Em artigo de minha autoria descrevi o circuito integrado 7106/7107, que consiste em um par destinado a fazer a conversão analógica/digital com 3 e meio dígitos. O primeiro excita um display de cristal líquido e o segundo um dlsplay de LEDs. Na ocasião, demos vários circuitos aplicativos, deixando entretanto a possibilidade de apresentar projetos mais elaborados para uma futura edição. Pois bem, voltamos agora com um aplicativo bastante Interessante que é um termômetro de precisão para operação na faixa de 25 a 85 °C com o sensor Indicado.
Um termômetro digital com as características apresentadas neste projeto pode ter tanto aplicações profissionais como também recreativas.
Com uma definição de 0,1°C ele pode ser usado para controle de câmaras de resfriamento, estufas, maquinaria em geral e até para indicar a operação de sistemas de ar condicionado.
O circuito é relativamente simples, a que a parte mais complexa, a conversão da informação analógica vinda do sensor em informação digital, é feita por um único integrado, o 7107.
Para mais detalhes sobre o funcionamento consulte o site (ME044).
Uma parte do projeto um pouco mais complexa é a fonte, já que o circuito exige duas tensões, negativas e positivas o que implica em uma dupla fonte simétrica de 5 e de 15 V.
No entanto, o consumo da unidade é extremamente baixo, o que possibilita o uso de um transformador de pequenas dimensões.
Podemos dizer que a maior parte do consumo é devida aos displays, isso na versão com LEDs, que é apresentada neste projeto.
Por outro lado, uma característica importante do sensor usado é a sua linearidade na faixa de temperaturas medidas, o que garante uma boa precisão nas aplicações profissionais.
Sensores equivalentes podem ser usados, se a faixa de temperaturas a ser medida for outra.
CARACTERÍSTICAS
Tensão de entrada: 110/220 V c.a.
Tensão de alimentação dos circuitos: 15-0-15 V e 5-0-5 V, de fontes simétricas
Número de dígitos: 3 e meio
Frequência de operação do conversor A/D: 50 kHz (aprox.)
Como Funciona
Começamos,nesta análise, pelo sensor de temperatura da National Semiconductor (Agora Texas Instruments), o LM3911.
Este sensor consiste num circuito integrado que fornece em sua saída uma tensão linearmente dependente da temperatura.
A tensão de saída é dada pela fórmula:
Vsaída T x 10-2
Onde Vsaída é dada em volts e T é a temperatura absoluta (Kelvin).
Fazendo a conversão para graus centígrados, podemos estabelecer a seguinte fórmula que relaciona a temperatura do sensor com a tensão de saída:
Vs = (273,16 + 1) x 102
Para uma temperatura ambiente de aproximadamente 20°C, a tensão de saída deste integrado estará em torno de 3 V.
Como o sensor LM3911 tem uma variação de tensão de saída de 10 mV /K, é fácil perceber que na faixa de - 25 a +85°C a tensão de saída variará entre aproximadamente - 2,5 e 9,5 V aproximadamente.
Na utilização do sensor num termômetro digital, o primeiro cuidado importante no projeto é fazer com que 0°C coincida com a indicação 00.0.
Isso é conseguido trabalhando-se no próprio bloco do sensor que é alimentado com fonte simétrica e possui em R1, R2, R3, R4 e P2 os elementos que possibilitam este ajuste.
Em torno de zero volt ajustado neste circuito temos então as tensões correspondentes às temperaturas medidas, que são aplicadas ao bloco seguinte do circuito, o conversor A/D 7107.
Para detalhes do funcionamento deste integrado sugerimos consultar os artigos mencionados na introdução.
O que podemos dizer é que este circuito possui todos os elementos internos que permitem a conversão da informação analógica numa informação digital para três dígitos e meio, ou seja, entre - 199,9 a + 1,999.
No nosso caso, usaremos apenas a faixa de - 25,0 a + 85,0 que corresponde aos limiares do sensor indicado.
Na conversão existe um oscilador que determina a velocidade de amostragem dos sinais e cujos componentes responsáveis pela sua freqüência em nosso projeto são C7 e R9. No caso, esta freqüência é da ordem de 50 kHz.
O trimpot P1 fixa a tensão de referência para o circuito a partir de um sistema interno que a regula em aproximadamente 2,8 V.
As funções dos demais componentes podem ser verificadas pelo artigo em que descrevemos o 7107.
A saída do 7106 é para displays de cristal líquido enquanto que as do 7107,
que é o nosso caso, fornecem 8 mA cada uma, para os segmentos de displays comuns de 7 segmentos, de catodo comum.
A fonte de alimentação do circuito deve fornecer 4 tensões, sendo duas positivas e duas negativas.
Para as tensões de 15 V usamos reguladores integrados; se bem que o consumo seja baixo e permita o uso das versões de 200 mA, na sua falta as versões comuns da série 78 e 79 de 1 A podem ser usadas, por serem mais fáceis de encontrar.
Para os 5 V positivos, como temos a alimentação dos displays de catodo comum, precisamos de uma corrente maior, daí ser indicado o 7805.
No entanto, para os 5 V negativos que apenas servem de referência para o conversor AD, e que portanto possui baixo consumo, é usado um zener.
