Tento článek je věnován 3½ místnému univerzálnímu panelovému měřidlu s LCD displejem. Jedná se o základní zapojení obvodu ICL7106 a protože se mi podařilo sehnat i větší množství obvodů ICL7116 je návrh upraven tak, aby se s minimálními úpravami daly použít oba obvody. Z celého návrhu pak vzniknul jednodeskový panelový voltmetr navržený s několika málo propojkama na jednostranném plošném spoji o rozměrech 67,3 x 43,2 mm.

Pro zobrazení je použit 3½ místný LCD displej TESLA 4DR821 nebo může být použit jeho jakýkoliv dneska dostupný ekvivalent. Na desce je připraven prostor na sestavení děliče napětí pro nastavení odpovídajícícho rozsahu měření od 0,2V do 2000V, kdy rozsah 2000V je možné použít pouze do max. 300V neboť elektrická pevnost SMD odporů v děliči a kontrukce celého modulu není uzpůsobena vysokým napětím.

Zapojení ve své podstatě vychází z doporučeného zapojení obvodu 7106/7116 a ve schématu na obrázku 1. je v tabulkách možné vyčíst různé varianty hodnot součástek pro ovlivnění různých funkcionalit modulu. Univerzálnost modulu spočívá zejména v možnosti nastavení základního měřícího rozsahu 200mV nebo 2V, rychlost vzorkování 3 nebo 6 vzorků za sekundu a v neposlední řadě i nastavení propojek vstupního děliče a výběr zobrazované tečky pro zvolený rozsah. Jelokož se jedná o panelové měřidlo určené zejména pro zdroje napětí, kde se nepředpokládá přepínání rosahů, byly pro nastavení odpovídajících rozsahů zvoleny pájecí propojky, které se pro požadovaný rozsah a zobrazení teček, proletují dle tabulky ve schématu na obrázku 1.

obr. 1 Schéma panelového měřidla

Hodnoty použitých součástek, vychází z doporučení katalogových listů a v tabulkách ve schématu, jsou různé hodnoty R6, R2 a C4 pro rozsahy 200mV a 2V. Volba rozsahu je závislá na potřebách měření. Je dobré mít na paměti, že přílišné dělení napětí třeba z 200V na měřený rozsah 200mV není z hlediska přesnosti a ovlivnění možným rušením příliš vhodné a proto je lepší zvolit rozsah 2V, kde bude měřená hodnota méně "plavat" vlivem vnějšího rušení. Samozřejmě, že toto je extrémní případ, ale například při použití voltmetru pro zdroj napětí 0 - 30V, je nutné použít rozsah 200V a vhodné zvolit základní rozsah 2V místo 200mV, kdy nežádoucí rušení neovlivní měřenou hodnotu v takové míře, jak by tomu bylo u rozsahu 200mV. Nastavení teček je v tabulce uvedeno pro odpovídající napěťový rozsah, a v případě, že zobrazovaná hodnota má udávat jiný násobek, je potřeba zvolit odpovídající desetinnou tečku na displeji. Toto se provádí propájením pájecí propojky na desce plošných spojů s invertovaným signálem BP (vývod 21 obvodu ICL71x6), tečka která nemá svítit se pak připojí na signál BP. Invertovaný signál BP je vyroben pomocí digitálního tranzistoru T1 v zapojení se společným emitorem a odporem R10.

Jako LCD displej je v tomto případě použit zobrazovač 4DR821A s originálními vývody 2RK497 20, nebo je možné použít zobrazovač 4DR821B s nalepenými vývody do DPS. Další možnou alternativou zobrazovače je typ 4DR822, který se neliší v zapojení vývodů, jen má místo vlnovky (která není zobrazována) desetinnou tečku před prvním číslem 1 (.1.8.8.8). Současně lze také použít i běžně dostupné ekvivalenty LCD zobrazovačů nabízených pod označením např. LCD3.5-13/12.2 (TME), LCD3.5-13LOBAT (GME, EZK) a další s velikostí znaku 12,7mm. U displejů jiných typů než jsou již zmiňované 4DR821A s vývody 2RK497 20 nebo 4DR821B, je potřeba brát v úvahu, že délka vývodů může být jiná a je potom potřeba s tímto uvažovat při umísťování modulu na panel.

