Bu çalışmamızda ICL7107 entegresi ile bir ampermetre projesini inceleyeceğiz. Baştaki ICL firmanın ismi: Intersil (Renesas’a bağlı). Bu Amerikalı üreticinin ürettiği ICL8038 ile sinyal üretici yapmıştık daha önce. Bu entegre (ICL 7106 ile birlikte) gerilim ölçmek için imal edilmiş. Öyle ki, sadece birkaç devre elemanı (10 tane) ve 7-baralı display bağlayıp çalıştırılabiliyor. Veri kağıdı bilgilerine göre bu arkadaş analog giriş sinyalini (gerilim) dijitale dönüştüren bir Analog/dijital (A/D) dönüştürücü, değerleri 7-parçalı (ya da baralı) ekranda gösterebilen bir dekoder ve LED sürücü. Üç buçuk basamaklı olduğundan bahsediliyor. Buçuk nasıl oluyor derseniz üç basamak 0-8 arasında değerleri gösterirken buçukuncu bacakta sadece ‘1’ sayısını (7-parçalı ekranın ‘b’ ve ‘c’ parçaları) görüntüleyebiliyorsunuz. Bir de akım ters yönlü ise ‘eksi’ işareti (7-parçalı ekranın ‘g’ parçası). Bu yüzden buçuk basamak var. Oldukça az akım çektiğinden, hassas olduğundan bahsedilmiş. Mutlak ‘sıfır’ ın ne kadar hassas olduğundan sıcaklıkla özelliklerinin çok az değiştiğinden bahsedilmiş.
40 bacaklı haliyle biraz irice bu entegrenin bu kadar kalabalık bacağı olmasının nedeni her bir 7-parçalı LED için bir çıkışa sahip olması. LED’leri sürebiliyor olması bu arkadaşın daha çok büyük göstergeler gerektiren panel voltmetreler için kullanışlı hale getiriyor. Yoksa sadece 7-parçalı LED’leri sürmesi ile küçük voltmetre için uygun değil. Zaten ülkemizdeki satış fiyatına göre neredeyse küçük hazır voltmetreler ile aynı fiyatta. Bacaklarından (üç basamak için 21, buçukuncu bacak ‘a’ ve’b’ parçaları için ortak 1 ve ‘eksi’ parçası için de 1 olmak üzere) 23 tanesi zaten çıkışa ayrılmış. Üç osilatör bacağı entegrenin çalışma frekansını, bu frekans da saniyede yapılan ölçüm sayısını belirtmiş. Veri kağıdındaki örnek devrede tavsiye edilen direnç ve kondansatör devreleri ile yaklaşık 48 kHz (f=0,45/RC) olarak tasarlanmış. Bu da saniyede 3 ölçüm anlamına geliyormuş.
Yukarıdaki devre veri kağıdındaki tavsiye edilen devre. 0-200mV olduğundaki hali. 0-200 dediysek aslında 0-199.9mV kastediliyor.. Hatırlayın ilk basamak sadece ‘1’ olabiliyordu!
Giriş (+) bir direnç üzerinden 31 numaralı bacağa yapılmış. Önerilen devrede bu 1 MOhm, ben küçük değerleri ölçtüğüm için bu direnci 100kOhm olarak kullandım. Girişin gnd hattı ise 30, 32 ve 35 numaralı birleştirilip devrenin Gnd hattı ile birleştirilmiş. Bu devrede gösterilmemesine rağmen (çünkü 0-200mV aralığı seçilmiş) uygulamalarda gözlenen durum 30-31 numaralı (giriş) bacaklar arasına 1.2k direnç bağlandığında ölçüm aralığı 0-2V, 10k direnç bağlandığında 0-20V ölçüm aralığına ulaşılabiliyor. Hatta ayarlı direnç koyanlar dahi olmuş. Benim devremde ben aslında akım ölçmek istediğimden ve akın değeri de o kadar büyük olamayacağından benim öyle geniş bir aralık ölçmeye ihtiyacım yok. 0-3V (Amper aslında) bana yetecek. O yüzden 10kOhm’luk bir direnç bağladım.
