ICL7107 Ungenauigkeit

[Arsch N. (arschnelson)]

Hallo ihr Lieben,

ich hab ein Problem mit dem ICL7107.
Mit besagtem Baustein sollen miz drei 7-Segment-Anzeigen eine Spannung 
dargestellt werden. Gemessen werden soll eine Spannung von +200V bis 
-200V. Der hier verbaute Spannungsteiler ist nur ein 1/100. Auf einer 
weiteren Platine ist nochmals ein 1/10 Spannungsteiler aufbebaut, sodass 
bei 200V 200mV am Messeingang anliegen.

Ich habe euch hier mal den Schaltplan mit angehangen.

Nun zu meinem Problem. Wenn ich an die Messeingänge eine Spannung 
einspeise, welche getrennt von der Speisespannung der Schaltung ist, 
dann wird mir was falsches auf dem Display angezeigt.

Beispiel:
Eingespeiste Messspannung: 9.7V
Angezeigte Spannung: 7.4V
gemessene Spannung zwischen Pin 31 (INHI) und Pin 30 (INLO):74mV

Wenn man das so betrachtet, passt es ja, was die Anzeige darstellt, in 
Bezug auf Pin 30 und Pin 31.

Wo ist mein Problem? Hat jemand von euch einen Hinweis bitte?

Vielen Dank :)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Arsch N. schrieb:
> Angezeigte Spannung: 7.4V
> gemessene Spannung zwischen Pin 31 (INHI) und Pin 30 (INLO):74mV
> Wenn man das so betrachtet, passt es ja, was die Anzeige darstellt
Richtig. Der ICL7107 funktioniert...

> Wo ist mein Problem?
Stichwort: Leckstrom der Eingänge.
Wobei... der sollte eigentlich nur maximal 10pA sein. Zusammen mit dem 
1MOhm wären das gerade mal 10uV. Hmmm...

Arsch N. schrieb:
> Der hier verbaute Spannungsteiler ist nur ein 1/100. Auf einer weiteren
> Platine ist nochmals ein 1/10 Spannungsteiler aufbebaut, sodass bei 200V
> 200mV am Messeingang anliegen.
Du solltest dann aber aufpassen und dir die Sache mit dem "belasteten 
Spannungsteiler" evtl. nochmal ansehen...

[Arsch N. (arschnelson)]

Lothar M. schrieb:
> Arsch N. schrieb:
>> Angezeigte Spannung: 7.4V
>> gemessene Spannung zwischen Pin 31 (INHI) und Pin 30 (INLO):74mV
>> Wenn man das so betrachtet, passt es ja, was die Anzeige darstellt
> Richtig. Der ICL7107 funktioniert...
>
>> Wo ist mein Problem?
> Stichwort: Leckstrom der Eingänge...

Vielen Dank für die schnelle Antwort. Und wie behebe ich das Problem? :)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Arsch N. schrieb:
> Und wie behebe ich das Problem? :)
Nochmal, weil nicht ganz klar:
Wo hast du jetzt welche Spannungen mit welchem Messgerät gemessen?
9,7V zwischen Mess+ und Mess-? Und 74mV zwischen Inhi und Inlo?
Was passiert, wenn du die Eingangsspanung halbierst oder verdoppelst?

[Arsch N. (arschnelson)]

Lothar M. schrieb:
> Arsch N. schrieb:
>> Und wie behebe ich das Problem? :)
> Nochmal, weil nicht ganz klar:
> Wo hast du jetzt welche Spannungen mit welchem Messgerät gemessen?
> Was passiert, wenn du die Eingangsspanung halbierst oder verdoppelst?

Beispiel:
Eingespeiste Messspannung: 9.7V (Wird mir vom Netzteil angezeigt; 
Spannung messe ich auch mit einem DVM)

Angezeigte Spannung: 7.4V (wird mir vom Display des ICL7107 angezeigt)

gemessene Spannung zwischen Pin 31 (INHI) und Pin 30 (INLO):74mV 
(gemessen mit einem weiteren DVM)

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Arsch N. schrieb:
> Spannung messe ich auch mit einem DVM
Von wo nach wo?

> gemessene Spannung zwischen Pin 31 (INHI) und Pin 30 (INLO):74mV
Miss auch mal am R7.

