Arduino UNOで0.00～40.00mA定電流負荷回路

過去、あれこれと定電流回路を紹介してますが、
今回のは電流は少なめ。
2023年1月 2日：PWMでD/A変換：アナログマルチプレクサの応用で
2023年1月 7日：PWMでD/A変換：アナログマルチプレクサの応用、解決方法

この続きで、「4～20mA電流ループ・インターフェース」回路用の
実験用定電流回路です。

計測系での4～20mA電流ループ・インターフェース、こんな
つなぎ方があります。

・装置側が電源を持っていて、計器側は
　その電流をちょっともらって回路を動かし、
　結果を4～20mAの電流にして返す構成。
　２線でつなげます。

ちょっとの電流で動かせる圧力センサーとか
温度センサーなど。

・計器側の電流消費が大きい時は、装置側から
　電源を供給。
　３線接続。

・計器側は自分で電源を持っていて、
　測定値を4～20mAで出力。
　制御装置からの供給だと４線で接続。

こんな回路のテストには4～20mAの電流発生器
あるいは定電流負荷回路が必要になります。
　　※中華製のが安く出ているようですが・・・

計器の真似を(装置側から電源をもらって動作)
しようとしてもよかったんですが、汎用的に
使える吸い込み型の定電流回路＝定電流負荷
にして、
　　「PWM+LPFによるDACの能力」
を確かめてみました。
　　※電流ループだと、電流の向きさえ合わ
　　　せれば定電流回路はどこにでもつなげる。

吸い込み型の定電流回路、基本はこんなの。

ボリュームやポテンショ、あるいはスイッチで
Vp電圧を操作して、「Vp÷Rs」で電流を決める
という方法です。

設定した電流を読む方法が、
　・ループの途中に電流計を入れる。
　・Rs両端の電圧から電流値を計算。
と、いうのが普通。

今回は、
　　PWM+LPFで出したVp電圧と、検出抵抗Rs値を信じて、
　　PWMのデューティを変えて電流値を可変出力。
という方法を使いました。

ブロック図で示すとこんな具合。

校正モードで設定するのは、デューティ100%
(MPXのVref選択入力がいつもH)のフルスケール電流値。
これを「0.01mA」単位の読みで(別の神様電流計で計測)
設定します。
　　※今回はフルスケールで12bitあたりを狙っています。

校正時、デューティ100%で仮に40.00mAが出てきたと
すると、PWMでのデューティ設定範囲は「0～3999」
にします。
つまり、デューティ0/4000～3999/4000が範囲。

デューティ比がそのまま「mA」値になり、
「00.00～39.99mA」と0.01mA単位で設定できるはず・・・
そんな目論見です。

そして、0.00mA→0.01mA→0.02mA→という最小桁を
安定して可変する出力というのもやってみたかった
制御で、そのために
　・オフセット電圧の小さなオペアンプを選ぶ。
　・バイアス電流も小さいの。
　・±電源で動作させる。　ぜいたくに。

使ったケースは
2022年8月24日：パルスジェネレータを作ってみた：箱に入れた
での、ダイソー・100円(税別)樹脂ケースです。

FLUKEを電流計モードにして操作してらほんとにぴったし。
エエ感じにできました。
手動操作だから PWM+LPF でも時間遅れは気になりません。
　　※セトリング時間、なに？それ？のモード

「0.01mA」桁の操作がそのままテスターの読みに
出ます。
電流の読みを見ながらポテンショを左右に微調という
操作とは違う感覚です。

Rsを小さくすれば電流値を大きくできます。
今は20Ωで40mAですが、2Ωなら400mA。0.2Ωなら4Aに。

　　※電流を大きくしようとすると、FETのゲート
　　　駆動電圧を高くする必要があるかもです。
　　　オペアンプの+電源が+5Vでは間に合わないかも。

※関連
・2021年4月4日：オペアンプとMOS-FETを使った定電流負荷回路
・2020年8月27日：オペアンプとMOS FETを使った定電流回路・・・電子負荷回路・・・
・2020年3月12日：定電流回路の電流検出抵抗を試す
・2020年1月24日：メモ：4-20mA電流ループ用ICとデジタルアイソレータ


