ICL7107 guia de montagem

ICL7107 - INTERSIL - MÓDULO ANALÓGICO / DIGITAL PARA VOLTÍMETRO E OU AMPERÍMETRO (E OUTROS)

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Conversor Analógico - Digital, 3 dígitos e meio, display LED de sete segmentos, alta performance e necessitamos de poucos componentes externos, uma vez que dentro do CI, encontramos o decodificador de sete segmentos, drives do display, e o gerador de Clock, ao qual falaremos mais adiante.

 Mais informações poderão ser conseguidas no site do fabricante INTERSIL, datasheet a seguir:

https://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/fn30/fn3082.pdf

Os pontos identificados na placa: Pino1 = In(-) Pino 2 In(+) entrada de tensão (o In- tem ligação direta com o GND interno do ICL, então cuidado com as combinações de leitura com o módulo, quando o mesmo tiver por exemplo o GND compartilhado com a tensão a ser medida, principalmente em fontes simétricas).

Pino 3= +5V vcc, Pino 4 = GND Pino 5= -5V vcc e os 4 pontos sob os display, são as ligações dos pontos, ligados ao pino próximo ao pino 20 do ICL, use um pedaço do fio para essa ligação, conforme a quantidade de casas decimais.

Na página do ICL7107 encontramos outros documentos auxiliares, ao qual fornecerá aos montadores, detalhes de aferição, ajustes iniciais, upgrades e até mesmo a utilização deste módulo para outras funções, tais como, voltímetro, amperímetro, termômetro, etc.

Sem mais delongas irei mostrar nas sequências de fotos abaixo, detalhes da montagem de KIT universal (nesta matéria iremos abordar o voltímetro).

Nas figuras abaixo, podemos ver claramente a placa de nosso voltímetro.  Ao qual iniciamos pela inserção dos resistores, detalhe ao resistor R2 de 24K ohms, este poderá ser conseguido, associando dois resistores em série, um de 22k ohms e outro de 2k2 ohms, o que ficará bem próximo do valor sugerido pelo fabricante do ICL7107.

Adendo 12/07/16 - Uma opção de montagem, P1 para 10K e R2 para 1k.

Uma opção interessante é substituir R3 (ver tabela - conforme alcance de tensão) por um trimpot multi-volta, neste utilizamos uma valor de 20k ohms, pois iremos ajustá-lo para 12K ohms, pois o alcance configurado será de 199,9V. Demais componentes seguem os valores sugeridos pelo próprio datasheet do ICL7107, R3 quando utilizado um trimpot, deverá ter seu pio central ligado a uma de suas extremidade, para que se comporte como uma resistor fixo variável, quando para Amperímetro não se deve montá-lo, ficando o fundo de escala para 200mV.

O trimpot de ajuste de zero volt
, P1 é de 1K ohms, notem que na placa há furos tanto para a versão horizontal como para vertical, o que dará mais opções ao montador.

No datasheet, há outros arranjos a serem implementados a placa, a qual poderá ser soldados ponto a ponto pelo lado da solda ou do lado dos componentes, trata-se de uma upgrade a placa e cada um poderá incrementar conforme as suas necessidades, montar a placa por si só já irá funcionar perfeitamente, mas no link abaixo poderá ser encontrado os demais documentos com dicas e outros detalhes que não constam no datasheet:

http://www.intersil.com/en/products/data-converters/precision-a-d-converters/integrating-display-output-a-d-converters/ICL7107.html.

Nesta página há dezenas de outras páginas, falando sobre características, encapsulamento, parâmetros e tudo que é preciso para obter o máximo deste conversor AD de baixo custo, e uma vez acertados os detalhes sobre os resistores que definem a tensão de fundo de escala e o do ajuste de zero, continuaremos nossa montagem com a inserção dos capacitores cerâmicos e dos capacitores de poliéster.

Nessa etapa também devo lembrar que no datasheet a uma passagem que diz que os componentes R2 e C2 deverão ser: R2 =47k ohms e C2 = 470n para uma tensão máxima de 200V ou R2 = 470k ohms e C2 = 47nF para uma tensão máxima de 20V.

Os capacitores tem uma tensão de trabalho de 25V para o cerâmico de 63V para os de poliéster, na verdade a tensão do capacitor, só vai implicar no seu tamanho, uma vez que quanto maior, maior será o tamanho do componente.

