带 LCD 的数字迷你电压表。方案、说明

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本文作者研究了 ICL71x6 系列（包括 KR572PV5）及其类似物在降低电源电压下的多个 ADC 微电路的性能。利用这些研究结果，他开发了微型数字电压表的原始设计。

基于属于ICL130x71微电路系列的ADC MAX6微电路，开发了一种具有四种测量限值的微型电压表：200 mV、2、20和200 V。该装置的主电路如图1所示。 XNUMX.

（点击放大）

电压表的外观如图所示。 2.

LCD 迷你数字电压表

选择该系列微电路的原因在于，其在电源电压降低时的操作极限与廉价且经济实惠的断电检测器（KR1171SP42 微电路）的阈值电压大致一致。使用该检测器可以避免当电源电压下降到一定水平以下时出现错误测量。与 ICL7106 (KR572PV5) 相比，电流消耗显着降低，即使使用小型电池，也可以延长电压表的工作持续时间。

在 32,768 kHz 的石英频率下，电压表每秒给出大约 2 (32768/16000) 个读数。 VR 信号的频率约为 40 Hz (32768/800)。

对于微型电压表中使用的 MAX130CPL 微电路实例，仍能保持测量精度的最小工作电压为 4,27 V。因此，在 1171 个可用的 42SP4,3 探测器实例中（并且它们有一个响应电压的显着分布），选择响应电压 Us = 60 V 和滞后 4,36 mV（关断电压 - 大约 XNUMX V）的实例。

ADC 的精度很大程度上与 ADC 中使用的电容器的质量有关。在有关使用 ICL71xx ADC 的公司文档和文章中，建议使用电介质中吸收系数较低的电容器。如果使用陶瓷电容器作为 C6（集成电路电容），则转换线性误差将约为 0,1%，而使用聚苯乙烯和聚丙烯电介质时，转换线性误差将分别为 0,01% 和 0,001%。国产电容器中推荐使用K71-4、K71-5、K72P-6、K72-9、K73P-7、K73-16、K73-17。零校正节点中的电容器C4和具有参考电压的电容器C2可以与聚对苯二甲酸乙二醇酯电介质一起使用。供参考：K70-xx 和 K71-xx 组电容器 - 聚苯乙烯电介质，K72-xx 组 - 氟塑料，K73-xx - 聚对苯二甲酸乙二醇酯，K78-xx - 聚丙烯。

电压表组装在面包板印刷电路板上，其尺寸与指示器的尺寸一致。 ADC 芯片位于指示器下方，其余元件位于面包板的反面。除输入分压器外，所有电阻均为0805贴片电阻，安装采用细线完成。

电压表板安装在尺寸为 80x35x15 mm 的锡盒中。在指示器的对面，盒子里有一个窗口，里面粘着一块透明的塑料板（来自CD盒的盖子）。电池盒尺寸 - 35x15x15 毫米。

为了获得 100 mV 的参考电压，使用了元件 R1、VD1、R3、R5、R6。 AD1580ART 集成齐纳二极管（Ist 最小值 = 50 µA！）的性能略优于 RER1004 (LM385)，并且采用微型 SOT-23 封装。通过调节调谐电阻器R100，在电阻器R5两端设置6mV的示例性电压。

无需特殊开关即可实现四个电压测量限值的电压表：测量探头连接器中内置的外部分压器连接到 XP1 连接器。输入分频电路如图3所示。 4、如图所示。图1显示了其设计。通过将带有分压器的探头从电压表的 XP90 连接器上断开，将探头旋转 XNUMX 度，然后再次连接两个节点，可以转换到另一个测量限值。

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连接分压器的电压表的输入阻抗为 11,1 MΩ（不带分压器 - 约 100 MΩ）。输入分压器中最好使用容差为 2% 的电阻 C29-0,062V 0,125 或 0,1 W。分压电阻的阻值选择为10的倍数，这样有利于选择。这种情况下分压器下臂的电阻应为 11,11 kOhm；电阻器 C2-29V（E192 行）存在这样的额定值。您可以使用 [1] 中的建议并并联两个 E24 系列额定值为 12 kOhm 和 150 kOhm 的电阻（选择 11,11 kOhm 的值很重要）。在分压器中安装容差为 0,1% 的电阻时，无需额外选择。遗憾的是，不可能找到标称值为 10 MΩ 的精确小电阻。因此，我不得不用0805贴片电阻自制一个电阻，这种电阻的电路和设计如图5所示。 5a和图XNUMXa XNUMX B.

