2017年7月23日日曜日

可変電流源 でけた&リードベンダでジャンパ線の加工


回路図

基板図

前回ブレッドボードで組んだ回路で測定したのとほぼおなじ条件で測定

OPAMP: OPA2134

10kΩ (出力電圧 = 入力電圧×10)

ch1:入力電圧 ch2:出力電圧

リードベンダでジャンパ線の加工


サンハヤトのリードベンダでジャンパ線の加工をしてみた。


リードベンダで所望のピッチでスズメッキ線を曲げる。


熱収縮チューブをスズメッキ線に通して、基板の表側になる部分を絶縁する。


φ2mmの熱収縮チューブなので収縮させてもガバガバです。もう少し径が細い方がいいかも。

熱収縮チューブで絶縁しなくても使えますが、基板の表になる部分を絶縁しておくと、何かの拍子にジャンパ線がショートしてしまう可能性を減らせます。

Github:
https://github.com/ryood/VCCS_Unit

2017年7月22日土曜日

可変電流源 基板設計

可変電流源のバリエーション OPAMP+PNP Tr


以前作ったSPI VCAで使っている電圧→電流変換回路も可変電流源として使えるし、部品数も少なくて済む。

回路図

負荷抵抗RLを1kΩ~10kΩで1kΩ刻みでシミュレーションしてみた。電流源なので負荷抵抗の値が変わっても、負荷抵抗に流れる電流は変わらない。

DC解析

上のV(out)は負荷抵抗の「OUT」の点の電位で、コンプライアンス電圧というらしい。V(out)の上限が-1V前後で制限される。負荷抵抗の抵抗値が上がるとコンプライアンス電圧で制限されて、取り出せる電流が頭打ちになる。

この回路は部品数が少なくて済むが、両電源が必要となり出力の基準点がVEEとなるのがデメリット。

可変電流源のバリエーション OPAMP+NPN Tr


似たような仕組みでNPN Trでも電圧→電流変換回路を作れる。

回路図

DC解析


こちらはコンプライアンス電圧が+1V程度になる。両電源は必ずしも必要ではないが負荷抵抗をVCC側に入れなくてはならずGNDから浮いてしまう。

今回使う回路


回路図

DC解析


この回路は部品数が増えるが、単電源で使えて負荷抵抗の一端がGNDに接地される。コンプライアンス電圧も実用的な範囲だと思う。

基板設計


回路図

基板図

R4は電圧→電流の変換率を決める抵抗で、ピンソケットを使って実装し差し替えられるようにする。

部品並べ

2017年7月17日月曜日

可変電流源の構想

前から作ろうと思っていましたが、なかなか手を付けられないでいました。電圧制御電流源です。

以前、電圧→電流変換回路をいろいろ実験したが、今回はEDNの「電圧制御のプログラマブル定電流源、デジタルコントロ-ルも容易 (1/2)」を参考にする。

LTSpiceでシミュレーション


シミュレーション回路図


Trの電流増幅率を上げるために、普通のTrとダーリントンTrを使用した場合と比較してみた。

普通のTrを使用

ダーリントンTrを使用

DC解析


普通のTrを使用

ダーリントンTrを使用

DC解析を見比べると、I(Rl)(出力電流)は、2.0V vs 2.0mAあたりを見ると、ダーリントンの方がマス目にあっている。

V(VCC,N003)は、R3の両端の電圧で、この電圧に比例した電流が出力される。

理想Trと理想OPAMPで5V電源だと2mA程度出力するのが上限。

ブレッドボード図


ダーリントンTrは持っていないので、2SA1015と2SC1815をそれぞれダーリントン接続して使った。電流増幅率が大きい方が良いのでともにGRランクを使った。

AVRトランジスタテスターで測定

Tr hFE Vf(mV)
2SC1815(1) 380 682
2SC1815(2) 322 683
2SC1015(1) 304 650
2SC1015(2) 299 650

OPAMPを変えて測定


レール電圧の正側付近を使うので、フルスイングOPAMPを中心に測定してみた。

自作のファンクションジェネレータで2Vp-pの正弦波を出力し、820Ωと3.3kΩのRで電源電圧を分圧し、GNDを+1Vシフトして、正側で振れる正弦波を入力した。

この回路定数では出力電流=入力電圧/1000となり、出力負荷は1kΩのRとしたので、入力電圧と負荷抵抗の電圧が等しくなる。

電源電圧: +5.07V

NJM4580

ch1:入力電圧 ch2:出力電圧

フルスイングではない、定番のNJM4580だと入力電圧が低い場合、出力が反転してしまう。

NJM2732

低電圧で動作するフルスイングOPAMP。0V~2V(0mA~2mA)がほぼ正常に出力される。

AD822

フルスイングOPAMP。450円@秋月とちょっと高い。入力が0Vから立ち上がる時に少しいびつになっている。下降時は正常。

AD8532

低電圧フルスイング。正常に出力される。

NJU7032

CMOSフルスイング。入力が低い時はおかしくなる。

OPA2134

フルスイングとは銘打っていないが、電源電圧4Vから動作し、経験上フルスイングに近い特性。この実験でも正常に出力された。

まとめると、低電圧フルスイングのNJM2732とAD8532、OPA2134が0V~2Vでほぼ正常。次点でAD822.

NJM2732とAD8532は電源電圧の上限が6Vで、電源の制約が少ないOPA2134をまずは使ってみることにする。

負荷抵抗を変えて実験


負荷抵抗の値を変えると、出力電圧も変わるので(E=RI)OPA2134で確認してみた。入力はファンクションジェネレータの出力を最大にして測定。

1kΩ (出力電圧 = 入力電圧)

ch1:入力電圧 ch2:出力電圧

10kΩ (出力電圧 = 入力電圧×10)

100Ω (出力電圧 = 入力電圧/10)

何故だか出力にノイズが乗ってしまった。←原因不明

あまり厳密ではないが、入力:0V~2V、出力:0mA~2mAの範囲で使えそうだ。

<追記:2017.07.21>

OPA2134で測定し直してみた。入力のサイン波の周波数を100Hzに変更した。

1kΩ (出力電圧 = 入力電圧)

ch1:入力電圧 ch2:出力電圧

10kΩ (出力電圧 = 入力電圧×10)

見やすくするために、入力をプラス側にシフトせず電圧も小さくしている。

入力が0V程度の時0V程度、400mA程度の時4V程度出力されている。

100Ω  (出力電圧 = 入力電圧/10)

</追記>