Voltmeter-IC:Ein Werkzeug zur Spannungsmessung

Über  Voltmeter IC，Das Messen der Spannung zwischen zwei Punkten auf Ihrer elektronischen Schaltung kann zahlreiche Vorteile bieten. So erfahren Sie beispielsweise, ob ein elektrisches Gerät wie eine Batterie wie vorgesehen funktioniert. Außerdem informiert Sie das Voltmeter über die Spannungsdifferenz dieser Batterie. Voltmeter verfügen im Allgemeinen über einen speziellen integrierten Schaltungschip wie den ICL7107, der hilft, genaue Messungen zu liefern. Grundsätzlich sind diese zusammen mit einer Sieben-Segment-LED-Anzeige in die Schaltung integriert.

Dieser Artikel beschreibt eine digitale Panel-Voltmeter-Schaltung, die Sie auf jedem elektronischen Gerät verwenden können. Fangen wir also an!

1. Was ist ein Voltmeter-IC?

(Ein digitales Voltmeter verfügt über den IC L7107 für präzise Spannungsmessungen. Quelle:Wikimedia Commons)

Ein Voltmeter-IC liefert AC- oder DC-Spannungsmessungen und zeigt den Wert in numerischer Form an. Insbesondere verwenden viele den ICL7107 3.5 ADC von Intersil. Und es zeigt Messwerte im Bereich von 0-2000 V bei einer Genauigkeit von 0,1 % und läuft mit weniger als 200 mA. Darüber hinaus unterstützt die Schaltung eines ICL7107 Anzeigetreiber, eine Uhr, Sieben-Segment-Decoder und eine Referenzspannungsquelle.

Unterschiedliche Bedingungen können sich jedoch auf die Leistung auswirken, einschließlich Schwankungen der Versorgungsspannung, Temperatur, Eingangsimpedanz usw.

2. Funktionsweise des Digitalvoltmeters

(ein digitales Voltmeter, das die Spannung einer Batterie misst.)

Eingangsspannungsbereich

Beachten Sie, dass ein Digitalvoltmeter (DVM) einen Eingangsbereich von ±1 V bis hat 1000 V. In der Zwischenzeit bietet ein Präzisions-DVM einen Eingangswiderstand von 1 GΩ mit einem Bereich von 0–20 V.

Design und Funktionsprinzip

Das Dämpfungsglied eines Digitalvoltmeters verfügt über einen Serienwiderstand, der das Eingangssignal verringert. Als Ergebnis stimmen die Spannungspegel von Punkt A mit der Eingangsspannung V_in überein . Mit der Spannungsteilungsregel können Sie sehen, dass Punkt B (R2) im Vergleich zu Punkt A (R1) eine niedrigere Spannung enthält. In der Zwischenzeit bleibt die Spannung von Punkt C (R3) niedriger als sowohl A als auch B.

(Digitale Voltmeter verfügen über ein Dämpfungsglied. Quelle:Wikimedia Commons)

Insgesamt begrenzt der Abschwächer jede Überspannung, um zu verhindern, dass sie andere integrierte Komponenten beschädigt. Es funktioniert zweifellos wie ein vordefiniertes Widerstandsnetzwerk, das eine elektronische Schaltung durch Dämpfung schützt. Im Allgemeinen wird dies als Dekadendämpfung definiert, die die Dezimalzahl des Digitalvoltmeters liefert. Daher führt die Ausführung der Dämpfung zu Zehnerpotenzen.

Darüber hinaus liefert der Eingang des ADC Vin/N als Eingangsspannung:

:N =1, 10, 100, 1000

Darüber hinaus bietet der ADC der Schaltung Analog-Digital-Wandlungsfunktionen und erzeugt ein digitales Ausgangssignal. In diesem Fall weist ein digitales Signal zwei Pegel auf:0 und 1. Dieser Prozess ergibt eine Reihe von digitalen Impulsen, und somit entspricht ein Impuls 1 mV.

Danach empfängt die Dekadenzählereinheit die digitalen Impulse. Tatsächlich enthält es Drei-Dekaden-Zähler, die in einer kaskadierten Konfiguration eingerichtet sind. Jeder bietet 10 Zählwerte, beginnend von 0 bis 9. Insbesondere zählen alle drei bis 1000.

Dann führt der DC 7447 einen Konvertierungsprozess durch, um BD-Werte auf der Sieben-Segment-Anzeige anzuzeigen. Schließlich bezieht sich der Dezimalpunktselektor auf die Position des Dezimalpunkts basierend auf der Größe der Spannung.

3. Voltmeter-IC– Arten von Digitalvoltmetern

(Auf dem Markt gibt es heute verschiedene Arten von Digitalvoltmetern.)

Rampentyp DVM

Das DVM vom Rampentyp misst die Zeit, die es dauert, bis die Eingangsspannung auf 0 V abfällt. Es wird auch gemessen, wie lange es dauert, bis der Rampenspannungspegel von 0 V auf die Eingangsspannung ansteigt.