Para melhor aspecto e "capricho" da montagem de nosso kit, optamos pela utilização de uma soquete para o ICL7107, assim como soquetes torneados para os demais pontos de ligações, como alimentação, entrada de tensão e ponto decimal dos display de sete segmentos, aos quais ligaremos conforme nossa necessidade, isso porque iremos utilizar este módulo de nosso guia, em conjunto com uma protoboard, aonde iremos descrever mais adiante, a utilização de fontes alternativas de alimentação para o módulo e outros upgrades a placa.

E já que utilizamos um soquete pata o integrado também iremos usar um no lado das soldas para facilitar a inserção dos display.

Isso também nos facilita a soldagem dos terminais, recomendo o uso de fluxo pastoso, pois deixará trabalho de soldar bem mais prático e não acaba por queimar o soquete, o uso de soldador com ponta fina é altamente recomendado, assim como um soldador de 30W e ou uma estação de solda, pois ferramentas pesadas e ou indicadas para trabalho que exija maior potencia e temperatura, poderá danificar a placa e ou até mesmo queimar facilmente o soquete plástico.

Uma dica bacana para o soquete que irá ser soldado do lado das soldas, é utilizar soquetes torneados, uma vez que tem maior espaçamento de seu corpo plástico em relação aos terminais, como podem ver nas imagens seguintes, o aspecto final da montagem será outro se utilizados estes soquetes.

As posições dos componentes estão claramente identificadas na placa, assim como as posições dos demais componentes, uma vez que junto a placa segue um folheto com dezenas de detalhes ilustrativos de como realizar as ligações e ou utilizar valores para outros alcances de tensões.

Os display utilizados com o ICL7107, são ANODO COMUM (ligados ao +5V) e tamanho 0,56", na placa há um resistor de 470 Ohms "R6" para limitar a corrente do ponto decimal (detalhes no folheto que segue junto a placa).

Já o uso de 4 ou 3 dígitos, é conforme necessidade do usuário final, notem que somente com 3 dígitos, os mesmo são centralizados ao meio da placa, viram como é bem útil o uso do soquete, para se usar todos ou apenas três, basta destacar o primeiro dígito do soquete.

Quanto dígitos usar? Podemos dizer que se você vai utilizar um alcance de 200V (mais propriamente dito 199.9) mas que não vai utilizar acima de 100V, como por exemplo realizar leituras de tensões de 21V á 99V é só ligar o ponto do display D3 e deixar D1 fora do soquete, o que nos será indicado 99.9V.

Agora se for utilizado para uma leitura de no máximo 0V á 20V, poderemos alterar os valores de R2 e C2 conforme datasheet e detalhes comentados no inicio e ligar o ponto decimal no display D2, nesse caso iremos utilizar todos os display no soquete, formando 19.99V.

Na figura ao lado (direito) temos uma vista de perfil do volume total de nossa montagem, bem compacta e simples de ser montada, sua fixação pode ser peita através dos próprios display no painel, ou através dos furos (3 mm) nos cantos da placa.

Não aconselhamos alimentar o módulo com a própria tensão a ser lida, e ou uma única fonte para dois ou mais módulos, pois dependendo de como as placas serão ligadas no objetivo final, poderá haver retornos e curtos entre a entrada do circuito e o GND da alimentação do módulo, que são ligados internamente. A melhor opção para alimentar este módulo, é utilizar uma fonte independente e única para cada uma, isso permitirá qualquer tipo de arranjo em suas entradas, e ligações em fontes, chaveadas e ou simétricas, sem a punição de queimar os ICL7107, no folheto que acompanha a placa, ilustramos um arranjo de alguns componentes simples sob a placa, para criar uma fonte negativa e alimentar o módulo a partir de 5V simples, e sugerimos a utilização de uma pequena fonte chaveada de 5V para alimentar o módulo, uma vez que hoje conseguimos facilmente fontes de 5V, sejam elas de carregadores de aparelhos USB e ou celulares.

Uma fonte simples pode ser feita a partir do arranjo ao lado, com um par de transistores de uso geral formando um buffer de tensão e retificando posteriormente, conseguimos uma tensão negativa para o pino 26 do ICL7107, isso é possível pois podemos utilizar o gerador de Clock do próprio ICL (pino 38) esse trem de pulsos irá chavear nosso par de transistores gerando uma tensão pulsante AC através da carga e descarga do capacitor de acoplamento de 10uF.

Outros arranjos poderão ser empregados com mesmo efeito  circuito a partir de um simples LM555, um CD400, CD4049, sempre aproveitando o clock do pino 38, para o modo Amperímetro a imagem abaixo é perfeita, bastando colocar um resistor Shunt de 0,1 Ohms em paralelo, entre a entrada (+) e (-) e ligando o (-) no negativo da fonte a ser medida e a outra extremidade do shunt (+) será o novo negativo da fonte, assim quando a carga consumir corrente, aparecerá um diferencial de tensão positiva na entrada (+) do ICL correspondente ao consumo da carga.