※現時点の回路


・手持ち部品の関係でロータリーエンコーダはBOURNS
　のを使用。
・2回路入りオペアンプを使ったのも手持ち部品の関係。

※スケッチ　zip圧縮
　　ダウンロード - cl40ma1.zip

※温度変化の様子
・2022年7月6日：デジタルテスター「FLUKE 87IV」の赤外線通信ユニット完成
でFLUKEテスターからのデータ吸い上げができるようになった
ので、定電流回路の温度変化を調べてみました。
使ったのはこの→2017年11月6日：液晶表示器「焼き鈍し」
での保温箱。
この中に定電流回路を置いて通電開始。
「電球」で段ボール箱内を温めます。

結果・・・

定電流回路の設定を20.00mA。　（供給電圧は24Vで）
その時のテスターでの読みが20.003mA。
箱内を50℃まで上げると19.983mAに。
20.003mA→0.02mA下がりました。
30℃の温度上昇で電流がざっと0.1%下降。
1℃に直すと「33PPM/℃」。
基準電圧の変動なのか電流検出抵抗RsとかLPFの
分圧抵抗の変動なのか。
もうちょい調査が必要です。

Arduino UNOを使ったUSB電流計 4桁表示も

デバッグ時の電流チェック用ツール、
・2022年11月29日：Arduino UNO(のチップ)を使ったUSB電流計
・2022年12月2日：Arduino UNOを使ったUSB電流計 箱に入れて完成
ということで、最小桁を1mAにした3桁表示のは
できあがりました。

・回路図

しかし・・・欲が出てくるものです。
「0.1mAまで読みたい」っと。

そうするとATmega328P内蔵の10bit ADCではちょいと
チカラ不足になってしまいます。

部品箱にある手持ちのADCを探すと12bit 1chの
MCP3201が出てきました。
電流検出抵抗は0.075Ω。そして基準電圧を2.5Vに
して300mAフルスケールで電流を計るようにして
みました。
INA180A3で100倍。
0.075Ωに333mAで25mV。
これを100倍で2.5Vの基準電圧値。
0.1mA分解能で表示できます。

電圧は、ATmega328Pの内蔵基準電圧を使って
0～6Vを入力。 3桁表示です。

7seg LEDは緑色に。
4桁連結の手持ち品が無かったので、手配線で
セグメントをつなげています。




これに使った7seg LEDはカソードコモン。
　　3桁表示のは3つ連結されていて、
　　アノードコモンでした。



※スケッチのアップはちょっと待って。

※二つのスケッチと回路図を圧縮(2022-12-21)
　　　ダウンロード - usb_cur.zip

・タイマ0割り込み(delayなどのシステム用)は止めてます。
　　　イケズするつもりはないのですが、
　　　余計な割り込みは不要ということで。
・校正操作はtera termなどの1文字出力できるターミナルで。
・Entを続けて2回入力(1秒内)すると校正モードに。
・直線補間のための電流値と電圧値を8項目設定。

Arduino UNOを使ったUSB電流計 箱に入れて完成

2022年11月29日：Arduino UNO(のチップ)を使ったUSB電流計
ダイソーの箱(No.1434 トラベルケース S 2P) に入れて完成です。
コネクタ部の加工(四角穴)はドリルでの穴あけが必須。
ヤスリで形を整えました。
「ダイソー ミニケース 5個組」のようにカッターナイフだけでは
加工できません。

悩みどころはスモークのアクリル板を張り付けるかどうか。
・透明なフタ

・スモークアクリルをフタの裏から


スモーク板を入れると真っ正面から見た時はエエ感じな
んですが、使っている7seg LED、そんなに明るくありま
せんのでちょっと暗い感じなんです。

暗いと思ったらフタを開けたらＯＫ！ということで
スモーク板は剥がさず(両面テープ貼り)に様子を見ます。

シリアル出力するデータはこんな具合。
最初にタイトルとEEPROMに記録している設定
パラメータ(校正データ)を出力。
その後、1秒サイクルで電流と電圧値を出力します。
先頭の数字は6桁の連番。
　　　(6桁が一巡するのは11日半)
経過秒数を示すとともにデータの抜けがないかの
チェック用です。

# USB Cur,Volt checker
# Cur :999mA max
# Volt:5.00V typ
# USB_CUR2.ino 2022-12-01
# 1 mA-Lo : 10
# 2 mA-Lo A/D : 13
# 3 mA-Hi : 900
# 4 mA-hi A/D : 882
# 5 V-Lo : 450
# 6 V-Lo A/D : 264
# 7 V-Hi : 550
# 8 V-Hi A/D : 779
0 1mA 5.00V
1 0mA 5.00V
2 0mA 5.00V
3 81mA 4.99V
4 381mA 4.96V
5 706mA 4.93V
6 963mA 4.91V
7 1044mA 4.90V
　　：