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应选择具有负公差的电阻器 R1'= 8,2 MΩ 和 R1 "= 1,8 MΩ。如果偏差约为 0,1%（对于公差为 1% 的贴片电阻器来说这是一个可能的值），则其他两个电阻器必须具有图 5 中所示的额定值，a. 电阻器 R1 * 从上方焊接到电阻器 R1"'。该结构的尺寸大约对应于电阻器C2-23 0,125或0,25瓦。分压器输入端的最大允许电压由0805 R1'贴片电阻的最大允许电压决定，根据护照数据，为300 V。贴片电阻的工作电压不应超过150 V。假设电阻器R1'的阻值为8,2 MΩ / 11,1 MΩ ×分压器阻抗的73,8%，则分压器的工作电压为150 V / 0,73 × 203 V，对应的最大测量极限微型电压表。您可以根据精确欧姆表的读数来调整 10 MΩ 电阻，也可以通过使用组装分压器上的精确电压表测量 1,999 V 的校准电压来调整。当然，微型电压表本身必须设置为 200 mV 的限值。原则上，第一个欧姆表调谐选项无法给出良好的结果，因为始终存在输入电流在 10 MΩ 电阻器上产生明显的压降。但 ICL71xx 系列微电路的输入电流非常小，因此 31/2 位指示的结果相当令人满意。

不建议通过将万用表连接到其步骤来调整分压器，即使它的精度要高一个数量级，因为内部分压器即使在下限也不会关闭，可能会出现一些误差。

在用环氧树脂填充探头结构之前，建议用酒精-汽油混合物、水和洗发水彻底冲洗 10 MΩ 电阻器和整个分压器，并彻底干燥。为此，可以方便地使用吹风机，其出口处的空气温度在 70 ... 90 °C 范围内。必须小心确保环氧树脂不会流入 PBD-8 公头连接器的主体中。

电压表的第二个输入探头（末端带有鳄鱼夹）连接到 KhRS 连接器。由于 200 mV 输入也连接到同一连接器，因此它可以用于将电压表连接到各种外部附件，或者简单地作为具有大输入电阻和 200 mV 刻度的指示器。分压器与 XP1 连接器断开，因此可以使用传统跳线在 XP1 连接器上设置小数点位置。

电压表的金属外壳与设备的电气部分没有连接，但 KhRZ 连接器上有一个“外壳”触点。您可以根据情况（例如，干扰程度较高）使用它。负探针的方案和设计如图6所示。 XNUMX.

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电压表使用 INTECH 的 LCD 指示器 ITS-0803 [2]。其尺寸为 51x30,5 毫米。图像已在 2 ... 2,1 V 的电压下出现，指示器在电源电压 5 ... 4 V. 这种类型的指示器可以称为标准指示器，因为它的完整对应项是由许多公司（Standish、Epson）生产的。引脚和段的用途和位置如图 8 所示。 3.