Devrenin ölçme işlemini yapabilmesi için referans gerilim girişleri önemli. LOW giriş (35) direkt olarak Gnd hattına çekilirken HIGH girişi (36) ayarlanarak giriş gerilimine referans oluyor. bu gerilim ne kadar hassas ise o kadar hassas ölçüm yapılıyor. Referans geriliminin Girişte ölçtüğünüz değerin (maksimum) yarısı kadar seçilmesi gerekiyormuş. Örneğin 0-2V ölçmek için Vref=1V olmalı imiş. Bizim devremizde bu ayar Vcc hattındaki 10kOhm dirence seri bağlı 10kOhm bir trimpot ile ayarlanıyor. Vcc’nin karalı olması açısından devreye bir (7805) voltaj regülatörü ile, 7107’in Vcc girişine yakın süzme kondansatörleri eklendi. Veri kağıdında bu gerilimi ayarlamak için zener diyotlu örnekler var. Ayrıca bu devreyi yapanların bazılarının ayarlı zener (TL431) diyot kullandıkları da google’da yapılabilecek bir arama ile bulunabilir.
7101 üzerinde bir de test pini (37) var. Bu pini Gnd hattına çektiğinizde 7-parçalı displayin tüm parçaları aktif oluyor (Display görüntüsü 1888). Böylece bağlantıların sağlam olduğu test edilebiliyor. Bu arada söyleyelim bu devrede kullanılan 7-parçalı display ORTAK ANOT. Yani displayin ortak ucu Vcc hattına bağlanıyor ve entegrenin çıkışı 0 olduğunda o çıkışa bağlı LED yanıyor. Ayrıca bu bacak istenirse display üzerindeki ondalık nokta ya da başka bir LED’e yakmak için negatif kaynak olarak da kullanılabilyormuş. Bizim projemizde boşta bırakıldı.
7107 negatif gerilim girişine de sahip. Veri kağıdına göre OSC3 çıkışından (38) alınan çıkış CD4049 inverter (evirici, değil kapısı) ve iki diyot bir kondansatör ile negatif gerilim üretilebilmekte. Ama bizim devrede ICL7660 kullanıldı. Kullanımı oldukça basit olan bu entegreye biz DSO150 osiloskop probleminde rastlamıştık. Sadece fazladan iki 10uF kapasitör ile kullanabiliyoruz..
Veri kağıdında daha ayrıntılı (bizi aşan seviyede detaylı) bilgiler mevcut. Ölçümde kullanılan teknik aşamalar, entegrenin analog ve dijital bölümleri, uygulama örnekleri, sıcaklıkla değişim gibi. İsteyen arkadaş kontrol edebilir.
Bu devreyi önce board üzerinde gerilimölçer olarak test ettikten sonra devre için baskılı devre tasarımına geçildi. bu devre giriş gerilimini bir şekilde display üzerinde gösterebildiğinden aslında sensörden gelen (linear) değerleri gösterecek şekilde tasarlanabilir. Örneğin sıcaklık ölçümü gibi (ki bunu yapanlar da var). Ben bu devreyi akımölçer olarak düşündüm. Sadece bu entegre fiyatına alınabilecek küçük hazır voltmetreler yerine bu devreyi seçmek için nedenim vardı; birincisi kendim yapmak tabi ki. İkinci nedense hazır voltmetreler 1 volt üzerinde gerilim ölçmeye başlıyorlar. ben ise çok küçük değerler ölçmeye çalışıyorum.
Bunun için şant direnci olarak önce iki tane 0,1 ohm 5W direnci paralel bağladım. Sonra uçlarındaki gerilimi bir işlemsel yükselteç ile yükseltip, ICL7107 ile değerini ölçtüm.
Burada işlemsel yükseltecin evirmeyen girişinden ölçülen değer yaklaşık 10 kat yükseltildi. Burada deneyerek bulduklarım: 1) İşlemsel yükseltecin kazancı daha da yükseltildiğinde ölçüm kararlılığı düşüyor. En küçük gürültü dahi yükseltildiğinden ölçülen değer sürekli değişiyor. Onun için burada ayarlama yaparken en sağlıklı değerler için, yükseltecin kazancını olabildiğince düşürmek, 7107’nin referans gerilimini yükseltmek doğruya en yakın sonucu verdi. 2) Elimdeki işlemsel yükselteçlerin içerisinde en sağlıklı değeri veren TL071 oldu. TL082 ve LM358 daha kararsız sonuçlar verdi. 3) Kullandığım şant direncini paralel bağlamaktan vaz geçtim. Direnç ne kadar küçük olursa üzerindeki gerilim de azalıyor. Ama yükselteç ile yükselttiğimizde bahsettiğim sinyaldeki gürültü de yükseltildiğinden hassas ölçüm yapılamıyor. Ayrıca 300mA seviyesinde yaptığım ölçümlerde, şant direnç üzerinde ölçülen ama aslında kayıp gerilim, sahip olduğum üç multimetre üzerinde kayıp olan gerilimin yaklaşık 1/10’u seviyesinde. Yani evde kullandığımız basit multimetre ile akım ölçerken daha fazla gerilim kaybına uğruyoruz.