そうそう。
あれこれ作っているツールが出すシリアル出力データ、
主データ以外の部分の行頭に「#」を付けているのは、
グラフ化ツール「GNU PLOT」のためなんです。
GNU PLOTは「#の付いた行はコメントだ」として
扱ってくれて、グラフ描画データと分離できるんです。


もうひとつ。
今回の電流計、空きピンの「PB2(16pin)」に
割り込み周波数の1/2の方形波を出力しています。
500Hz=2ms周期がLEDのダイナミック点灯。
この半分の周波数の方形波が出ています。
　　ハード的にコンペアマッチでトグルしてます
　　んで、ジッタはありません。
この周波数を読めばクロックの周波数精度がわかります。
こちらでは「250.3231Hz」とずいぶん高め。
　　＋0.13%。　1日あたり112秒進む。
セラミック発振子を水晶に変えるほうが良いかなぁ。

Arduino UNO(のチップ)を使ったUSB電流計

単電源で反転アンプ　マイナスの入力電圧は増幅できます
は、電流をアナログ出力するだけのものでしたが、
Arduino UNOのチップATmega328Pと3桁7seg LEDで
USBラインの電流値を表示してみました。
 
　　※ちょっと訂正。 TNX ラジオペンチさん
　　※電源側のコネクタ、USBではなくXHにしてるのは
　　　こちらの都合です。

スケッチをアップするためのArduino UNOとのつなぎ
はこんな具合。 +5Vラインはつないでいません。

こんな目的です。
・回路の動作テスト、通電OKとなれば(電源周りは正常だと
　わかったら)CVCC電源じゃなく、5V出力のACアダプタ
　(USBコネクタで出てる)を使うことが多くなった。
・CVCC電源にしても手持ちのUSB電流計にしても、電流
　表示の最小桁が10mA。
・試運転中の回路の動作電流、せめて1mAの桁で見ておき
　たい。
ということで、1mA表示の電流計が欲しいとなった次第です。
電流を見るのにテスターをつないだままにするのもちょっと
なぁだし、常用的に電流を監視できるようにと作りました。

内蔵のVref=1.1Vを使っている関係で、電流の計測、
ATmega328Pの10bit A/Dではちょっとチカラ不足。
1bitが1mAステップじゃなく値によっては2mA飛び
になる所も。

電圧のほうは5V±1Vを計るようにしましたんで、
10bitで0.01V表示は余裕です。

まず、これが5年ほど前に買ったUSB電流計。
 

携帯電話などの充電時、充電した電流量をチェックで
きます。
でも、電流は10mAが最小。
文字も小さいし。

せっかくなんで中味も。


PIC16F1933が使われています。
電源はレギュレータで落として3.3Vで動いています。
 

電流検出のアナログ部はこんな具合。
電流検出抵抗はGND側に入っています。

50mΩを2パラで25mΩ
LM358で増幅。
R38が01Bで1kΩ。
R39が30Cで20kΩ。
20倍か21倍かのアンプ。
1Aで25mV。　それを20倍だと0.5V。
スペックでは最大3.5Aとなっているので
4Aで2V。　2Vあたりの基準電源でしょうか。

製作した回路。

基板をこのケースに入れるつもりで大きさを決めました。
「ダイソー ミニケース 5個組」が見つからない

この記事で紹介した
「No.1434 トラベルケース S 2P」
完全に透明なのでLEDもエエ感じ。
　　(フィルタが欲しいか)

スケッチのアップはもうちょい整理してからに。

※実験ベンチのCVCC電源(下段)と低周波発振器二つ

上のが「8038」で。
中段のが「MAX038」で。

・トラ技Jr．2018年秋号に「8038」復活の記事
・20MHzまでの正弦波をスイープ出力するMAX038を使った周波数スイープ・ジェネレータの製作
・実験用電源の中身
・電源を改造 AD8724D

電流値表示の最小桁が「0.01A =10mA」。
装置をデバッグする時、1mAを読みたいなぁ～と
なったわけです。

※追記
7seg LEDの表示タイミングとA/D変換の関係。


7seg LED表示は500Hz(2ms)割り込みで。
　　タイマー1のOC1A割り込みが周期
そのタイミングを使ってA/D変換(電流,電圧の2ch)。
2ms × 2ch × 128回平均で512msごとにデータを
更新。
上図波形の「電流,電圧値計算」の時間で、
「浮動小数点化したmap関数」で2点calを実行。
512ms周期でこれを実行。
　　AVRマイコンの浮動小数点計算、なかなか
　　早いゾ！

