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[DIY] DVM (Digital Volt Meter) 또는 Thermometer - 신정섭

오래간만에, 그리고 집에서는 처음으로 에칭을 해 보았습니다.

재미있는 자작의 소재는 아무래도 주위에서 친숙하거나 흔히 사용되는 물건이 아닐까 합니다.
우리네 헤드폰 앰프도 실제로는 그렇다고 볼 수 있고,
깜빡 전멸등이나 라디오 등도 그런 예가 될 것입니다.

또한 우리와 같이 자작하는 사람에게 가장 친숙한 것 중 하나로 디지털 테스터기가 아닐까 합니다.
실제로 테스터기는 내부에서 최종적으로는 DC 전압을 측정하는 기구입니다.
저항이나 전류를 읽어도 결국 DC 전압으로 변환하여 측정하는 것이지요.

그래서 DVM (Digital Volt Meter)는 매우 재미있고 유용한 자작 소재가 될 수 있습니다.

특히 전에 여기서 소개했던 'LM35'라고;
- 매우 정확하고(통상 0.3도 내외),
- 싸고(900원),
- 편리하고(TO-92형, 온도에 비례하여 직류전압 출력),
- 흔한(ic114 판매)
온도센서 IC를 이 DVM에 입력신호로 연결하면 근사한 Digital Thermometer가 됩니다.

그러기 위해선 ADC (Analog to Digital Converter)와 LED 숫자표시기를 작동시키기 위한 Driver가 1차적으로 필요한데 다행히 ICL7107 (ic114에서 개당 1800원)이라는 이 두가지 기능이 복합된 유명한 소자가 있습니다.

ICL7107의 Datasheet는 다음 --> http://www.intersil.com/data/fn/fn3082.pdf
LM35의 Datasheet는 다음 --> http://www.national.com/ds/LM/LM35.pdf

물론 ICL7107의 Datasheet에도 대표적인 예로 DVM의 응용회로가 있지만 저는 다음의 사이트에서 정말 훌륭한 예("따라하기")를 찾았습니다. (이 회로 말고도 다음 사이트는 정말 훌륭한 곳임)

http://www.electronics-lab.com/projects/test/014

아마 이것은 Kit로 판매하는 어떤 제품을 예로 들어 설명한 것 같습니다.
국내에서도 이것과 매우 유사한 Kit가 3만원선에 판매되는 것으로 알고 있습니다.

하여간 위 링크의 사이트에선 자세한 제작법 및 완전한 레이아웃이 제공되므로 그냥 파일을 받아서 "접착시트지-다리미" 공법으로 에칭하여 만든 것입니다.
게다가 레이아웃이 컴팩트하여 마음에 들었습니다. (기판의 양면을 이용하거든요) 물론 더 줄이면 면적을 30% 이상 감소시킬 수 있겠습니다만...
점퍼선도 단지 1개가 필요한데, 그것은 소숫점을 표시하기 위한 것입니다.

제 스타일 상 다른 사람의 레이아웃을 가져다 쓰기보다는 처음부터 직접 그려서 하는 것을 좋아하는데, 심한 귀차니즘도 그렇고 이보다 특별히 잘 나오기도 어렵겠다 싶어서 아무런 수정없이 원문에서의 Artwork Image를 그대로 프린트하여 이용했습니다.  --> 추가: 그런데 나중에 레이아웃 새로 그려서 만들어 보니 훨씬 잘 나온 것 같습니다. ^^
그런데 ICL7107과 LED 자체가 상당히 커서 이 기판의 크기는 신용카드 크기보다 약간 작을 정도의, 작지 않은 크기입니다.

한편, 원문의 배치도 상에 오류가 있으니 뒤에 자작시 Comment 부분에서 설명하겠습다.
한편, 이런 유사한 것 만들어 보신 경험이 없다면 가급적 제가 Comment 부분을 완성하기 전에 부품을 주문하시지 말기 바랍니다.

결국 약 7~8천원의 부품 비용(LM35 포함)을 들여서 위 사진과 같이 완성되었습니다. LM35를 연결하였을 때 온도가 직접적으로 표시되도록 전체적인 Measurement Scale 및 소수점 자리를 고정시켜 놓았습니다.
음 26.8도 군요. 올 여름들어 최저 온도입니다. 휴~ 이젠 살았나보다. ㅋㅋ
실제로 읽은 전압은 0.268V 가 됩니다.

물론 요즈음 테스터가 워낙 싸고 좋으므로 투입된 금액과 노력 등을 생각하면 이런 것을 제작하는 것이 별로 실용적인 작업은 아닙니다. 더구나 DCV만 측정한다고 해도 만능으로 사용하긴 결코 쉽지 않습니다. 고정식으로 하여 판넬에 장착하는 것이 적당합니다.
하여간 나름대로 응용분야가 무지 많고 지금까지 앰프와는 약간 색다른 소재이니 즐길만 합니다.^^

제작시의 Comment
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저는 잘은 모르니 아는한도에서 설명하겠습니다. 설명상 오류가 있을지 모르겠습니다.

- 위 원문에 자작법에서 발견한 오류가 몇개 있습니다.
1. PCB 아트워크 위에 붙어 있는 Top View 배치도에서 맨 오른쪽 저항은 R5가 아니라 R6입니다.
2. 같은 그림에서 맨 왼쪽에 R4와 연결된 입력단자 번호가 "2"가 아니라 "1"입니다. 즉 입력단자 2와 1이 서로 뒤바뀌어 있습니다.
3. 원문엔 0-2V 의 범위로 맞추려면 "0 ohm 1%"의 저항을 사용하라고 했는데 0옴이 아니라 무한대옴 즉, 연결하지 않는 것이 맞습니다.
4. 가변저항은 영점을 맞추기 위해서 조정하는 것이 아니라(영점은 ICL7107 내부적으로 자동 조절됨) 정확한 값이 측정되도록 보정하는 즉, Scale하는 기능을 합니다.