Und klemm mal den INHI vom Spannungsteiler ab. Und dann miss nochmal 
zwischen Mess+ und Mess- sowie gleichzeitig am C6.

[Arsch N. (arschnelson)]

Lothar M. schrieb:
> Arsch N. schrieb:
>> Spannung messe ich auch mit einem DVM
> Von wo nach wo?

Zwischen den beiden Klemmen des Netzteils.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Arsch N. schrieb:
> Zwischen den beiden Klemmen des Netzteils.
Wo sind diese "beiden Klemmen des Netzteils" im oben angefügten 
Schaltplan zu finden?

[Arsch N. (arschnelson)]

Lothar M. schrieb:
> Arsch N. schrieb:
>> Zwischen den beiden Klemmen des Netzteils.
> Wo sind diese "beiden Klemmen des Netzteils" im oben angefügten
> Schaltplan zu finden?

+8V und GND beim LM7805. Der stabilisiert die Eingangssapnnung auf 5V 
für den ICL7107 und mit dem LM2585S werden 12V erzeugt, damit ich die 
großen 7-Segment Anzeigen betreiben kann.

[hk_book (Gast)]

Zeige mal die komplette Messkette, also auch den bisher nicht 
spezifizierten ersten Spannungsteiler 10:1, damit man das Thema 
"belasteter Spannungsteiler" begutachten kann (wie LM schon erwähnt 
hat).

[Arsch N. (arschnelson)]

Über R7 messe ich 97mV.
Über C6 messe ich 71mV.

Das abtrenne von INHI ist nicht so ohne weiteres möglich, da es alles 
auf einer festen Platine ist.

Im Anhang findet ihr nochmal eine Skizze der Messung mit den angezeigten 
Werten.

Den vorherigen Spannungsteiler habe ich mit Absicht weggelassen, da ja 
erstmal diese Platine richtig funktionieren soll.

Liegt es vllt auch am Poti?

danke :)

[Leuchte, die (Gast)]

nur so als frecher Zwischenruf: das Digit welches "7" zeigt, ist da 
sichergestellt dass ALLE Segmente leuchten können? Kein 
Verdrahtungs-/Kontaktfehler?

Immerhin ist "7" ja auch "9", wenn 3 Segmente dunkel bleiben...

[Arsch N. (arschnelson)]

Leuchte, die schrieb:
> nur so als frecher Zwischenruf: das Digit welches "7" zeigt, ist da
> sichergestellt dass ALLE Segmente leuchten können? Kein
> Verdrahtungs-/Kontaktfehler?
>
> Immerhin ist "7" ja auch "9", wenn 3 Segmente dunkel bleiben...

Ne 8 ist kein Problem :) Es lassen sich alle Zahlen korrekt anzeigen.

Liegt es vllt am Kondesator? Vllt ist er kaputt? Tauschen wird 
schwierig.

[hk_book (Gast)]

Arsch N. schrieb:
> Den vorherigen Spannungsteiler habe ich mit Absicht weggelassen, da ja
> erstmal diese Platine richtig funktionieren soll.
>
> Liegt es vllt auch am Poti?

ok, der 10:1 ist jetzt nicht mit drin.
Wg. Poti: wie kommst du zu der Beschaltung des Ref.-Eingangs? So wie im 
Schaltbild angegeben, kannst du maximal ca. 0,5V einstellen. Im 
Datenblatt von Intersil:
http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/icl7/icl7106-07-07s.pdf
Seite 7 Zeichnung 4b (die würde so in etwa deiner Beschaltung 
entsprechen) ist der Einstellbereich bis ca. 1,2V vorgesehen. Vielleicht 
machst du mal deine 100k (R4) kleiner und probierst, ob dann Full-Scale 
abgleichbar ist.

Nebenbei: es ist nicht so ganz geschickt, die Referenzspannung direkt 
aus den +5V zu generieren, aus denen die Displays versorgt werden. 
Entkoppeln, puffern oder Referenzdiode wie im Datenblatt ist da deutlich 
besser, aber erst mal muss die Anzeige stimmen.

