Voltímetro IC:uma ferramenta de medição de tensão

Sobre o  Voltímetro IC，Medir a tensão entre dois pontos em seu circuito eletrônico pode oferecer inúmeras vantagens. Por exemplo, ele permite que você saiba se o dispositivo elétrico, como uma bateria, funciona conforme o esperado. Além disso, o voltímetro informará sobre o diferencial de tensão dessa bateria. Os voltímetros geralmente apresentam um chip de circuito integrado especial, como o ICL7107, que ajuda a fornecer medições precisas. Basicamente, eles se integram ao circuito junto com um display LED de sete segmentos.

Este artigo descreve um circuito de voltímetro tipo painel digital que você pode utilizar em qualquer dispositivo eletrônico. Então vamos começar!

1. O que é Voltímetro IC?

(Um voltímetro digital possui o IC L7107 para medições de tensão precisas. Fonte:Wikimedia Commons)

Um voltímetro IC fornece medições de tensão CA ou CC e exibe o valor em formato numérico. Em particular, muitos utilizam o ADC ICL7107 3.5 da Intersil. E mostra leituras que variam de 0-2000V com precisão de 0,1% e funciona com menos de 200mA. Além disso, os circuitos de um ICL7107 suportam drivers de exibição, um relógio, decodificadores de sete segmentos e uma fonte de tensão de referência.

No entanto, condições variáveis ​​podem afetar o desempenho, incluindo variação de tensão da fonte de alimentação, temperatura, impedância de entrada, etc.

2. Funcionamento do voltímetro digital

(um voltímetro digital que mede a tensão de uma bateria.)

Faixa de tensão de entrada

Você deve observar que um voltímetro digital (DVM) tem uma faixa de entrada de ±1 V a 1000 V. Enquanto isso, um DVM de precisão fornece resistência de entrada de 1 GΩ com uma faixa de 0-20V.

Design e princípio de funcionamento

O atenuador de um voltímetro digital possui uma resistência em série, que diminui o sinal de entrada. Como resultado, os níveis de tensão do ponto A correspondem à tensão de entrada, V_in . Com a regra de divisão de tensão, você pode ver que o ponto B (R2) contém uma tensão menor em comparação com o ponto A (R1). Enquanto isso, a tensão do ponto C (R3) permanecerá menor que A e B.

(Voltímetros digitais apresentam um atenuador. Fonte:Wikimedia Commons)

No geral, o atenuador reduz qualquer excesso de tensão para evitar que danifique outros componentes integrados. Sem dúvida, ele opera como uma rede resistiva predefinida que protege um circuito eletrônico por meio de atenuação. Geralmente, isso é definido como uma atenuação de década, que fornece a contagem decimal do voltímetro digital. Portanto, executar a atenuação resultará em potências de dez.

Além disso, a entrada do ADC fornecerá Vin/N como tensão de entrada:

:N =1, 10, 100, 1000

Além disso, o ADC do circuito fornece recursos de conversão de analógico para digital, produzindo uma saída digital. Neste caso, um sinal digital apresenta dois níveis:0 e 1. Este processo produz uma série de pulsos digitais e, portanto, um pulso equivale a 1mV.

Posteriormente, a unidade do contador de décadas recebe os pulsos digitais. Na verdade, ele contém contadores de três décadas configurados em uma configuração em cascata. Cada um fornece 10 contagens, começando de 0 a 9. Particularmente, todos os três contam até 1000.

Em seguida, o DC 7447 realiza um processo de conversão para exibir os valores BD no display de sete segmentos. Por fim, o seletor de ponto decimal referencia a posição do decimal com base na magnitude da tensão.

3. Voltímetro IC– Tipos de voltímetros digitais

(Vários tipos de voltímetros digitais existem no mercado hoje.)

DVM tipo rampa

O tipo de rampa DVM mede o tempo que leva para a tensão de entrada cair para 0V. Ele também medirá quanto tempo leva para o nível de tensão de rampa aumentar de 0 V para a tensão de entrada.