Integrierender Typ DVM mit zwei Neigungen

Der Dual-Slope-Integrationstyp DVM arbeitet, wenn der Schalter S für ein bestimmtes Zeitintervall ein analoges Eingangssignal an den Integrator anlegt. Dann steigt der Eingangsspannungspegel des Komparators auf einen anwendbaren positiven Wert. Wenn dieses feste Zeitintervall endet, entspricht die Spannungsanstiegsrate der Eingangsspannung.

Die Zählung wird auf Null konfiguriert, während der Schalter auf Referenzspannung übergeht. An diesem Punkt nimmt der Ausgang des Integrators ab, bis er einen Wert erreicht, der kleiner als die interne Referenzspannung des Komparators ist. Danach löst ein Signal den Abschluss der Zählung aus.

Integrationstyp DVM

Ein DVM vom integrierenden Typ weist eine Spannung-zu-Frequenz-Umwandlungstechnik auf. Grundsätzlich erzeugt es Impulse, die der Größe der Eingangsspannung entsprechen. Insgesamt entsteht so eine Reihe von Impulsen, deren Frequenz sich nach der gemessenen Spannung richtet.

Sukzessive Approximation DVM

Wie der Name schon sagt, verfügt das sukzessive Approximations-DVM über einen sukzessiven Approximationskonverter. In diesem Fall führt es 1000 Lesungen pro Sekunde durch. Zuerst verteilt er einen Startimpuls an den Start/Stopp-Multivibrator. Dann zeigt ein 8-Bit-Steuerregister 10000000 an. Daher wird der Ausgang des DAC auf die Hälfte der Referenzspannung konfiguriert.

Insgesamt läuft der Messzyklus weiter und stoppt, wenn er die Endzählung erreicht.

4. Wie erstelle ich ein digitales Voltmeter mit ICL7107?

Wir haben ein DIY-Projekt für ein digitales Voltmeter mit ICL7107 aufgenommen. Lesen Sie unten weiter, um mehr zu erfahren!

Schaltplan:

(Schaltplan Digitalvoltmeter)

Die einfache digitale Voltmeterschaltung misst Gleichspannungen im Bereich von 0-200 V.

Erforderliche Komponenten:

• PCB – 1x
• LED-Anzeige mit sieben Segmenten – 4x
• 555 IC-Timer – 1x
• LM7805 – 1x
• ICL7107 – 1x
• 9V/12V Netzteil – 1x
• 47k Widerstand – 1x
• 1k Widerstand – 5x
• 22k Widerstand – 1x
• 10k Widerstand – 1x
• 120k Widerstand – 1x
• 5k Potentiometer – 1x
• 100nF Kondensator – 3x
• 10uF Kondensator – 2x
• 100pF Kondensator – 1x
• 220nF Kondensator – 1x
• 47nF Kondensator – 1x
• LED – 1x
• 1N4148 Diode – 2x
• Sonde – 1x

Schritte:

Befolgen Sie diese Schritte, um die Schaltung zu reproduzieren.

PCB-Bestellung und -Fertigung:

Dieser Schritt umfasst im Allgemeinen die Online-Bestellung Ihrer Leiterplatte, und OurPCB bietet zu diesem Zweck einen Leiterplattenherstellungsservice an.

Schaltungskalibrierung:

Sie müssen den Stromkreis einschalten und alle Eingangsanschlüsse kurzschließen. Passen Sie danach den R6-Widerstand an, bis das Display 0 V anzeigt.

Anschließen der Komponenten:

(Sie müssen die Details auf der Schaltung löten.)

Verbinden Sie zuerst den ICL7107, die Oszillatorschaltung IC 555 und alle Komponenten wie im Schaltplan gezeigt. Fügen Sie dann die vier Sieben-Segment-LED-Anzeigen hinzu und verbinden Sie sie wie gezeigt. Als nächstes integrieren Sie den LM7805 in die Schaltung. Sie müssen auch den GND-Pin mit Masse verbinden. Verbinden Sie anschließend den IN-Pin mit VCC und den OUT-Pin mit dem R10 1k-Widerstand. Verbinden Sie dann diesen Widerstand mit der LED, die mit Masse verbunden ist. Verbinden Sie außerdem das positive Ende des C8 10uF-Kondensators mit dem OUT-Pin und die negative Leitung mit Masse.

Zusammenfassung

Zusammenfassend hilft eine digitale Voltmeterschaltung sicherzustellen, dass Ihr Gerät ordnungsgemäß funktioniert. Dies wird erreicht, indem zwei Spannungspunkte gemessen und eine digitale Zahl erzeugt werden. Natürlich muss diese Zahl einen Konvertierungsprozess durchlaufen, bevor sie auf der Sieben-Segment-LED-Anzeige erscheint. Danach erscheint die Zahl im Ziffernformat, das die Eingangsspannung darstellt. Insgesamt haben sich digitale Voltmeter als hilfreich für Profis und alle, die ihre Projekte erstellen, erwiesen.

Haben Sie Fragen zum Voltmeter-IC? Sprechen Sie uns gerne an!