Integrantes: Aracely Sánchez Emily Tovar Alex Tipantuña Carlos Solís
DISPOSITIVOS Y MEDICIONES Nivel: Segundo “A” Tema: Voltímetro Digital Fecha: 27 de JUNIO del 2013 TEMA:
OBJETIVOS: Objetivo General:
VOLTIMETRO DIGITAL
Realizar un voltímetro digital mediante un circuito integrado con la funcionalidad de medir voltajes de 0mV a 200mV.
Objetivos Específicos:
Conocer el modo de uso de los diferentes circuitos integrados para diferentes aplicaciones.
Realizar un voltímetro digital que utiliza pocos componentes externos, mediante el circuito integral ICL7107.
Medir cualquier señal análoga que varié su magnitud conectando al voltímetro digital, como sensores de presión, temperatura, frecuencia a voltaje, luz, calor, movimiento, etc.
Usar el sensor de temperatura LM35, midiendo la tensión de salida siendo proporcional a la temperatura.
MATERIALES:
CI1: circuito integrado ICL 7107 4 Dígitos siete segmentos ánodo común. 1 capacitor cerámico 0.1 micro faradios. 1 capacitor cerámico 0.47 micro faradios 1 capacitor cerámico 0.22 micro faradios. 1 capacitor cerámico 0.02 micro faradios 1capacitor cerámico 100 pico faradios 1 preset 5K ohms 1 resistencias 1 mega ohms 1 resistencia 24 K ohms 1 resistencia 47 K ohms 1 resistencia 100 K ohms
1 resistencia 1M ohms. 1 resistencia 1K ohms. 1 bornera de los contactos.
FUNDAMENTO TEÓRICO EL VOLTIMETRO Un voltímetro es un instrumento de medición capaz de indicar, en una escala graduada o pantalla, la diferencia de potencial entre dos puntos de un circuito (tensión). Básicamente un voltímetro es un galvanómetro (elemento capaz de medir pequeñas corrientes) al cual se le ha anexado una resistencia de conversión. Recordando que a un circuito eléctrico se le aplica una diferencia de potencial (voltaje) y dado el valor resistivo del circuito, circulara por este una corriente la cual será directamente proporcional a la tensión aplicada e inversamente proporcional a la resistencia del mismo (ley de ohms). Esta resistencia recibe el nombre de resistencia de conversión porque “convierte” la tensión aplicada en una corriente proporcional, que ingresara al galvanómetro.
Como un voltímetro es capaz de medir diferencias de potencial entre dos puntos de un circuito, este debe ser colocado en paralelo al circuito donde se desea realizar la medición, y debe presentar una resistencia relativamente alta con respecto al circuito donde se realiza la medición, ya que como regla básica todos los instrumentos de este tipo no deben alterar al circuito donde se realiza esta medición, además de proteger al instrumento de corrientes excesivas. A los instrumentos de medición los podemos dividir en dos grupos, a los denominados analógicos que son aquellos que nos indican el valor de la tensión reflejados en una escala graduada a través de una aguja y al grupo de los denominados digitales que son aquellos que nos indican numéricamente a través de una matriz de display el valor de la tensión medida. El proyecto que llevaremos a la práctica se trata de un instrumento capaz de realizar mediciones desde cero hasta ciento noventa y nueve coma nueve volt (199,9 volt), indicado a través de tres dígitos y medio, siendo capaz de ser visualizada la magnitud en forma digital a través de una matriz de display, si utilizamos un circuito integrado ICL
7107 y lo visualizaremos a través de un display de cuarzo liquido si utilizamos un circuito integrado ICL 7106. En cualquiera de los dos casos se trata de un circuito integrado de muy bajo consumo.
CIRCUITO INTEGRADO ICL 7107 Fundamentalmente este circuito integrado es un convertidor analógico-digital, ya que recibe en su entrada una diferencia de potencial (señal analógica) y la transforma en una información digital (ceros y unos), para excitar a los display ánodo común o una matriz de cuarzo liquido señal, que guarda una estrecha relación con el nivel de tensión aplicada en la entrada de tensión a medir. Fundamentalmente podemos dividir al circuito integrado en tres bloques bien diferenciados. El bloque conversor análogo- digital, el sistema digital para el control del convertidor y el bloque de presentación de la lectura en la pantalla.