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最常见的指标 PLI5-4/8 可以使用，但不推荐。出现段的图像，从 2,5 ... 2,7 V 的电压开始，但只有在 4,3 ... 4,8 V 的电压值时才能实现最大对比度。此外，该指示器没有段“电池电量低”。这种液晶显示器有一个名为“Sobol”的类似物，其特性更好，而且价格更高。

Reflector 工厂的 IZHTS14-4/7 是一个很好的指示器。它在 3V 下工作正常，但有 50 个引脚、许多额外段，因此比 ITS-0803 更大。有一个字符段“LB”。有关这些组件的信息也可以在网站上找到 [2]。

如果LCD上没有“LOW BATTERY”段，则可以在低电量指示单元中使用LED；这种情况下的电压控制电路如图 8 所示。 934. 最好选择工作电流最小的LED。图中所示的 L-200SRC LED 为红色，非常亮（King Bright）。它在 300 ... XNUMX μA 的直流电流下工作正常！

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晶体管VT2将BP信号反相，用于开启指示器上的小数点。电流限制所需的点通过外部分压器 XS2 连接器上的跳线接通。相同的反相 BP 信号（在图中表示为 DP0）可以通过晶体管 VT1 上的开关施加到 LCD 部分“低电池”。按键的状态（开/关）由欠压检测器 DA1 控制。安装电阻器 R4、R7、R10、R11（阻值为 5 ... 10 MΩ）以排除未使用段的“背光”。在大多数情况下，指示器在没有这些电阻的情况下也能正常工作。

电源舱的尺寸与所用指示器的宽度相关，允许您将电压为 4 V 的电池 44LR544、A34、V28PX、PX4A、44SR6 安装到设备中。13 V。它们很常见并且被使用激光笔和儿童玩具“Tomagotchi”。

足够长的弹簧安装在隔室中，允许使用三个或四个圆盘元件。使用四个元件时，最终放电电压为4,3V/4×1,07V。当仅打开三个元件时，它们的容量没有被充分利用（最小允许电压约为1,43V）。低电流消耗（尤其是 MAX131）允许您安装一组“新鲜”且部分放电的电池，以更充分地利用其容量。经过一番努力，即使将 5 块完全放电的电池（0,9 V x 5 × 4,5 V）放入隔室中，电压表也能正常工作。

碱性原电池和此类电池的容量约为 100 mAh，银锌电池的容量约为 160 mAh。这意味着，在平均电流消耗约为 220 μA (MAX130) 的情况下，一节电池的电压表预计工作时间对于碱性电池约为 500 小时，对于银锌电池约为 800 小时。对于该 ADC 系列的其他类型的微电路，您可以根据其电流消耗来估计工作时间。

电压表在200mV极限时的误差与液晶显示器的容量相对应，即显示器上的所有数字都是准确的（使用DT41F+2/930位电压表测试，精度等级0,05），其中，当然，这不是作者的优点，而是MAXIM ADC和Analog Devices参考电压源的制造质量高。由于调谐电压表中测得的 ION 电压略低于计算值（约 99,98 mV），因此采用这种校正电容器吸收的方法不可避免地会出现器件的非线性超过 3 1/2 位的指标。在这种情况下，刻度终点处的读数没有明显差异（小于指示器最低有效数字的 1/2）只是一个令人愉快的意外。对于其余（三个）限制，误差将由分压器的制造质量决定。

作者意识到本文中提供的材料存在一些含糊之处。一方面，考虑在设备设计中使用ADC芯片，该设备只能被视为业余无线电，因为微电路的供电模式不符合制造商的建议。另一方面，作者拥有对错误来源进行相当深入研究的结果，但本文并未包含这些结果。同时，作者声称来自 ICL71x6 系列的两打不同类型的微电路副本在所提出的开关电路中正常工作。然而，作者在本文中无法对这组 ADC 的所有微电路的性能给出任何概括性结论。

对于他自己来说，作者还是做出了一定的结论。如果在业余或工业设计中需要将 ICL71x6 系列的微电路连接到电源电压为 5 ... 6 V 的设备，则可以使用不带极性转换器的 ADC，同时考虑到电源电压裕度。

文学

Biryukov S. 便携式数字万用表：周六：“帮助业余无线电爱好者”，卷。 100，p。 70-90。 - M.：DOSAAF。 1998.
Chipindustry.ru/商店/

作者：O. Fedorov，莫斯科

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