Всички тези дисплеи са направени с ICL7106 или техни клонинги. Тук
http://www.intersil.com/data/fn/fn3082.pdf е описанието на схемата от Intersil.
Причината за проблема е, че отрицателният вход не може да се свърже директно към минуса на захранването. При всички случаи трябва да има захранващо напрежение, което да е по-отрицателно от входния сигнал.
Освен това, в повечето модули отрицателният вход е свързан към COMMON пина. При захранващо напрежение 9V този пин се поддържа на около 2.8V под положителното захранване и дори се използва за опорно напрежение. Този сигнал в никакъв случай не трябва да се свързва към някое от захранванията - той се държи като ценеров диод и започва да провежда доста голям ток!
При твоя случай, ако не искаш да използваш галванична изолация, трябва да оставиш свободен този пин и да "отместиш" входното напрежение спрямо потенциала на COMMON пина. Най-лесно това би станало с диференциален усилвател.