Este circuito integrado pertenece a la familia de alta integración y bajo consumo, capaz de controlar directamente a LCD (display de cuarzo líquido), si utilizamos un circuito integrado ICL 7106, o capaz de excitar a una matriz de dígitos siete segmentos ánodo común, si utilizamos un circuito integrado ICL7107. Este circuito integrado presenta las siguientes características: Autocero automático y menor de diez micro-volt, con una desviación con la temperatura menor a un micro-volt por grado centígrado. Tiene indicación automática de signo (polariza) Para la construcción de un voltímetro, solo es necesario añadirle diez componentes extremos y un visualizador (LCD o display) Corriente máxima en la entrada máxima diez pico Amper. Puede funcionar con fuente simple de nueve volt. Puede funcionar con +/- cinco volt. Límites máximos de funcionamiento:
Tensión de alimentación. Quince volt. Tensión de entrada analógica: -V +V Tensión de referencia: desde +V a –V Entrada de reloj (externo): desde test a +V Disipación capsula plástica: 800 mW Capsula cerámica: 1000 mW Temperatura de trabajo: de 0 hasta 70 ºC. Temperatura de soldado: 300 grados durante un máximo de sesenta segundos.
Este circuito integrado se encuentra constituido por dos filas de terminales separadas por quince milímetros una de otra, con una cantidad de veinte unidades cada una. En la disposición de terminales nos encontramos con las salidas correspondientes a cada segmento para los tres dígitos y medio, además de una salida que indica la polaridad de la señal a medir y por ultimo todas las entradas a partir de las cuales le configuraremos para el funcionamiento deseado al circuito integrado.
Aspecto físico
Funcionamiento interno Este circuito integrado se puede dividir internamente en dos bloques bien diferenciados para su estudio, la sección analógica y la sección digital.
Sección analógica En la sección analógica encontramos tres procesos diferentes que son denominados fase de autocero (A/Z), fase de integración (INT) y fase de lectura (LEC) que se representan cada una de ellas con el cierre de llaves electrónicas, las cuales se cierran al momento de ser seleccionada la fase y se encuentran abiertas en caso contrario. El cierre o apertura de estas llaves es controlado directamente por el bloque digital. Sección digital: Esta fase se encargara de recibir un pulso, cuya duración dependerá de la diferencia entre la tensión que coloquemos en la entrada analógica de tensión a medir y la tensión previamente cargada en el capacitor de referencia, y la transformara en una información digital expresada numéricamente a través de cuatro dígitos ánodo común. DISPLAY DE 7 SEGMENTOS, CIRCUITO MANEJADOR DE DISPLAYEl El “display de 7 segmentos” es un dispositivo usado para presentar información de forma visual. Esta información es específicamente un dígito decimal del 0(cero) al 9 (nueve), por lo que se intuye que el código BCD está involucrado. El caso que nos atañe consta de 7 Leeds (Light Emisor Diode), uno por cada segmento, que se encenderán o apagarán dependiendo de la información que se les envíe (dije que en este caso ya que existen también display 7 segmentos de cristal líquido, incandescentes, etc.).El display 7 segmentos tiene una estructura similar a: donde los 7 leds vienen indicados por las letras a, b, c, d, e, f y g. Con éstos pueden formarse todos los dígitos decimales. Por ejemplo, para formar el número tres deben activarse los leds a, b, c, d y g y desactivar los e y f. Para el uno se usan los leds b y c (ojo, esta es la combinación correcta no e y f). De forma análoga se procede para el resto de los casos. 2. Hay dos tipos de LED de 7 segmentos. El ánodo común y cátodo común. Esto lo va a usar este post es un ÁNODO COMÚN.
3. En el caso de los display de ánodo común todos los ánodos (+) de los leds comparten la conexión. Estos display requieren un cero (una tierra) a la entrada de cada segmento para encenderlo. En el caso de los display de cátodo común todos los cátodos (-) de los leds comparten la conexión. Estos display requieren un uno (Vcc) a la entrada de cada segmento para encenderse. Todas las conexiones deben ser hechas a través de una resistencia para regular la cantidad de corriente que pasa a través de los leds4. 4. Esta versión es una versión de ánodo común. Esto significa que la pierna positiva de cada LED está conectado a un punto común que es el pin 3 en este caso. Cada LED tiene una pierna negativo que está conectado a una de las clavijas del dispositivo. Para que funcione es necesario conectar el pin 3 a 5 voltios. Luego, para hacer de cada segmento de la luz, enchufe el conector de tierra para que condujo a tierra. Se requiere una resistencia para limitar la corriente. En lugar de utilizar una resistencia de cada LED a tierra, sólo puede utilizar una resistencia de Vcc al pin 3 para limitar la corriente. LM35 Sensores de temperatura centígrados de precisión La serie LM35 son de precisión de temperatura integrada en circuito sensores, cuya tensión de salida es linealmente proporcional a la Celsius (centígrados) la temperatura. El LM35 tiene por lo tanto una ventaja sobre los sensores de temperatura lineales calibradas en ° Kelvin, como no se requiere el usuario para restar una gran voltaje constante a partir de su salida a obtener conveniente de escala centígrados. El LM35 no requiere ninguna externa calibración o recorte para proporcionar una precisión exacta. Su rango es de un total -55 a 150 ˚ C de temperatura.