Tanto o setor de fonte como o setor de displays podem ser montados em blocos separados para maior facilidade de uso e instalação numa placa.
No caso do sensor, se ele tiver de ser colocado longe do aparelho recomenda-se o uso de cabo blindado.
MONTAGEM
Na figura 1 temos o diagrama do setor de Conversor A/D com o sensor.
A placa de circuito impresso para este sensor é mostrada na figura 2.
Será interessante montar o circuito integrado num soquete DlL de 40 pinos para maior segurança. Lembramos que existem módulos prontos à venda, que já contêm este integrado, o display de LEDs ou cristal líquido, conforme a versão, e uma boa parte dos componentes externos necessários à implementação do projeto.
O leitor deve considerar a possibilidade de seu uso.
Os resistores são todos de 1/8 W com 5% ou mais de tolerância e para maior precisão de ajuste podem ser usados trimpots do tipo multi-voltas.
Para as aplicações convencionais podemos usar trimpots comuns, seguindo o layout original da placa.
Os capacitores eletrolíticos devem ter tensões de trabalho de acordo com
o indicado na lista de material.
Os demais capacitores podem ser de poliéster ou cerâmicos, conforme disponibilidade no comércio local e valor.
Cl-1 deve ser um LM3911 da National, mas existem equivalentes que, no entanto, exigem alterações no setor de alimentação e ajustes.
Os displays são de catodo comum e podem ser montados em placa separada com layout conforme sugere a figura 3.
Evidentemente, em função do tamanho dos displays disponíveis ou exigidos pela aplicação. o layout da placa deve ser alterado.
Na figura 4 temos o diagrama completo da fonte de alimentação.
A disposição dos componentes desta fonte numa placa de circuito impresso é mostrada na figura 5.
O transformador tem uma corrente de secundário de pelo menos 500 mA.
Cl-3 é o único circuito integrado que eventualmente precisará de um pequeno radiador de calor.
Z1 tanto pode ser de 5,1 V como 4,7V com dissipação de pelo menos 400 mW.
O resistor R10 é de 1/2 W e o fusível de proteção de 500 mA.
O transformador ficará fora da placa para maior facilidade de instalação do conjunto numa caixa.
As ligações da placa da fonte à placa do conversor ND devem ser as mais curtas possíveis.
AJUSTES E USO
Para ajustar precisamos dispor de uma referência de temperatura.
Inicialmente podemos usar gelo fundente para obter zero grau quando então ajustamos P1 para obter a indicação 00,0 nos displays.
Uma idéia para se ter um ajuste preciso usando gelo fundente é colocar o sensor num tubinho plástico que impeça a penetração de água e imergi-lo no líquido por um tempo que garanta o equilíbrio térmico.
Pelo menos 10 minutos serão necessários para que isso ocorra. O segundo ajuste consiste em se colocar o sensor num ambiente de temperatura mais alta, porém conhecida e ajustar-se P1 para a leitura correspondente.
Uma ideia seria usar o meio ambiente com referência a um termômetro preciso. Também devemos deixar o sensor um bom tempo no ambiente
escolhido até obter o equilíbrio térmico.
Outra possibilidade seria usar o nosso próprio corpo (desde que não estejamos com febre) o que permite fazer um ajuste de aproximadamente 37,4°C com boa precisão.
Feitos os ajustes é só utilizar o aparelho.
Semicondutores
CI-1 – LM3911 – sensor de temperatura
CI-2 – ICL7107 – circuito integrado conversor AD
CI-3 – 7805 – regulador de tensão
CI-4 – 7915 – regulador de tensão
CI-5 - 7815 – regulador de tensão
Z1 - 5V1 – diodo zener de 5.1V x 400 mW
D1 a D4 - 1N4002 ou equivalentes diodos de silício
LED1 - LED vermelho comum
Display - Display de 7 segmentos – 3 de catodo comum
Resistores: (1/8 W, 5%)
R1 - 12 k ohms
R2 - 22 k ohms
R3 - 5,6 k ohms
R4 - 33 k ohms
R5 - 1 M ohms
R6, R9- 470 k ohms
R7- 1.5 k ohms
R8, - 220 S2 x1/2 W
P1 - 1 k ohms - trimpot
P2 - 10 k ohms- trimpot
Capacitores:
C1 - 100 uF x 6 V - eletrolítico
C2 - 22 uF x 12 V - eletrolítico
C3 - 100 nF - poliéster ou cerâmico
C4 - 47 nF - poliéster ou cerâmico
C5 - 220 nF - poliéster ou cerâmico
C6 - 10 nF - poliéster ou cerâmico
C7 - 100 pF - cerâmico
C8 - 100 uF x 6 V - eletrolítico
C9, C10 - 470 uF x 25 V - eletrolíticos
C11, C14 - 10 uF x 6 V - eletrolíticos
C12, C13 - 47 uF x 25 V - eletrolíticos
Diversos:
F1 - 500 mA - fusível
T1 - transformador com primário de acordo com a rede local e secundário de 15+15 V x 500 mA.
Placa de circuito impresso, soquetes para os integrados, caixa para montagem, suporte de fusível, fios, solda, etc.