まずタイマー1のOC1B割り込みでLEDの駆動をオフ。
　　COMをLに。セグメントをHに

その10us後のOC1A割り込みでA/D変換の
開始を指令。
A/D変換中はLEDがオフしているので、チップ
内の電流増加の影響は少ないはず。

A/D変換完了割り込み(100usちょい後)でLEDの
駆動を再開。
そして10bit A/D結果を平均処理。
2ch × 128回の平均加算完了をメインルーチン側に
知らせて「浮動小数点化したmap」で2点cal。

こんな流れです。

※追記
これが2点cal用の校正データ
1～4が電流用、5～8が電圧用
1,3,5,7がＹ軸の値(out)。
それぞれ10mA 900mA、4.50V 5.50Vが校正点。
2,4,6,8がその時のX軸(in)、つまりA/D値。

# 1 mA-Lo : 10　…10mA
# 2 mA-Lo A/D : 13
# 3 mA-Hi : 900　…900mA
# 4 mA-hi A/D : 882

# 5 V-Lo : 450　…4.50V
# 6 V-Lo A/D : 264
# 7 V-Hi : 550　…5.50V
# 8 V-Hi A/D : 779

ターミナルとつないで変更できるようにしています。
　　EEPROMに保存。

浮動小数点化したmap関数にはmAとVの実値と
A/D値をそのまま食わせます。
いったん電流値や電圧値に変換してからゴソゴソは
ありませんので「1023 vs 1024」は関係ありません。
AREF電圧(定格1.1V)の偏差や抵抗の誤差、A/D変換に
つきまとう誤差は、実値による校正操作で考えなくて
良くなります。
　　これが本来の「map関数」だぁ！
・Arduino　なんとかして誤用を正したい：A/Dの1/1023とmap関数
・Arduino 10bit A/D値をmap関数でスケーリングする例


※こまかい補足
AD4の電流入力、1MΩで4Vにプルアップ(!)してるでしょ。
その先はINA180の出力につながる1kΩ。
ちょっとだけプラスに持ち上げることで、0V付近のADC
データを使わないで良いようにしています。
INA180の出力も完全に0Vにならないし。

※追記が続く
・単電源で反転アンプ　マイナスの入力電圧は増幅できます
この最終回路「INA180を使ったハイサイド電流検出回路」で
表示回路の電流を計ってみました。


一番上の波形(ノイズでジャギジャギ)がこのアンプの出力
です。
　　つなぐのにGNDラインが15cmほど延びてい
　　るので、ノイズの影響大。
　　プローブのGNDは表示回路側。

負荷電流を「18mA」にしました。
7seg表示は「ブランク　１　８．」となり、
COM1の最右桁を点灯したときの電流がいちばん
大きくなります。

そしてCOM3のブランクの所が、負荷電流＋回路電流
となります。
全セグメントを点けている「８．」表示で、ブランクより
20mAほどアップ。
セグメントあたり2.5mAの電流ということで、おもわく
通りの駆動ができています。

※「88mA」だと。
表示は「ブランク　８　８．」となります。


「８．」と「８」で電流がちょいと変化しているのが
見えるかと。

中央を拡大。


A/D変換中は全桁をブランクにしている様子が
見えています。

INA180A3(100倍アンプ)の帯域幅は「150kHz」。
それによる遅れも見ておかなくてはなりません。

使っているオシロには「高分解モード」という
平均処理的モードがあって(平均回数を指定できる
モードとは別に)、ノイズを低減できます。
　　ただし細いパルスは抜けちゃう
それを使うと、こんな具合にジャギジャギを
消すことができます。

　　見やすくなりますが、割り込みタイミングの細い
　　パルスは消えかけています。


※とりあえずスケッチを　(ZIP圧縮)
　　・ダウンロード - usb_cur2.zip

900行ほどのプログラムです。
校正はターミナルとつないでということに
なります。
　　※ちょっとしたバグを発見しましたんで注意。
　　　校正モードでの「.」入力の処理。

※追記が続く
Arduino-UNO基板と、アノードコモン7seg LED、
抵抗、ボリューム、スイッチがあれば、電流検出ICが
無くてもこんな接続で「試運転」できます。

calしなくてもボリュームを回せば表示が変化するはず。

単電源で反転アンプ マイナスの入力電圧は増幅できます

「ちっこい箱に組み込むシリーズ」と言ったらいいのか・・・
　　（フリスクは未体験だけど）
これは「ニチフの圧着端子」 が入っていたプラケースです。



その箱にUSBケーブル･コネクタ接続の電流検出アンプを
組んであります。
1Aで1Vのスケールでアナログ出力。
　　電流変化をオシロで見るためのツールです。



導通チェッカーの検出抵抗値、1Ωを目指す
で買ったオートゼロアンプ「MCP6V01」の応用ということで、
組んだような記憶があります。

GND側に入れた電流検出抵抗、普通だと、こんな
「非反転アンプ」にするでしょうか。

電源入力側のGNDを基準にして、電流検出抵抗の＋側電圧を
増幅するという仕掛けになります。
この場合、負荷側のGNDとアンプ出力のGNDの電位が違う
ものになっちゃいますので、オシロで負荷側装置の波形と
この電流アンプの波形を見るときは注意が必要です。

そこで、このオペアンプの電源GND端子を出力側コネクタに
持ってくると「非反転アンプ」だったのが「反転アンプ」に。

こうすると、負荷のGNDとアンプ出力のGNDが同レベルに
なります。

そして、単電源の反転増幅回路、入力がマイナス電圧なら
ちゃんと増幅してくれます。

サンプルはこちら。
2013年06月28日：マリオカートのラジコン
ここでの検波回路、マイナスを出力するようにして反転アンプで
電圧を大きくしています。

LEDを点けるためのTrを駆動しているだけですが。


※追記
電流検出アナログ出力回路、以前にも紹介してました。
　　・2021年5月20日：USB電源電流アンプ
この時はまだ供給電源側にGNDをつないでいる
「非反転アンプ」を構成しています。
その後の手直しで今回の回路です。

しかし・・・GND側で電流検出すると測定時の問題が
あれこれ(ほんとのGNDはどこ)出てくるので、抵抗を
入れるならハイサイド側に決まりです。

※さらに追記
持ち出してきたついでっと言っちゃなんですが、
手持ち部品もあることだし電流検出抵抗をハイサイド側に
移しました。
電流検出アンプはテキサスインスツルメンツの「INA180A3」。
100倍のアンプです。
検出抵抗の抵抗値は10mΩ。
1Aで10mVとなり、それを100倍して1Aで1Vを出力する
ようにしています。

※INA180の注意点
・サフィックス A と Bで ピン位置が異なる。
・その後に付く数字でゲインが決まる。
　　1　x20
　　2　x50
　　3　x100
　　4　x200
・電源電圧(VS)の範囲は 2.7～5.5V。
・入力 IN+、IN- の電圧範囲は -0.2V～+26V。

予告：「マイコン型導通チェッカー」「電池電圧チェッカー」値上げします

電子部品高騰のため、私の仕事場：(有)アクト電子 で頒布しています
マイコン型導通チェッカー と 電池電圧チェッカー
を来月12月より値上げします。

■新価格（税込）
・マイコン型導通チェッカーキット　　5,400円
・マイコン型導通チェッカー完成品　　6,900円

・電池電圧チェッカーキット　　　　 10,800円
・電池電圧チェッカー完成品　　　　 13,000円

11月中は現在の価格で頒布いたします。

数が出る商品ではありませんので、大量購入して
材料費を安くするという恩恵を受けられません。
申しわけありませんが、ご理解ください。

テスター精度確認用DC500V電源制御回路案 #3

お手軽に高電圧を出せるかどうか・・・
2015年04月25日：ダイソーで買ったACアダプタを解体してみる
この残骸を引っ張り出してきて試してみました。
　　※左側G208のが残ってました

電源回路を組むのは面倒なので・・・
トランスの2次側(元の)に5V電源とパルスジェネレータ
(Nch MOSFET出力を装備してるので)をつなぎます。

元の1次側には100:1の高圧プローブを。
とりあえず負荷は無しで。

電源5V、周波数10kHz、デューティ6%でこんな波形
(P-Pで600Vほど)が出てきました。

5V電源の電流は0.17A。
周波数を20kHzにしても大きくは変わりませんでした。
このあたりはFET駆動系の問題(ゲートの遅れ)もある
かと思います。

ACアダプタのトランスを物色すればなんとかなるか
なぁ～っという感触。　　100V/200V両用のとか。

※5V電源　10kHzで
デューティ　5V電流　出力P-P
　　2%　　0.02A　　300V
　　4%　　0.10A　　500V
　　6%　　0.17A　　600V
　　8%　　0.26A　　680V
と、変化しました。

