Автор делится опытом замены АЦП ICL7106CPL, которые устанавливали в мультиметры серий М-83х, DT-83x, на ICL7136CPL, отличающиеся существенно меньшим током потребления [1].
Мультиметры серий М-83х, DT-83x пользуются популярностью среди радиолюбителей, в первую очередь, благодаря их сравнительно невысокой стоимости. Немалую роль в приобретении играла и ремонтопригодность этих приборов. Отметим, что раньше, когда в них устанавливали микросхему АЦП в корпусном исполнении Plastic DIP (PDIP), в случае её выхода из строя операция по замене была достаточно простой. Зачастую для упрощения задачи при последующих заменах радиолюбители стали сразу устанавливать на плату прибора переходную панель DIP-40, после чего на замену АЦП уходило менее одной минуты. Позднее производители в целях удешевления производства перешли на установку АЦП в бес-корпусном исполнении для поверхностного монтажа, прозванную в народе "капля". Но, судя по сообщениям на форумах, это не остановило энтузиастов и специалистов по ремонту. При установке АЦП в корпусном исполнении PDIP в мультиметр её стали подключать отрезками тонкого провода МГТФ, припаивая их к печатным площадкам для "капли". Пространства в корпусе хватало.
Довольно быстро после начала производства серии ICL7106 несколькими фирмами были разработаны её микромощные аналоги, отличающиеся пониженным в 10-20 раз током потребления. Были запущены в производство такие АЦП, как МАХ130, МАХ131, ICL7136 фирмой MAXIM и ICL7126, ICL7136 фирмой INTERSIL. Замена штатной АЦП на микромощную позволяет существенно продлить время работы прибора от батареи питания 6F22 ("Крона"). Если через неделю вы увидите, что мультиметр не выключен, то это не приведёт к досадной разрядке батареи, а при питании от встроенного Li-Ion аккумулятора ёмкостью более 600 мА·ч с экономичным повышающим преобразователем напряжения 9 В прибор можно не выключать - запаса электроэнергии хватит на полгода.
Эти два факта подвели автора к практической реализации замены АЦП серии ICL7106 на серию ICL7136 в имеющемся мультиметре М-832 фирмы MASTECH и разработанном настольном вольтметре. Были приобретены две микросхемы ICL7136CPL, произведённые в Малайзии, и две ICL7136CPLZ, произведённые на Филиппинах. Положительный результат был ожидаем, и ниже приведены рекомендации по их применению в мультиметре М-832 или ему подобных на основании проведённых экспериментов. Непонятным остался вопрос, связанный с отсутствием таких доработок в журнальных статьях и Интернете. Возможно, это связано с повышенной стоимостью микромощных АЦП, но, по мнению автора, разработки и доработки электронных устройств "под себя" по определению не прибыльны и не должны ставить ребром вопрос о расходах (в разумных пределах, конечно).
Доработанная часть схемы прибора показана на рис. 1. Приведены только элементы, подвергшиеся изменениям по типу или номиналам. Нумерация элементов выполнена в соответствии стандарту ЕСКД и отлична от схем в Интернете. Линии проводников, идущие к элементам полной схемы, нарис. 1 прерываются и не подписаны. Выводы 35 (REF LO) и 36 (REF HI) АЦП показаны подключёнными в режимах измерений напряжений и токов.
Рис. 1. Доработанная часть схемы мультиметра
Номинальные сопротивления резистивного делителя R4-R6 обеспечивают плавность точной установки опорного напряжения Uref [1], равного 0,1 В, при калибровке мультиметра.
Подбором резистора R7 устанавливают частоту встроенного тактового генератора 40 кГц с помощью частотомера. Его подключают к выводам 38 АЦП и СОМ мультиметра. Достаточную точность установки обеспечит и поверенный осциллограф, подключённый через штатный входной делитель 1:10.