[Arsch N. (arschnelson)]

hk_book schrieb:
> Arsch N. schrieb:
>> Den vorherigen Spannungsteiler habe ich mit Absicht weggelassen, da ja
>> erstmal diese Platine richtig funktionieren soll.
>>
>> Liegt es vllt auch am Poti?
>
> ok, der 10:1 ist jetzt nicht mit drin.
> Wg. Poti: wie kommst du zu der Beschaltung des Ref.-Eingangs? So wie im
> Schaltbild angegeben, kannst du maximal ca. 0,5V einstellen. Im
> Datenblatt von Intersil:
> http://www.intersil.com/content/dam/Intersil/documents/icl7/icl7106-07-07s.pdf
> Seite 7 Zeichnung 4b (die würde so in etwa deiner Beschaltung
> entsprechen) ist der Einstellbereich bis ca. 1,2V vorgesehen. Vielleicht
> machst du mal deine 100k (R4) kleiner und probierst, ob dann Full-Scale
> abgleichbar ist.
>
> Nebenbei: es ist nicht so ganz geschickt, die Referenzspannung direkt
> aus den +5V zu generieren, aus denen die Displays versorgt werden.
> Entkoppeln, puffern oder Referenzdiode wie im Datenblatt ist da deutlich
> besser, aber erst mal muss die Anzeige stimmen.


Das mit dem R4 werde ich mal probieren. Vllt sollten mal die 
vorgeschlagenen 24k rein.

Die LEDs werden nicht mit +5V gespeist. Diese werden mit den 12V 
gespeist.

[Andreas S. (Firma: Schweigstill IT) (schweigstill)]

Dadurch, dass GND und MEAS- nicht miteinander verbunden sind, kommt es 
zu einer viel zu großen Potentialverschiebung. Der Baustein wird 
vermutlich nur deswegen nicht zerstört, weil die dortigen Schutzdioden 
den Spannungsversatz begrenzen.

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Arsch N. schrieb:
> Über R7 messe ich 97mV.
> Über C6 messe ich 71mV.
Damit fallen am R1 26mV ab, was auf einen Strom von 26nA bedeutet. Also 
fast gar nichts. Und trotzdem 1000mal zuviel... ;-)

Stellt sich also die Frage: welchen Innenwiderstand hat denn das 
Messgerät, mit dem diese 71mV gemessen werden?

> Über C6 messe ich 71mV.
Welchen Wert zeigt die Anzeige an, wenn du über dem C6 nicht misst?
Oder andersrum: mach mal statt des R1 = 1MOhm einfach eine Brücke 
rein...

Andreas S. schrieb:
> Dadurch, dass GND und MEAS- nicht miteinander verbunden sind, kommt es
> zu einer viel zu großen Potentialverschiebung.
Naja, kommt auf die Beschaltung an, und ob die "getrennten" Versorgungen 
tatsächlich getrennt sind...

Wenn wie hier der IHLO auf COMMON bezogen wird, dann bekommt dieser 
Bezugspunkt eine Spannung, die etwa 2,8V unter Vcc ist. In diesem Fall 
ist also gewährleitet, dass beide Eingänge im Gleichtaktbereich sind.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Lothar M. schrieb:
> Arsch N. schrieb:
>> Über R7 messe ich 97mV.
>> Über C6 messe ich 71mV.
> Damit fallen am R1 26mV ab, was auf einen Strom von 26nA bedeutet. Also
> fast gar nichts. Und trotzdem 1000mal zuviel... ;-)

26nA können ganz schnell versickern. Platine verdreckt (Flux?) oder C6 
hat eine Macke. Oder der 7107 selber.

Was ich aber als allererstes mal ändern würde, ist den 7107 nicht für 
200mV Endwert zu beschalten, sondern für 2V. Dafür muß lediglich die 
Referenzspannung von 100mV auf 1V erhöht werden und der Integrations- 
widerstand von 47K auf 470K vergrößert.

Der vorgeschaltete 10:1 Teiler kann ersatzlos entfallen.

[Karl M. (Gast)]

Guten Tag,

was ich auch nicht finden konnte in der Beschreibung des TE, ist der 
Kondensator Typ des Integrationskondensators.
Der sollte doch MKP oder besser sein.

Sonst kann ich den Vorschreibern nur zustimmen, "Läckströme", belastete 
Spannungsteiler und innen Widerstände etc.