- 4자리짜리 LED 1개를 구입하지 마시고 필히 1자리짜리 LED(10핀) 4개를 구입하세요. 그리고 위 배치도의 핀 간격과 같으려면 0.56 inch (글자 높이가 0.56"=14.2 mm) 짜리를 구해야 합니다.
저는 ic114에서 개당 650원짜리인 SR-1056A 라는 녀석을 구했습니다.

- 반드시 +/-5V의 양전원을 사용해야 합니다. 이것이 가장 불편한 점입니다.
  조금 다른 전원도 가능하지만, 만약 너무 높은 전원(예로 +/-10 V?)에서는 동작하지 않습니다.

- 통상 작동시 LED가 15개 내외 들어오는 것과 같으므로 사용전류량이 많습니다.(70~200mA) 9V 배터리 하나로도 동작함은 확인했으나 LED 밝기가 너무 어둡더군요.

- 어찌보면 현명한 선택이고, 어찌보면 불편한 점이 비록 양전원을 쓰지만 그중 (-) 전원은 내부 회로적으로 필요한 조연 역할을 하고, LED 구동등과 같이 많은 전류는 (+) 전원쪽에서만 씁니다. 즉 전류의 각 전원단별 편중부하가 극심하다는 것입니다. 유념하시길 바랍니다.
한편 (+)전원으로 (-)전원을 만드는 간단한 IC가 있습니다. (위 Intersil 사이트에서 ICL7660 찾아보시길...) 즉 +5V만 인가하면 -5V가 출력되지요. 대신 사용할 수 있는 (-) 전원쪽 출력전류량은 아주 적습니다.
제가 위에서 현명한 선택이라고 한것이 이 Chip의 사용을 염두에 두면 그렇습니다. (+)전원 위주의 양전원에 딱이라고 볼 수 있습니다.
이 IC가 업계 표준과 같은 칩이라 ICL7107 개발시 고려가 되었던 것일 수 있습니다.

- ICL7107에는 소수점 표시기능이 없습니다. 무조건 정수로 나타냅니다. 그래서 R6 저항의 역할은 원하는 위치에 소수점이 항상 나타나도록 하는 것입니다. 말하자면 우리네 일반 LED 사용시의 전류제한용 저항입니다.

- 제작후엔 제대로 측정되도록 하기 위한 정확한 기준 테스터기가 필요합니다. 그래서 그 기준 테스터와 같은 전압이 나오도록 가변저항을 조정하는 것입니다. 실제로는 이 가변저항 조정이 측정을 위한 전압기준값을 만드는 것인데, 불행히도 이 기준값은 공급되는 전원전압에 따라서 변하게 되므로 전원전압이 바뀌면 보정을 다시해야 하는 치명적인 문제가 있습니다.

- Capacitor 류는 일부러 좋은 것 필요없으니 쉽고, 싸고, 작게 구할 수 있는 것으로 쓰시면 될 것 같습니다.

- 온도계로만 쓸것이라면 LED가 3개면 문제가 없습니다.
  한편 4번째 LED는 숫자 표시외에 부호를 나타내고, 또한 뭔가 문제가 있을 때 오류 표시가 나더군요.


==== 추가: 2004. 8. 21 =======================

다음은 만능기판에 LM35용 Digital Thermometer 전용으로 만든 것입니다.
LM35가 주위의 기온을 측정하기에 적당하지만 응용에 따라 표면 온도 같은 곳에 쓸 수도 있습니다.

물론 온도 센서로서 사용가능 한 것은 LM35 말고도 수없이 많은 종류가 있습니다. 다이오드나 TR 자체를 이용하여 만들 수도 있고요. 하지만 정확성이나 사용 용이성, 가격 등을 생각하면 LM35 말고 다른 것은 생각하기 힘들군요.

이 온도계는 섭씨 0.0~99.9도까지 매우 정확하게 나타납니다.
유효 숫자가 3자리 이상 필요없기 때문에 LED는 3개만 썼습니다.

회로는 위 ICL7107 Datasheet의 Fig. 15를 기준으로 구성했습니다.
그런데 이 Datasheet에서도 잘못된 부분이 있는 것 같더군요.
그래서 아래와 같이 빨간줄을 긋고 "1.0 V"로 수정했습니다.





보시다시피 아주 작아졌습니다. 처음 만들었던 것보다 40% 이상 줄었습니다.
그런데 매우 만들기는 힘들더군요.
거의 최고 난이도의 작업이었습니다. (특히 LED의 뒷면 장착 때문에 발생)
인두팁도 아주 가는 것을 사용하지 않고는 위와 같이 만드는데 애로가 극심할 것입니다.

위 실체배선도 상에는 "24K + 25K가변저항" --> "50K 가변저항"으로 대치하여 그려져 있으나 위 사진상 실제로 제작시엔 두개를 썼습니다.
또한 사진에선 C3 자리에 0.47uF에 꽂혀 있는 것으로 나와 있으나 나중에 0.1uF로 교체하였습니다. (0.47uF은 적당하지 않은, 오차를 유발하는 값입니다.)

한편, 그대로 만드시면서 힘들다고 제 욕을 하지 마시고, 편하게 수정하시거나 그냥 참고만 하셨으면 합니다. ^^
이것은 오히려 에칭하는 것이 쉬울 듯 합니다.

자세한 제작 사항은 생략하고 혹시 시간나면 보충하겠습니다.

그럼.
하스만세....