연결되므로 다양한 외부 부착물이 있는 전압계를 연결하는 데 사용하거나 단순히 높은 입력 저항과 200mV 스케일을 갖춘 표시기로 사용할 수 있습니다. 전압 분배기는 XP1 커넥터에서 분리되어 있으므로 일반 점퍼를 사용하여 XP1 커넥터에서 소수점 위치를 설정할 수 있습니다. 전압계의 금속 몸체는 장치의 전기 부품과 연결되어 있지 않지만 KhRZ 커넥터에는 "하우징" 접점이 있습니다. 상황에 따라(예: 간섭 수준이 높은 경우) 사용할 수 있습니다. 네거티브 프로브의 다이어그램과 디자인이 그림 6에 나와 있습니다. XNUMX.
전압계는 INTECH의 ITS-0803 LCD 표시기를 사용합니다[2]. 크기는 51x30,5mm입니다. 이미지는 이미 2...2,1V의 전압에서 나타나고 배경과 관련된 기호의 최대 대비(IZhTs5-4/8에서는 대비가 더 나쁨) 표시기는 공급 전압 3에 도달합니다. .3.3 V. 이러한 유형의 표시기는 표준이라고 할 수 있습니다. 완전한 아날로그가 여러 회사(Standish, Epson)에서 생산되기 때문입니다. 핀과 세그먼트의 목적과 위치는 그림 7에 나와 있습니다. XNUMX.
가장 일반적인 표시기 LCI5-4/8을 사용할 수 있지만 권장되지는 않습니다. 세그먼트의 이미지는 2,5...2,7V의 전압에서 시작하여 나타나지만 최대 대비는 4,3...4,8V의 전압에서만 달성됩니다. 또한 이 표시기에는 "낮은" 세그먼트 배터리가 없습니다. . 이 LCD와 유사한 "Sable"이 있는데, 그 특성이 더 좋고 가격도 더 높습니다. 좋은 지표는 반사판 공장의 IZHTs14-4/7입니다. 3V의 공급 전압에서 잘 작동하지만 핀이 50개이고 추가 세그먼트가 많아 ITS-0803보다 크기가 더 큽니다. 세그먼트 기호 "LB"가 있습니다. 이러한 구성 요소에 대한 정보는 웹사이트[2]에서도 찾을 수 있습니다. LCD에 "배터리 부족" 부분이 없으면 배터리 부족 표시 장치의 LED를 사용할 수 있습니다. 이 경우의 전압 제어 회로는 그림 8에 나와 있습니다. 934. 동작 전류가 최소인 LED를 선택하는 것이 좋습니다. 다이어그램에 표시된 L-200SRC LED는 빨간색으로 매우 밝습니다(King Bright). 일반적으로 300~XNUMX µA의 순방향 전류에서 작동합니다!
트랜지스터 VT2는 BP 신호를 반전시키고 표시기의 소수점을 켜는 데 사용됩니다. 전류 제한에 필요한 지점은 외부 전압 분배기의 커넥터 XS2에 있는 점퍼에 의해 켜집니다. 트랜지스터 VT0의 스위치를 통해 동일한 반전 BP 신호(다이어그램에 DP1으로 표시됨)가 "배터리 부족" LCD 세그먼트에 공급될 수 있습니다. 키의 상태(켜짐/꺼짐)는 부족전압 감지기 DA1에 의해 제어됩니다. 사용하지 않는 세그먼트의 "조명"을 제거하기 위해 저항 R4, R7, R10, R11(저항 5...10 MOhm)이 설치됩니다. 대부분의 경우 표시기는 이러한 저항 없이도 잘 작동합니다. 사용된 표시기의 너비와 연결된 전원 구획의 크기를 통해 4V 전압의 44LR544, A34, V28PX, PX4A, 44SR6 배터리를 장치에 설치할 수 있습니다. 또한 여러 개의 개별 알카라인 또는 배터리를 사용할 수도 있습니다. 정격 전압 13V의 은-아연 갈바닉 디스크 셀 AG376, 44A, LR44, SR1,55. 이는 매우 일반적이며 레이저 포인터 및 Tomagotchi 어린이 장난감에 사용됩니다. 구획에는 상당히 긴 스프링이 설치되어 있어 4,3개 또는 4개의 디스크 요소를 사용할 수 있습니다. 1,07개 소자의 경우 최종 방전전압은 1,43V/131=5V이다. 0,9개 소자만 켜면 용량이 충분히 활용되지 않는다(최소 허용 전압은 약 5V). 낮은 전류 소비(특히 MAX4,5의 경우)를 통해 용량을 보다 완벽하게 활용하기 위해 "새" 및 부분적으로 방전된 요소 세트를 설치할 수 있습니다. 약간의 노력을 기울이면 완전히 방전된 요소 XNUMX개를 구획(XNUMXV x XNUMX = XNUMXV)에 넣을 수 있으며 전압계는 정상적으로 작동합니다. 이러한 유형의 알칼리 갈바니 전지 및 배터리의 용량은 약 100mAh, 은-아연 - 160mAh입니다. 이는 평균 전류 소비가 약 220μA(MAX130)인 하나의 배터리에서 전압계의 예상 작동 시간이 알카라인의 경우 약 500시간, 은-아연 배터리의 경우 800시간이 된다는 것을 의미합니다. 이 ADC 제품군의 다른 유형의 칩의 경우 전류 소비를 기준으로 작동 시간을 추정할 수 있습니다. 200mV 한계의 전압계 오류는 LCD 표시기의 숫자 용량에 해당합니다. 즉, 표시기의 모든 숫자는 정확합니다(41/2자리 전압계 DT930F+, 정확도 등급 0,05를 사용하여 테스트됨). 저자의 장점이 아니라 MAXIM ADC 및 Analog Devices 기준 전압 소스의 높은 품질입니다. 조정된 전압계에서 측정된 ION 전압은 계산된 값(약 99,98mV)보다 약간 낮았기 때문에 커패시터의 흡수를 보정하는 이 방법에서 필연적으로 발생하는 장치의 비선형성은 표시기의 3 1/2 자리를 초과합니다. 이 경우 눈금 끝점(지표의 최하위 숫자의 1/2 단위 미만)에서 판독값에 눈에 띄는 차이가 없다는 것은 단순히 즐거운 사고입니다. 나머지 (XNUMX개) 한계에서 오류는 전압 분배기의 제조 품질에 따라 결정됩니다. 저자는 이 기사에 제시된 자료의 일부 모호함을 알고 있습니다. 한편으로는 칩의 전원 공급 모드가 제조업체의 권장 사항을 따르지 않기 때문에 아마추어 무선 외에는 고려할 수 없는 장치 설계에 ADC 칩 사용을 고려하고 있습니다. 한편, 저자는 이 글에 포함되지 않은 오류의 원인에 대해 상당히 심층적으로 연구한 결과를 가지고 있다. 동시에 저자는 ICL71x6 제품군의 다양한 유형의 마이크로 회로 사본 XNUMX개가 제안된 연결 회로에서 정상적으로 작동한다고 주장합니다. 그러나 저자는 이 기사에서 이 ADC 그룹의 모든 마이크로 회로 인스턴스의 성능에 관해 일반적인 결론을 내릴 수 없습니다. 그럼에도 불구하고 저자는 스스로 어떤 결론을 내렸습니다. 아마추어 또는 산업 설계에서 ICL71x6 제품군 마이크로 회로를 공급 전압이 5~6V인 장치에 연결해야 하는 경우 공급 전압 마진을 고려하여 극성 변환기 없이 ADC를 사용할 수 있습니다. 문학
저자: O. Fedorov, 모스크바
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