Ajustes do ICL7107:  

Ao lado temos a parte do circuito que mostra o trimpot de ajuste da tensão de referencia, esse valor deverá ser ajustado em 100mV (0,1V) o Trimpot de ajuste fundo de escala para 2 Volts (1.999).

Ajustes:

No trimpot de zero, para que no pino 36 tenha aproximadamente

100mV, (se não alcançar essa tensão, aumente o valor do trimpot para 5K ou 10K)

essa medição é feita com a ponteira do multímetro preta (-) no

pino 35 ou o negativo da entrada do voltímetro, ponteira preta do multímetro, e a ponteira vermelha no (+) no pino 36 ou o pino central do trimpot.

Exemplo de fundo de escala de 200V, ajustar o fundo de escala no trimpot de entrada, 12K (este valor é para um fundo de escala máximo de 200V, o valor dessa tensão de referencia será algo entorno de 1,2V no pino 36.

O jumper de ponto deverá ficar no display D3.

O melhor modo de ajuste é ligar ligar a tensão máxima que se pretende ler (fundo de escala) à entrada do módulo, com um auxilio de um multímetro visualizar esta tensão e ajustar o trimpot de referencia do módulo para que no display seja indicado o mesmo valor do que o lido pelo multímetro, desse modo o AD do ICL7107 converterá todos os valores dentro desta faixa de tensão com referencia ao valor de tensão ajustado no trimpot do pino 36.

Recomendações para o ajuste:

- Não tocar com a mão nua na placa durante o ajuste.

- Não aproximar a mão e ou grandes partes metálicas proximo do

oscilador interno e o conversor AD do ICL ( pino 28 ao 40)

- Não manusear a placa sob ajuste próximo de luz fluorescente e ou

lâmpada eletrônica.

Sobre a oscilação do display D4, em alguns caso aonde for utilizar

apenas para uma leitura de 20V, descartar o último display e ajustar

o fundo de escala para que fique 19.9V (display D1, D2 e D3)

Para fundo de escala até 20V recomenda-se trocar os valores de C2

e R2 para melhorar a resolução do AD, ficando:

> Escala de 20V > R5 = 470K e C3 = 47nF

> Escala de 200V > R5 = 47K e C3 = 470nF

Somente CI da Intersil Originais, são estáveis os 4 dígitos, versões

paralelas e ou de outros fabricantes como a WINGSHING não são bons

quando se vai utilizar os 4 display.

Nota-se uma considerável melhora na estabilidade dos dígitos quando se utiliza uma fonte de alimentação acima de 200mA.

Abaixo algumas imagens da minha primeira fonte de bancada, fotos de 2000 e guaraná com rolha! (baixa resolução)

A parte dos voltímetros e amperímetros, note que os componentes da fonte de -5V foram soldados do lado da solda.

Cada módulos funciona apenas com +5V cada um com sua fonte isolada.

Os display foram ligados através de fios AWG 29, loucura mais funciona, feitos os chicotes de fios foram colocados dentro de um tubo termo retrátil , ficando fácil de ajeitar os display no painel e ocupando menos espaço.

A fonte dos módulos é composta de 4 canais isolados com um regulador de 5V LM7805, como vão trabalhar com uma corrente baixa, algo entorno de 100mA, não precisão de dissipadores.

A solução para as fontes dos módulos foi feita em cima do próprio transformador da fonte, foi removida as chapas do transformador e enrolados 4 secundários de 3 fios número 32 AWG, não lembro quantas voltas foram dadas, mas usei a técnica de passar uma volta de fio apenas com o Trafo montado e medir a tensão que tinha em uma espira e multiplica e dividir a tensão desejada pela tensão encontrada para saber a quantidade de voltas, creio que para 7,5V AC deva-se enrolar 5 voltas de fio.

Assim foi criado as 4 fontes de 5V isoladas entre si, utilizando o mesmo transformador, essa fonte  me acompanha desde 2002.

Não é perfeita, pois para a época era o que se tinha em mãos, tanto de material como de bagagem técnica, mas me supriu durante todos estes anos na bancada, em breve vou trocar todo seu miolo pelas placas de 0V á 50V com LM723 e uma fonte chaveada dupla isolada tornado -a uma fonte simétrica de 0 á 50V por 5A.