Следует обратить внимание на постоянную времени цепи из резистора R8 и интегрирующего конденсатора С4. Она увеличена и не соответствует расчётной в рекомендациях разработчиков для опорного напряжения Uref в АЦП, равного 0,1 В, и частоты тактового генератора 40 кГц. Это увеличение было заложено и производителями мультиметров. Оно связано с простым схемным решением метода измерения сопротивлений. При нём напряжение Uref не фиксировано и зависит от значения измеряемого сопротивления, от которого напрямую зависит входное напряжение Uin [1]. Без увеличения постоянной времени R8C4 с ростом Uin выходное напряжение интегратора Uint [1] превышает максимальное значение 2 В и заходит в зону clipping (зону, где его дальнейший рост ограничен напряжением питания, в данном случае равном 3 В). С номиналами R8, С4, указанными на рис. 1, этого не происходит, и линейный режим интегратора гарантирован.
Напряжение питания цифровых узлов АЦП (вывод 37 TEST) относительно вывода 1 (+U) у имеющихся экземпляров серии ICL7106 было -4,5...4,8 В, а у приобретённых серии ICL7136 оказалось равным -5,8 В (допустимо -4...6 В [1]). Наблюдалось подсвечивание знака "BAT" на экране ЖК-индикатора уже при номинальном напряжении питания 9 В. Отметим, что относительно вывода 1 АЦП на его выходе СОМ (вывод 32) имеется постоянное напряжение -3 В, а на выходе ВР (вывод 21) - напряжение возбуждения, поступающее на вывод СОМ ЖК-индикатора для высвечивания соответствующих знаков на его поле. Размах этого напряжения формы меандр равен напряжению питания цифровых узлов, частота - 50 Гц (при частоте тактового генератора 40 кГц). Причина дефекта оказалась в повышенном напряжении возбуждения, равном 5,8 В. Штатный транзистор VT1 (2SC9014) синхронно с появлением на нижнем выводе резистора R3 спадов импульсов -5,8 В частотой 50 Гц переходил в режим инверсного включения: через каждые 10 мс открывался на 10 мс и "подтягивал" свой вывод коллектора к потенциалу на выводе СОМ АЦП. Поэтому на выводе знака "BAT" ЖКИ появлялись импульсы напряжения размахом только 3 В относительно вывода 1 АЦП. Разность размахов напряжений между выводами ЖКИ СОМ (5,8 В) и знака "BAT" (3 В) вызывала его подсвечивание и появление на жидком кристалле постоянной составляющей напряжения, которая, как известно, приводит со временем к его деградации. Замена штатных номиналов резисторов R1-R3 указанными на рис. 1 и установка транзистора VT1 2N3904 с низким коэффициентом передачи h21Э в инверсном включении устранило данный дефект. У имеющихся образцов 2N3904 коэффициент передачи не превышал значений 0,25...0,3.
Рис. 2. Внешний вид доработанного варианта с установленными микросхемами ICL7136CPL и КР140УД1208
В имеющемся мультиметре в режиме звуковой прозвонки цепей изначально был применён сдвоенный ОУ LM358, но задействован только один из двух. Ток потребления ОУ - около 0,45 мА. Для существенного уменьшения общего тока потребления мультиметром этот ОУ был заменён отечественным КР140УД1208 согласно его штатной схеме включения [2]. Цоколёвка ОУ КР140УД1208 отлична от цоколёвки LM358, и это необходимо учитывать при замене. Резистор, задающий ток потребления ОУ [2], подключён между выводом 8 ОУ и выводом 37 АЦП (-5 В). Поскольку напряжение на выводе 37 стабилизировано, ток потребления ОУ остаётся неизменным при снижении напряжения батареи питания до 6...7 В. Подбором резистора ток потребления ОУ задан в пределах 20...25 мкА. При этом общий ток, потребляемый мультиметром, составил всего 120 мкА! Фото доработанного варианта с установленными микросхемами ICL7136CPL и КР140УД1208 показано на рис. 2.
Литература
1. ICL7136 3 1/2 Digit LCD, Low Power Display, A/D Converter with Overrange Recovery. - URL: https://www.renesas.com/us/en/www/ doc/datasheet/icl7136.pdf (1.09.2020).
2. Горелов С. Операционные усилители. - Радио, 1989, № 10, с. 91-94.
Автор: С. Глибин, г. Москва