Nyní bych se chtěl věnovat vstupnímu děliči. Z praktických důvodů, je záměrně zvolena nižší impedance vstupního děliče, kde ve funkci panelového měřidla, například zdroje, nedojde k zásadnímu ovlivnění měřené veličiny a naměřená hodnota bude odpovídat hodnotě skutečné. Vstupní impedance tak byla zvolena 1MΩ, a v případě potřeby je možné tento dělič sestavit tak, aby byla impedance 100kΩ nebo 10MΩ. Pro dělení rozsahu 1/10/100/1000 bylo potřeba přesných odporů 900k, 90k, 9k a 1k, které se až na hodntu 1k nevyrábí, a tak je dělič realizován sériovou nebo paralelní kombinací rezistorů běžně vyráběných hodot. Pro hodnoty 9k je s výhodou použita paralelní kombinace dvou rezostorů 18k, pro 90k paralelní kombinace dvou odporů 180k a pro 900k sériové kombinace odporů 470k a 430k. U hodnoty 900k je záměrně volena sériová kombinace, kdy se odpor sestaví ze dvou SMD rezistorů velikosti 0805, které mají každý max. provozní napětí 150V (proto max. měřené napětí 300V). Pro potřeby jednorozsahového panelového měřidla postačí odpory v děliči napětí v dnes již běžné toleranci 1%, kdy pro daný rosah se správná měřená hodnota nastaví úpravo hodnoty refernčního napětí trimrem R6. Toto je i celkem praktická záležitos neboť odpory v provedení s přesností 0,1% a lepší jsou již podstatně dražší a pro případ panelového měřidla s jedním rozsahem nemají podstatný vliv na zlepšení přesnosti měření.

Dále bych se rád zmínil o napájení měřidel s IO 7106, neboť potřeba odděleného napájení vzhledem k měřenému napětí není přiliš známa. U napájení těchto IO je nutné použít galvanicky oddělený zdroj od měřeného napětí a proto je vždy potřeba použít pomocný zdroj z nezávislého vinutí transformátoru, nebo z baterie. Doporučený rozsah napájení je 7 - 12V, pro transformátorem napájené pomocné zdroje lze s výhodou použít lineární integrovaný stabilizátor 78L09 nebo zenerovu diodu (ZD). Jelikož celý obvod i s LCD zobrazovačem odebírá přibližně 1mA, jemožné jej napájet i z 9V baterie, která může být po vypnutí přístroje se zabudovaným panelovým měřidlem odpojována např. malým relé v pouzdru DIL nebo SIL. Možná by se to mohlo zdát jako nevhodné, ale pokud si uvědomíme, že stejný obvod je používán v běžných multimetrech a je napájen právě 9V baterií, stačí se zamyslet jak často se tato baterie musí měnit, a pak i toto řešení není až zase tak zcestné, jak by se na první pohled mohlo zdát. Možná je i po stránce ekonomické levnější použít bateriový držák a malé relé napájené z hlavního zdroje, než použít další transformátor, usměrňovač, filtrační kondenzátor, stabilizátor a další součástky. Pokud by byl použit toroidní transformátor nebo větší nezalitý EI transformátor, je možné pro jeden přístroj přivinout další vinutí tenkým lakovaným drátem a toto pak použít pro napájení panelového měřidla. Toto řešení je poměrně elegantní, ale je trochu pracné a vyžaduje jistou míru zručnosti při přivíjení vinutí tenkým drátem do již hotového transformátoru. V případě že se však ve zdroji použije dvou a více měřidel, je již výhodnější použít malého transformátoru, cca 0,5 - 1,5 VA, s dvojitým vinutím 9V a následně udělat jednoduché zdroje s usměrňovačem, filtrací a stabilizací napětí třeba se ZD nebo s již zmiňovaným obvodem 78L09.

Na následujících obrázcích je zobrazen motiv předlohy plošného spoje, osazovací plán pro stranu spojů a stranu součástek.

obr. 2. Předloha plošného spoje (pohled ze strany spojů)

obr. 3. Osazovací plán - strana spojů

obr. 4. Osazovací plán - strana součástek

Pro uchycení panelového měřidla jsou připraveny dva otvory s horizontální roztečí 59,7 mm. Vertikálně jsou montážní otvory umístěny v ose (ve středu) modulu i displeje. Pro montáž na panel tloušťky 1mm je potřeba distanční sloupek o délce 18mm (platí pro panel 1mm) pro šrouby M3 v provedení vnitřní/vnější závit. Na šroub distančního sloupku je pomocí matice přichycen měřící mnodul a ze strany panelu je uchycen pomocí zápustných šroubů M3x6. Doporučený otvor pro displej a pro uchycení je na obrázku 5. Otvory v rozích o průměru 2,2mm jsou určeny pro originální rámeček TESLA určený pro 3½ a 4 místné displeje řady 4DR82x.

obr. 5. Doporučený otvor pro displej a uchycení

Seznam součástek: