質問: オペアンプの非反転増幅について オペアンプ初心者です。 電流を計測したく0.01ωの抵抗にかかる電圧をオペアンプで増幅してpicマイコンでad変換(10bit)して計測する回路を作っているのですが、オペアンプの増幅がうまくいきませんので質問させてください。 オペアンプはlm358n 電源は5v 非反転増幅回路は抵抗2本のみの基本的なものです。 非反転増幅(100kω/430ω+1)で233倍位で実際にテスターで計ってみたのですが233倍位にはならず1000倍?位になってしまいました・・・100kω/10kω+1の11倍で試したところ正しく増幅されたので回路はあっていると思うのですが・・・ 100kω 5kωの組み合わせでも21倍でなく100倍位になってしまいました・・・ オペアンプの増幅率の限界とかはあるのでしょうか? 抵抗値は1k~100kくらいを使うとネット上で見かけたのですが、抵抗値が良くないのでしょうか?・・・何個か試したのですが、r1とr2の抵抗値の差がある(倍率が大きい)とうまくいかず・・・ 測定電圧がかなり小さいため出来れば200倍位にしたいのですが、どのようにすれば可能でしょうか? また、無理な場合は何倍までなら可能なのでしょうか?その際使用するおすすめの抵抗値を教えてください。 以上よろしくお願いします。
回答: >接続方法?は、pwmで電流制限したfetから充電池の+に接続し充電池の-の先に電流検出抵抗 >があります。 >素人の私的に電流検出抵抗は小さい方が良いと勝手に思っているのですが・・・抵抗を大きく >すると何が変わりますか? 抵抗を大きくした場合影響するのは (1) 定電流駆動回路部の動作電圧範囲が減少する。 (2) 電流検出抵抗の発熱が増える。 の2点です。(1)については実際の回路がわかりませんので正確なことは言えませんが、最大電流 を流したときに検出抵抗に発生する電圧降下が 0.5v 程度以内なら問題ない可能性が高そう です。回路図を提示していただけば正確な判断が可能です。また、検出抵抗による電圧の 定電流回路の定電流設定値に対する影響は無視してかまわないと思います。 (2)については検出抵抗をrs、検出電流をisとすれば、発熱量(watt)はrs×(is)^2で決まります。1/4watt程度までなら実用上問題ないでしょう。 上記の(1)、(2)が問題ない場合、 >最大充電電流(測定電流)は1aまで、単位は1maで表示するのですが、さすがに1ma単位まで >正確に出そうと>思っているわけではありません。10ma単位がテスターとほぼ同じ(誤差10ma弱) >くらいになればと・・・ 誤差は10ma弱まで許容できるということですので、以下に抵抗の値と使用可能なオペアンプの 入力オフセット電圧voffを説明します。 1) 検出抵抗rs 最大充電電流で発熱を1/4wattとして、 rs = (1/4w)/((1a)^2)=0.25 ω の値が使用できる検出抵抗の最大値になります。 2) 許容最大入力オフセット電圧を求める ここで、入力オフセット電圧をvoff、フルスケール時の検出電圧(検出抵抗の電圧)をvsf、 アンプのゲインをkとして、voffがある時のオペアンプ出力vo_offは vo_off = (vsf + voff)×k (1) またvoffがゼロの時のオペアンプ出力vo_0は vo_0 = vsf×k (2) オフセット電圧voffがある時の出力電圧のオフセットが無い時の出力電圧に対する誤差εを ε = (1 - vo_0/vo_off)×100(%) (3) と定義して、式(3)に式(1)、(2)を代入すると ε = (voff/(vsf + voff))×100(%) (4) となります。この誤差εが許容誤差以下になる条件、すなわち式(4)より ε ≦ (voff/(vsf + voff))×100(%) (5) と書けますので、これよりvoffの条件は、 voff ≦ vsf×ε/(100-ε) (6) で求まります。ここで フルスケール時の検出電圧vsf=1a×0.25ω=0.25v、誤差εは 検出電流許容誤差が10maで、誤差電圧は10ma×0.25ω=2.5mvより ε = (2.5mv/250mv)×100(%) = 1% を式(6)に代入して voff ≦ 0.25v×1%/(100%-1%) =2.525mv となりますので、オフセット電圧が2mv程度の汎用のオペアンプが使用できることがわかります。 尚、アンプのゲイン k は k = vre/vsfより k = 2.5v/0.25v = 10 に設定します。