Tipo de integração de inclinação dupla DVM

O tipo de integração de inclinação dupla DVM opera quando a chave S aplica a entrada analógica ao integrador por um intervalo de tempo específico. Então, o nível de tensão de entrada do comparador aumenta para um valor positivo aplicável. Quando esse intervalo de tempo fixo termina, a taxa de aumento de tensão corresponde à tensão de entrada.

A contagem é configurada para zero enquanto a chave transita para a tensão de referência. Neste ponto, a saída do integrador diminui até atingir um valor menor que a tensão de referência interna do comparador. Depois, um sinal aciona a contagem para terminar.

Integração do tipo DVM

Um DVM do tipo integrador apresenta uma técnica de conversão de tensão para frequência. Basicamente, ele gera pulsos equivalentes à magnitude da tensão de entrada. No geral, isso produz uma série de pulsos, em que sua frequência depende da tensão medida.

DVM de aproximação sucessiva

Como o próprio nome sugere, o DVM de aproximação sucessiva possui um conversor de aproximação sucessiva. Nesse caso, realiza 1000 leituras por segundo. Primeiro, ele distribui um pulso de partida para o Multivibrador de partida/parada. Em seguida, um registro de controle de 8 bits exibirá 10000000. Portanto, a saída do DAC será configurada para metade da tensão de referência.

No geral, o ciclo de medição continua e para quando atinge a contagem final.

4. Como fazer um voltímetro digital usando ICL7107?

Incluímos um projeto DIY para um voltímetro digital com ICL7107. Continue lendo abaixo para saber mais!

Diagrama de circuito:

(Diagrama de circuito do voltímetro digital)

O circuito simples do voltímetro digital mede tensões diretas na faixa de 0-200V.

Componentes necessários:

• PCB – 1x
• Tela LED de sete segmentos – 4x
• Temporizador de 555 IC - 1x
• LM7805 – 1x
• ICL7107 – 1x
• Fonte de alimentação 9V/12V – 1x
• Resistor de 47k – 1x
• 1k resistor – 5x
• Resistor de 22k – 1x
• Resistor de 10k – 1x
• Resistor de 120k – 1x
• potenciômetro de 5k – 1x
• Capacitor de 100nF – 3x
• Capacitor de 10uF – 2x
• Capacitor de 100pF – 1x
• Capacitor de 220nF – 1x
• condensador de 47nF – 1x
• LED – 1x
• Díodo 1N4148 – 2x
• Sonda – 1x

Etapas:

Siga estas etapas para reproduzir o circuito.

Pedido e fabricação de PCB:

Esta etapa geralmente envolve o pedido de sua placa de circuito impresso on-line, e a OurPCB oferece serviços de fabricação de placas de circuito para essa finalidade.

Calibração do circuito:

Você precisará ligar o circuito e colocar em curto todos os terminais de entrada. Depois, ajuste o resistor R6 até que o display mostre 0V.

Conectando os componentes:

(Você precisará soldar os detalhes do circuito.)

Primeiro, conecte o circuito oscilador ICL7107, IC 555 e todos os componentes conforme mostrado no diagrama de circuito. Em seguida, adicione os quatro displays de LED de sete segmentos e conecte-os conforme mostrado. Em seguida, integre o LM7805 no circuito. Você também precisará conectar o pino GND ao terra. Depois, conecte o pino IN ao VCC e o pino OUT ao resistor R10 1k. Em seguida, conecte esse resistor ao LED, que se conecta ao terra. Além disso, conecte o terminal positivo do capacitor C8 10uF ao pino OUT e o terminal negativo ao terra.

Resumo

Para resumir, um circuito de voltímetro digital ajuda a garantir que seu dispositivo funcione corretamente. Ele consegue isso medindo dois pontos de tensão e produzindo um número digital. Obviamente, esse número deve passar por um processo de conversão antes de aparecer no display de LED de sete segmentos. Depois que isso acontecer, o número aparecerá em formato de dígito, que representa a tensão de entrada. No geral, os voltímetros digitais provaram ser úteis para profissionais e qualquer pessoa que esteja criando seus projetos.

Você tem alguma dúvida sobre o IC do voltímetro? Sinta-se livre para nos contatar!