Недавно один товарищ подарил мне весьма интересную микросхему со словами: «На, может, пригодится, ты же любишь всякие древности». Название микросхемы — ICL7107.
ICL7107 — это популярная аналого-цифровая микросхема (АЦП), разработанная для создания недорогих цифровых вольтметров, амперметров и других панельных измерительных приборов. Она преобразует аналоговый сигнал в цифровой код методом двойного интегрирования и напрямую управляет светодиодными (LED) 3.5-разрядными индикаторами с общим анодом. Советский аналог — КР572ПВ2.
Кстати, большинство недорогих мультиметров сделаны на собрате этой микросхемы — ICL7106 (К572ПВ5). Это похожая микросхема, но под жидкокристаллический дисплей, или же на ее китайском аналоге в виде капли на плате.
Микросхема ICL7107 относится к типу АЦП двойного интегрирования. Она позволяет подключить четыре семисегментных светодиодных индикатора с общими анодами (три полноценных, а на старшем может выводиться только «1» или «-»). Причем внешние резисторы для индикаторов неруютря: микросхема сама обеспечивает ток около 8 мА. Этого вполне достаточно для современных индикаторов красного цвета, если они, конечно, не очень большого размера, иначе могут понадобиться ключи.
Документацией предусматривается два режима работы:
- опорное напряжение 100 мВ, предел измерения 200 мВ;
- опорное напряжение 1 В, предел измерения 2 В.
Остальные пределы можно получить с помощью внешних делителей.
Подробно останавливаться на принципах работы микросхемы не вижу смысла, в сети много информации. Кому интересно, рекомендую книгу Юрия Ревича «Занимательная электроника», там она очень хорошо описана.
Рассмотрим типовую схему включения для опорного напряжения 1 В.
Как видно, требуется минимальное количество обвязки.
К выводам 38–40 подключены элементы тактового генератора, задающего скорость обновления экрана (для Европы рекомендовано 50 Гц, для США — 60 Гц); конденсатор лучше использовать керамический.
Выводы 27, 28 и 29 являются ключевыми для работы АЦП двойного интегрирования. К ним подключается так называемая интегрирующая RC-цепочка, которая отвечает за точность, стабильность показаний и скорость измерения прибора. При опоре 100 мВ номиналы этих элементов будут другими. Для выводов 27 и 28 конденсаторы должны быть обязательно пленочными, лучше фторопластовыми (К71), но можно и полиэтилентерефталатные (К73-17).
Выводы 33 и 34 отвечают за хранение и фиксацию опорного напряжения (Reference Voltage) внутри микросхемы. К ним подключается так называемый конденсатор опорного напряжения номиналом 0,1–1 мкФ, который тоже желательно выбрать пленочным.
На вывод 36 подается опорное напряжение (в данном случае 1 В). Оно всегда в два раза ниже напряжения предела измерения для данного типа АЦП.
Вывод 31 — это непосредственно вход вольтметра.
У микросхемы нет выводов, отвечающих за состояние запятой, поэтому вывод десятичной точки нужного разряда придется подключить к земле через соответствующий резистор.
И пожалуй, самое страшное для многих любителей — необходимость двухполярного питания (на вывод 26 нужно подать −5 В). Существует много схем включения, позволяющих обойти это требование, но я не вижу в этом смысла. Я использую устройство формирования отрицательного напряжения на таймере NE555, которое собирал в одной из предыдущих статей.
Для изучения возможностей микросхемы я решил собрать на беспаечной макетной плате вольтметр с пределом измерения 20 В. Моя схема максимально приближена к типовой.
Опорное напряжение 1 В получаю из напряжения питания с помощью делителя на R3 и RV1. В серьезном изделии, конечно, лучше сделать источник опорного напряжения (ИОН), например, на базе TL431 и резистивного делителя.
Измеряемое напряжение подается через делитель на 10 (R4, R5). Здесь резистор R4 номиналом 90 кОм я получил из двух параллельно соединенных резисторов по 180 кОм.
Конденсаторы C5 и C6 служат для сглаживания пульсаций. Точку индикатора третьего разряда (dp) соединил с землей через резистор 500 Ом.
Я провел измерения, задавая напряжение с самодельного лабораторного блока питания и контролируя его значения мультиметром VM-600A. Его я принял за эталон, так как класс точности этого прибора на постоянном напряжении составляет 0,5%.
Погрешность преобразования самой микросхемы не превышает ±0,05% от полной шкалы. Однако основная погрешность измерения, конечно же, складывается из параметров элементов обвязки и качества монтажа (макетная плата дает большие паразитные емкости и сопротивления контактов). В моей схеме точность можно откорректировать уровнем опорного напряжения с помощью потенциометра. Это я и сделал, добившись максимальной точности на верхнем пределе измерений.
Оценить точность измерений можно по фотографиям ниже.
Особенностью вольтметра является возможность измерять напряжение обоих полярностей. Если поменять полярность входного сигнала, то он просто выдаст правильное значения со знаком минус.
Вольтметр работает вполне корректно. Микросхема действительно интересная. Кстати, в упомянутой ранее книге Юрия Ревича приводится схема термометра на ICL7107, где в качестве датчика автор использует катушку от старого реле.
Мое мнение: если микросхема случайно попала к вам в руки, то поиграться с ней, конечно, можно. Но целенаправленно покупать ее под какой-то проект сегодня — весьма сомнительная затея. Все подобные задачи куда проще реализуются с использованием микроконтроллеров или плат Arduino. Тем более что цена ICL7107 в «Чип и Дип» составляет около 520 рублей. Исключением, пожалуй, могут стать лишь те случаи, когда вы принципиально не хотите осваивать микроконтроллеры — тогда эта микросхема действительно незаменима.