Devreyi tasarlarken 7-baralı displayleri headerlar ile ayrıca bağladım. Bu displaylarin girişine üç adet diyot (1N418) ekleyerek gereğinden fazla parlak yanması engellendi. ayrıca buçukuncu displayi heba etmek yerine iki küçük LEd ile ‘eksi’ işareti yapıldı. Buçukuncu displaydeki ‘1’ (‘b’ ve ‘c’ baraları) yerine başka bir LED koydum. Ondalık nokta ilk displayden sonra konuldu (bu nokta bir akım koruma direnci ile Gnd hattına bağlandı). Bu bana 8.88 şeklinde bir gösterge oluşturdu. Yani akım karşılığı olarak 0.99 A amper ölçümü sağlıyor. Sanırım bu benim kullanabileceğim akım sınırı. Dolayısıyla başa koyduğum ‘1’ yerine yanan LED yandığında teorik olarak 19.99 A akım gösterilebilecek. Tabii teorik olarak! Hatta bu LED’i de kendinden yanıp sönen LED yaptım. Yani 1A değerini geçtiğimizde en baştaki led yanıp sönüyor.
Kalibrasyon işlemi yapılırken devreye bir akım ölçer (multimetrenin ampermetre pozisyonu)seri bağlandıktan sonra yük olarak 12V 5w gücündeki otomobil lambası kullanıldı. Bu sayede 0-500 mA aralığında akım ölçebilme aralığı sağladı. Zaten bu devreyi bağlamayı düşündüğüm güç kaynağım için bu aralıktaki değerleri sağlıklı ölçmesi önemli. Ama daha büyük akımları da (doğru ya da yanlış) ölçebilme kapasitesi var. Gerilim (akım) artarken ve azalırken akımölçerin gösterdiği değer ile bizim devrenin ölçtüğü değer paralel değişmiyor. Her ne kadar işlemsel yükseltecin kazancını küçültsem de değişim gözleniyor. Akım arttıkça bizim devrenin ölçtüğü değer ampermetreden daha fazla artıyor, akım azalırken de ampermetreden daha hızlı düşüyor. Bunun için kalibrasyon sırasında orta değer olan 250mA civarında ampermetre ve bizim devrenin ölçtüğü değerler eşitlendi. Bu durumda 500mA amper civarında yaklaşık 45-50 mA olduğundan fazla değer ölçümü varken, 100 mA civarında yine 35-40mA civarında olduğundan az bir değer ölçümü yapıldı.
Sonuç olarak bu devreyi ben güç kaynağında kullanacağım, hassas hesaplamalar için bu akım değerini kullanmayacağım için 0-500 mA aralığında ±40 mA hata payı ile bu devreyi kullanacağım.
Yeni projelerde görüşmek dileği ile sağlıcakla kalın.
ICL8038 ile Sinyal Üreteci:
https://egitimsart.org/arduino-ile-frekans-olcumu-icl8038-ile-dijital-sinyal-jeneratoru/
7-Baralı Display:
https://egitimsart.org/2019/01/18/su-arduino-dedikleri-4-arduino-ile-7-segment-display/
İşlemsel Yükselteçler:
https://egitimsart.org/2019/02/25/islemsel-yukseltecler-operational-amplifiers-opamps/
Fritzing Şema: https://www.dropbox.com/s/wks12obce79fv3q/7107_voltmetre_ampermetre.fzz?dl=0
ICL7107 Veri Kağıdı: https://www.renesas.com/eu/en/www/doc/datasheet/icl7106-07-07s.pdf
ICL7660 Veri Kağıdı: https://www.renesas.com/eu/en/www/doc/datasheet/icl7660.pdf
Eğitim Şart 