パルスジェネレータ、デューティを一定にして
周波数(設定は周期)を可変できるので、なかなか
便利っす。

※11月7日追記
ダイソー製ACアダプタのトランスを、MC34063で駆動
してみました。
しかし一次側(低圧側)のインダクタンス値が小さくて
思うように2次側出力(高圧)が出てきませんでした。
　　元の回路から。フライバックコンバータであるのは
　　間違いなし。

昔、試しに手で巻いたトランスがあったよな～っと
探してみたら、20巻き：200巻きのが出てきたんで、
同じようにMC34063をつないでみました。


5V入力で150Vくらいの直流が出ました。
巻き数を増やせばなんとかなりそうです。
電源電圧を上げると、DCコンICの出力耐圧が
やばそうなので、無理はしてません。
電源を12Vにして、耐圧の高い駆動用トランジスタを
追加すれば巻き数比は楽になるかな。

ジャンクのスイッチ電源から取り外したトランス、
ヒートガンで加熱したら、コアなどを固定してある
樹脂(接着剤)？が柔らかくなって、うまいことバラ
せます。

テスター精度確認用DC500V電源制御回路案 #2

テスター精度確認用DC500V電源制御回路案の続き。

パワーを取り出そうとしているんじゃないので、
こんなのは・・・・

高電圧の定電流電源を用意しておいて、
GND間の電圧が一定になるように制御。

定電流回路、簡単には高圧電源と抵抗だけ
でも実現可能。

これだと500V固定レンジじゃなく、250Vとか100V、50Vの
レンジ切換を1回路で実現できそう。

高圧部、プラス側からの定電流回路、こんなのは・・・

絶縁型のDC-DCコンバータを使いますが、
Rsの値で電流を決めたらほったらかし。
　　この回路だと、高圧電源に乗るリップルはどうなるかな？
　　安定化される？

Pch MOS-FETだと、Vgs電圧の特性が関係して、
Trのように「Vbeはほぼ一定」が使えなくなるんで、
ややこしい。
リニアで使おうとすると、ちゃんとフィードバックが要る。
TL431でうまいこと行けへんか？

出力電圧はマイナス側の定電圧回路で決まりますんで、
電流値はエエかげんでエエ。

※追記
汎用SWレギュレータICでの高電圧の発生、
ONセミコンのアプリケーション・ノートを探すと、
参考になるのが出てきます。
・https://www.onsemi.com/pub/Collateral/AN920-D.PDF

・FIG27　MC34063  190V/5.0mA

・FIG28　uA78S40　334V/45mA


重要パーツがトランス。
これをなにかから流用して手抜きできればと
考えるわけです。

テスター精度確認用DC500V電源制御回路案

DC500Vを作る元となる高電圧発生回路は置いて
おいて、制御系を考えてみます。

まず、普通の可変電圧電源回路。
オペアンプの電源と主電源の電圧が同じ。

オペアンプの出力にNPNトランジスタをくっつけて
電流を増やします。
最大出力電圧はオペアンプのHレベル出力電圧に
依存します。
だから、LM358などの出力電圧が電源電圧まで
上がらないものは不適格。
R-to-R入出力のものを選びましょう。

「CVCC」電源ならこんな構成でしょうか。

NPN Trのベース電流をR3で供給。
それをオペアンプで引っ張ることで電流を減らして
出力電圧を下げるという仕組みです。

さて、オペアンプ電源と主電源(高圧側)を分離したいとき
はどうすれば・・・
オーディオ・パワーアンプだと「正負」の駆動を考えなければ
なりませんが、正電圧電源だとプラス側の電圧可変を考えればOK。
　　※短絡保護や発振対策など、あれこれ
　　　ありますよ。

ブースターにNPN Trを使うとすると、こんな感じでしょう。

オペアンプの出力を、直接、高電圧の回路につなぐ
ことはできません。
なにかの緩衝部材が必要です。
この場合はTR1。
オペアンプをオープンコレクタにした、という
感じでしょうか。