COMO CONVERTIR UNA FUENTE DE ALIMENTACIÓN DE PC EN FUENTE DE LABORATORIO. Pasos 1. Desconecte el cable de alimentación de la parte posterior del equipo. "Harvest", una
fuente de alimentación de un ordenador mediante la apertura de la carcasa del equipo, la localización de la caja gris que es la fuente de alimentación, la localización de los cables de la fuente de poder de los consejos y los dispositivos y desconectar todos los cables desconectando ellos. 2. Quite los tornillos (normalmente 4) que sujetan la fuente de alimentación a la caja del ordenador y eliminar la fuente de alimentación. 3. Cortar los conectores (dejar unas cuantas pulgadas de alambre en los conectores de modo que usted pueda utilizarlos posteriormente para otros proyectos). 4. Después en el pin de 24 realizar un puente entre el cable verde y negro. 5. Y luego ubicar el cable negro que es la tierra y el rojo que es el de +5V y el blanco de -5V para el circuito integrado. Los conductores eléctricos que salen de la fuente de alimentación hacía conectores Molex tienen colores para distinguirlos:
Color Amarillo Negro Negro Rojo Blanco Verde
Función +12 Tierra Tierra +5V -5V Encendido
PROCEDIMIENTO 1. Para nuestro voltímetro decidimos utilizar el circuito integrado ICL7107 pues este nos sirve para trabajar con display de 7 segmentos, con los que en nuestro caso hemos utilizado cuatro, de los cuales 3 formaran la centena y el último de la derecha será el número decimal. 2. Además de esto nuestro circuito está diseñado para medir voltajes en sensores por lo que la escala será de 0 – 200 mV, para esta aplicación utilizamos un sensor de temperatura de lo cual explicaremos más adelante.
Construcción del circuito: 1. Vamos a construir el circuito de la figura, este circuito funciona con ±5V para lo cual utilizamos una fuente de computador y una conexión a tierra.
2. Todos los pines se conectan tal y como está en la figura. Debemos resaltar que el punto del DS2 estará conectado directamente a tierra para que este siempre encendido y forme el punto decimal, los demás irán de acuerdo a lo mostrado en el circuito. 3. Los condensadores nos ayudaran a filtrar la señal y obtener un valor más preciso en los displays, R7 es un potenciómetro y nos permite calibrar el valor de medición que aparecerá en los DS. 4. El LM35 es el sensor de temperatura que al alimentarlo con el mismo voltaje que sale de la fuente de ±5V envía un voltaje de salida que de acuerdo a la temperatura del ambiente puede variar de 100 a 300 mV. Para poder utilizarlo en nuestro circuito fue necesario enfriarlo para que brinde valores de voltaje de menos de 200mV y así ser leídos por nuestro voltímetro. 5. Para comprobar que nuestro voltímetro funciona correctamente conectamos los terminales de un, multímetro a nuestro sensor, encendimos la fuente de nuestro circuito y de inmediato empezó a marcar los valores en mili voltios. Mientras el sensor se enfriaba con hielo el voltaje bajaba y para que coincida el valor de nuestro
circuito con el del multímetro debemos variar el valor de R7 hasta que ambas medidas queden igual. 6. Una vez hecho ya tenemos totalmente construido nuestro voltímetro con aplicación en sensor de temperatura. CONCLUSIONES:
Lo que se pudo concluir es que mediante este circuito integrado ICL7107 se utilizó pocos componentes y sobre todo se pudo medir voltajes bajos del sensor de temperatura con una temperatura ambiente. Además se determinó que este voltímetro nos servirá de mucha ayuda para poder obtener los voltajes que suelen ser muy bajos de los sensores ya anteriormente mencionados. En este proyecto se pudo conocer que con la utilización de una fuente de alimentación de computador nos serviría como una fuente simétrica ya que el circuito se debe de alimentar con una fuente simétrica de +5 o -5.
RECOMENDACIONES:
Se debe calibrar el pin 36 a 100mv del ICL7107 para tener mediciones exactas. Nunca colocar voltaje superior a 100mv al pin 31 por que se quemaría. El ICL7107 es un dispositivo CMOS y es muy sensible a la electricidad estática. Así que evitar tocar los pines de integrados con las manos desnudas. Para la conexión de los display se debe tomar en cuenta que son del tipo ánodo común y que deben estar conectados a VCC (5V) y en la versión común del ánodo, uno de los pines debe conectarse a GND (tierra).
BIBLIOGRAFIA:
http://www.edaboard.com/thread89286.html http://www.circuitstoday.com/digital-voltmeter-using-icl7107 http://editronikx.blogspot.com/2012/05/voltimetro-digital-con-icl-7107.html http://arduinoexamples.wordpress.com/2012/10/06/display-de-7-segmentos-1digito/ http://www.electronica2000.com/instrumentos/voltimetro_digital.htm http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/fn30/fn3082.pdf http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm35.pdf http://es.wikipedia.org/wiki/LM35
