Tutorial: Medição de qualquer grandeza com o ICL7107

O ICL7107 é um ci conversor analógico-digital de três dígitos e meio. O que isso significa é que apesar de usar quatro displays, sua escala absoluta de leitura vai de -1999 até 1999. Ele consegue converter sinais analógios de baixa intensidade (escala de mV) nesses três dígitos e meio, o que permite a leitura de qualquer grandeza que faça variar de forma linear tensão, seja através de um sensor ou não.

Para medição de grandezas diretamente delas (sem intermédio de sensores), como tensão, corrente, resistência, etc, temos a seguinte configuração de circuito:

Temos duas variáveis de ajuste, uma dada pelo divisor de tensão na entrada e outra dada pela tensão no terminal 36. Essas variáveis nos permite manipular a escala de leitura. Vamos considerar a escala inicial de leitura como sem nenhuma divisão de tensão na entrada e 100mV no terminal 36. Nesse caso, podemos ler de -199,9mV até 199,9mV, traduzidos nos displays como -1999 até 1999.

Observe que tudo que precisamos fazer para obtermos um voltímetro de escala -199,9mV até 199,9mV é ligarmos o ponto do terceiro display. Podemos, no entanto, manipular a escala em vermelho (dos displays) esticando-a ou reduzindo-a (porém nunca modificando a posição do zero).  Se esticarmos de forma indisciplinada teremos leituras "sem sentido", como -599,9mV marcando -1999 e 599,9mV marcando 1999. Por tanto, precisamos esticar em múltiplos de 10 vezes.

1ª forma: dividindo a tensão:

Para aumentarmos a escala até a faixa de -1,999V até 1,999V precisamos dividir a tensão de forma que 1,999V entre no 7107 como 199,9mV, simulando a escala inicial. Resolvendo o seguinte circuito obtemos:

9R2 = R1

Portanto, basta seguirmos essa relação para aumentarmos a escala em 10 vezes (mantendo 100mV no 36).

2ª forma: aumentando a tensão no 36:

O terminal 36 serve como um ajuste completo de escala. Quando aumentamos sua tensão de entrada, aumentamos proporcionalmente a escala. Ou seja, para aumentarmos 10 vezes a escala, basta entrar 10x100mV = 1V no 36. Observe que não é possível aumentar muito a escala usando o terminal 36, uma vez que se forçarmos entrar 10V ou 100V, o ci se danificaria. Esse terminal serve, no entanto, como um ajuste fino, enquanto a escala é realmente aumentada a partir do divisor de tensão, que não possui limite.

Obs: se mantivermos a tensão do 36 como 1V, diz-se que o 7107 está operando na escala de 2V.

Para leituras ainda maiores, com 100mV no 36:

99R2 = R1 -> -19,99V até 19,99V

999R2 = R1 -> -199,9V até 199,9V

9999R2 = R1 -> -1,999kV até 1,999kV

(...)
Obs: apesar de teoricamente funcionar assim, nos meus testes os valores nos displays só ficavam estáveis quando entrava 1V no 36. Ou seja, a escala que realmente trabalho seria:
Sem divisor -> -1,999V até 1,999V
9R2 = R1 -> -19,99V até 19,99V
99R2 = R1 -> -199,9V até 199,9V
(...)

Podemos ainda modificar a posição do zero na escala absoluta. Isso é útil para medir grandezas a partir de sensores que emitem uma certa tensão quando o valor desejado a ser lido é zero. Para isso, basta colocarmos uma tensão positiva no terminal IN LO que balanceie com a tensão a mais (tensão de offset).

A primeira coisa que faríamos se quiséssemos projetar um leitor de certa grandeza a partir de um sensor que fica na faixa 2-15V, por exemplo, é dividir a tensão de forma que a escala fique na faixa dos 20V. Após isso seria analisar a queda de tensão para 2V, e submeter o terminal IN LO a essa tensão, fazendo aparecer zero quando 2V saírem do sensor. Depois, seria ajustar a escala a partir da tensão no terminal 36, de forma que os 15V fiquem no valor desejado (seja 19,99 ou 15,00 ou algum outro).