Dual Thermometer mit C520

ZU DDR Zeiten gab es einige sehr schöne Eigenentwicklungen in der Schaltkreisproduktion. Eine davon war ein AD-Wandler, der C520.

Mit diesem ließen sich mit geringem Aufwand 3-stellige Siebensegmentanzeigen als Anzeigen verwenden. Je nach verwendetem BCD-Decoder ließen sich verschiedene Ziele erreichen.
Ich habe dieses IC unter anderem für ein Dual-Thermometer verwendet. Ein Thermometer, welches ich eigentlich als Messgerät verwenden wollte. Es verfügt über einen internen Messfühler und einen extern anzuschließenden Fühler, der über eine Anschlussleitung direkt in oder an Objekten messen kann.

Das Funktionsprinzip ist in zwei Bereiche aufgeteilt. Der analoge Bereich ist die eigentliche Messung und der digitale Bereich ist die Anzeige.

Schaltplan

Der analoge Bereich besteht im Kern aus zwei Messbrücken mit je einem MOS-FET Operationsverstärker. MOS-FET OPV haben durch den sehr hohen Eingangswiderstand den Vorteil, dass die Messbrückenergebnisse nicht durch den Eingangswiderstand verfälscht werden. Die OPVs arbeiten als Differenzverstärker.
Die Messbrücke besteht aus zwei Zweigen. Der eine Zweig 56K und Trimmer 10K stellen die Referenzspannung bereit. Mit dem Trimmer wird der Grobabgleich bei 0 C vorgenommen. Hier sollte die Ausgangsspannung am OPV 0 Volt betragen. Mit dem Offsetanschluss am OPV kann der Nullpunkt exakt eingestellt werden.
Im zweiten Zweig der Brücke befindet sich eine Stromquelle, bestehend aus dem SC238 und dem SC309. Mit dem Trimmer 10K wird der Fühlerstrom auf 100 A eingestellt. Eine Stromquelle ist von großem Vorteil, da Spannungsschwankungen ausgeglichen werden. Das Messergebnis ist damit unabhängiger von äußeren Einflüssen und Leitungslängen. Als Fühler ist eine Basis Emitter Strecke eines Siliziumtransistors eingesetzt.
Der maximale Messwert des Operationsverstärkers wird über den Ausgangstrimmer eingestellt. Hier ist das Maß der Dinge der Endwert des AD-Wandlers.

Um beide Eingänge mit nur einer Anzeige anzeigen zu können, ist ein Umschaltung erforderlich. Diese ist mit einem Flip-Flop und zwei gekapselten Reedrelais K1 und K2 gelöst. Diese Relais haben umweltgeschützte Kontakte und sichern damit die Messgenauigeit. Eventuelle Spannungsverluste durch Kontaktübergangswiderstände sind damit minimiert.

Der Eingangmessbereich des C520 reicht von -99mV bis 999mV. Für Messungen im negativen Bereich, also unter Null Grad Celsius, ist das zu wenig. Ich habe daher eine Umschaltung eingebaut, die die Eingänge des AD-Wandler umpolen bei negativen Messwerten. Ein monostabiler Multivibrator wird über eine Auswertelogik an den BCD-Ausgängen des C520 angesteuert. Taucht im BCD-Code ein Minus auf, wird der monostabile Mutlivibrator angestoßen und lässt das nachfolgende Flipflop kippen. Dieses wiederum schaltet K3 und K4, die die Eingangsspannung des C520 umpolen. Nach Ablauf der Haltezeit des monostabilen MV wird wieder der BCD-Codes auf negative Vorzeichen geprüft. Diese sind nach der Umschaltung bei Minusgraden jetzt aber positiv und die Umschaltung bleibt wie sie ist. Gleichzeitig werden die Vorzeichen LEDs angesteuert, sodass man sehen kann, ob Plus oder Minus bzw. über Null oder unter Null sind.

Der digitale Teil der Schaltung entspricht sonst weitgehend der Standardschaltung des C520. Eine zusätzliche Siebensementziffer stellt das Symbol " C" dar.