[Arsch N. (arschnelson)]

Vielen Dank für die Antworten. Ich schau mir das morgen nochmal an und 
melde mich nochmal :)

[Ernst O. (ernstj)]

mal ganz dumm gefragt: Wenn du deine beiden DVM parallel schaltest, 
zeigen sie dann das gleiche an?

Hast du mal probiert, Mess- an GND zu legen? Oder hast du den Hinweis 
von Anndreas Schweigstill ignoriert?

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Ernst O. schrieb:
> Hast du mal probiert, Mess- an GND zu legen?
Dann muss COMMON aber aus dem Spiel genommen werden. Sonst gibt einen 
warmen Chip...

Prinzipiell funktioniert der Wandler ja tadellos: er macht 74mV zur 
Anzeige 74.
Siehe das Foto im Beitrag "Re: ICL7107 Ungenauigkeit"
Was will man mehr? Und jetzt muss man nur noch die Ursache für den 
Leckstrom finden oder den R1 kleiner machen...

[Arsch N. (arschnelson)]

So. Ich glaube wir haben es gefunden das Problem gelöst.

Nachdem ich nun C6 getauscht und die Platine extrem geputzt habe, es 
aber keine Besserung gebracht habe, habe ich den Hinweis von Lothar 
befolgt und in R1 eine Brücke gemacht. Und siehe da: es geht.

Hier ein paar Messwerte:

eingespeiste Spannung : angezeigte Spannung

1V  :  1V
2V  :  1,9V
3V  :  2,9V
4V  :  3,8V
5V  :  4,9V
10V :  9,8V
15V : 14,9V
20V : 19,5V

Das gleiche auch mit negativen Spannungen. Also funktioniert sie über 
den gesamten Messbereich.

Eine Frage bleibt aber: was ist mit R1 falsch? Er wird doch auch so vom 
Hersteller angegeben? Kann mir das jemand erklären?

Aber erstmal vielen Dank für eure Hilfe :)

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Arsch N. schrieb:
> So. Ich glaube wir haben es gefunden das Problem gelöst.

Nein. Du hast lediglich einen Workaround gefunden.

> Nachdem ich nun C6 getauscht und die Platine extrem geputzt habe, es
> aber keine Besserung gebracht habe, habe ich den Hinweis von Lothar
> befolgt und in R1 eine Brücke gemacht. Und siehe da: es geht.

> Eine Frage bleibt aber: was ist mit R1 falsch?

Nichts ist falsch mit R1. Irgendwo hinter R1 fließt Strom ab. Und zwar 
ca. 26nA bei 74mV - das entspricht einem Widerstand um die 2M. Sowohl 
der ICL7107 als auch ein 10nF Kondensator sollten wesentlich hochohmiger 
sein. Wenn du C6 getauscht hast und die Platine geputzt ist, dann bleibt 
eigentlich nur noch der ICL7107.

[Arsch N. (arschnelson)]

Okay. Erstaunlicherweise messe ich zwischen den bei Pins 30 und 31 einen 
Widerstand von 9k. Wenn ich einen unbenutzten Baustein nehme, dann ist 
der Widerstand an diesen bei Pins nicht messbar. Also zu hoch.

Hmm.

[Axel S. (a-za-z0-9)]

Arsch N. schrieb:
> Okay. Erstaunlicherweise messe ich zwischen den bei Pins 30 und 31 einen
> Widerstand von 9k. Wenn ich einen unbenutzten Baustein nehme, dann ist
> der Widerstand an diesen bei Pins nicht messbar. Also zu hoch.

<seufz>

Du kannst diesen Widerstand nicht messen. In der Schaltung schon gar 
nicht, da mißt du im wesentlichen den Wert von R7. Herr, wirf Hirn!

[Arsch N. (arschnelson)]

Axel S. schrieb:
> Arsch N. schrieb:
>> Okay. Erstaunlicherweise messe ich zwischen den bei Pins 30 und 31 einen
>> Widerstand von 9k. Wenn ich einen unbenutzten Baustein nehme, dann ist
>> der Widerstand an diesen bei Pins nicht messbar. Also zu hoch.
>
> <seufz>
>
> Du kannst diesen Widerstand nicht messen. In der Schaltung schon gar
> nicht, da mißt du im wesentlichen den Wert von R7. Herr, wirf Hirn!

Stimmt. Recht hast du :)