エミッタ接地のTR1が途中に入りますんで、
オペアンプ入力の正負がひっくり返ります。
また、出力電圧を下げると、R3の両端に高電圧が
かかります。

この回路の心配点が、TR1がオフしたら、TR2は
フル電圧を出そうとしちゃうこと。
電源投入時や電源断時の挙動を考えなければ
なりません。

この出力段NPN回路では、前段のTR1をこんなつなぎに
する回路も見かけます。

エミッタ接地より、ゲインが下がるので安定する
かも。

もう一つが出力段をPNP Trにする方法。

　　※ダーリントン接続ではありません

この場合、オペアンプがオフしたらTR1もTR2もオフ。
抵抗駆動の出力NPN構成より心配は減ります。

しかし、コレクタ接地のTrが2段となってゲインが
上がります。　　・・・発振するかもです。

その対策(ゲインを下げる)にこんな手法が本に載ってます。

TR2のコレクタ電圧が上がったら、TR1のエミッタ電圧を
上げてTR2のベース電流を減らすことでゲインが下がります。
どのくらい効かすかはR3とR4の比率。

出力段NPNの場合もこんな方法が。
 
出力端子電圧が上がったら、TR1のベース電流を
増やしてTR1のコレクタ電流も増やします。
するとTR2のベース電流が減って出力電圧が
下がるという仕掛け。

・玉村俊雄著 「OPアンプIC活用ノウハウ」
　　では、この負帰還を「マイナーループ」と
　　呼んでいます。

　　　※持っているの、1983年の初版でした。

この本↑とこの本↓
稲葉保著 精選アナログ実用回路集
は、アナログ回路の設計製作では手放せません。


※最大出力電圧DC500Vくらいで、テスターの精度確認に
　使えるような電源回路。
　なにか良いのがあれば、ご教示ください。

　出力電流は、テスターを駆動できればOK。
　2kΩ/Vあたりのメータ感度だと0.5ｍＡ。
　2mAもあればOKかと。
　それでも、500Vなら1Wの電力に。

　出力電圧を読むのではなく、指令電圧に対して
　追従して欲しい。
　10Vステップくらい。
　ロータリーエンコーダをぐるぐる回して
　出力電圧を設定するという操作。

　高耐圧デバイス、バイポーラ・トランジスタより
　MOS FETから選ぶほうが良いかもしれません。

「糸ようじ」のプラケースを使うシリーズ：テスター校正用電源

まだ完成形ではありませんが、テスターのDC電圧レンジの
精度を確認するために、でっち上げました。
　　１Ｖ、１０Ｖ、２５Ｖの３電圧を出力。

組み込んだのがダイソー「糸ようじ」のプラケース。

2020年4月27日：どなたかいりませんか？　まずは抵抗→コンデンサ→IC
の時に頂戴した基準電圧IC「AD2700L」を使った工作です。

　　ハーメチックシールのはもう無いようです。
　　でも、CER-DIPのはまだ現行品のようです。



25Vを出すため、30V出力のDC-DCコンバータを使いたかったの
ですが、手持ちがありませんでした。
　　　MINMAX社の±15V出力 MAU109が適合。
　　　でも、買い置きを使ってしまってました。
そこで、MC34063で昇圧DC-DC回路を。



出力電圧は仕事場のデジボルを「神様」と信じて
ポテンショを調整します。

手抜きで、ユニバーサル基板はネジ止めしてません。
基板を底に置いて、梱包用スポンジ材を使ってフタで
押さえ込んでるだけ。

将来的には・・・
　　・せめてDC 50Vくらいまで出したい。
　　・0.1Vステップくらいで出力電圧を可変。

それがうまいこといったら、最大DC 500Vあたり
のを10Vステップくらいで可変。

直流のがうまいこと行ったら交流に挑戦。

てなところがツール作りの目標でしょうか。

※「糸ようじ」のプラケース関連
・2021年3月23日：中波振幅変調電波発生回路　いわゆるAMワイヤレスマイク
・2022年7月7日：「糸ようじ」のプラケースを使うシリーズ：赤外線リモコンチェッカー
・2022年10月19日：ダイソー「糸ようじ」のプラケース、単3電池が12本入る


※DC0～+50V出力部案

0Vも出せるよう、マイナス電源が必要に
なります。
PWMの発生と制御はArduino-UNOで。

500Vクラスとなると、高電圧の定電圧電源を作る感じに
なるでしょうね。