サーミスタの抵抗を模倣したい 定抵抗回路

温度をサーミスタで測るとき、「神様抵抗」を使ってGND側に
サーミスタを入れるとこんな回路。

そして、回路や制御ソフトの検証には単純な「抵抗」を
使います。
サーミスタのデータシートで示される温度と抵抗値、
例えば「103JT」だとこんな表。

この代表的なポイントの抵抗を基板に並べたこんな
ジグを作っています。

抵抗値の微妙なところはポテンショで調整。

しかし・・・・ほんとなら「定抵抗回路」を
作って、マイコンで「何Ω」と設定したいところ。
　　あるいは何度の抵抗値っと
しかし、可変できる定抵抗回路はなかなか難しい。

・電圧が上がればそれに比例して電流を増やす。
　これは定電流回路の応用。

抵抗値をデジタル的に変更しようとすると、こんな具合に
直流の可変ゲインアンプが必要に。

サーミスタの抵抗を模倣しようとすると
　500Ω～100kΩ
あたりで200倍のゲインを制御しなくちゃな
りません。
帯域はいらんけど直流アンプになるんで、オフセットやら
が難しい。
なにか良いアイデアありませんかね？

※関連
・2019年5月10日：ディケード(抵抗)ボックス
　　生の抵抗値が反映される。
　　しかし、リレーで切り替えようとするとたいそう。
・2021年8月11日：サーミスタ温度計、何ビットのA/Dコンバータがいるか？
・2026年7月1日：tinyAVRマイコン　内蔵ペリフェラルもう一歩やなぁ


※定抵抗回路
直流の可変ゲインアンプが使えないときは
こんな具合にVt電圧を見ながら定電流回路に
流す電流を制御するという方法になるでしょか。

・あるいはこんな回路

デジタルPOTを1/10にしたらRf抵抗の10倍の抵抗値が
Vt端子に出現。
これだと目標値に対する制御は不要。
デジタルPOTを設定するだけ。
しかし、大抵抗を模倣しようとすると、Vf電圧が低く
なってしまいたいへんかと。
Rfを目標抵抗値の範囲を見て切り替えるのもあり。

デジタルPOTってどのくらいの分解能のがあるんでしょ。


※Rfを切り替えて抵抗のレンジを広げる方法

マルチプレクサ(SW)を二つ使うと、内部抵抗による
誤差が避けられます。

tinyAVRマイコン 内蔵ペリフェラルもう一歩やなぁ

2026年6月12日：ATtiny1614で屋根裏収納スペースの温度を記録する #2
では、外付けの温度センサは使わずチップに備えられた
温度読み取り機能を使いました。

出てくるのは1度単位のケルビン温度。
「-273」すればセ氏温度になるのですが、分解能は「1℃」。

もうちょいどうにかならないのか(0.1℃を読みたい)と
考えてみました。

0.1℃を読もうとすると10bitのA/Dではチカラ不足で
12bitのA/Dが欲しくなります。
　・2022年9月29日：103JTサーミスタの自己発熱。 5Vで10kΩはちょっとなぁ

まず・・・3系統あるtinyAVR。
このピン配列から内蔵ペリフェラルを見てみます。
　　　↓
2025年7月23日：ATtiny402 備忘録

それぞれの違いをピックアップすると。

・ADCの精度
　　tinyAVR0　10bit
　　tinyAVR1　10bit
　　tinyAVR2　12bit　(差動でアンプ付)
・DAC出力
　　tinyAVR0　×
　　tinyAVR1　○ 8bit
　　tinyAVR2　×
・外部基準電圧入力(VREFA)
　　tinyAVR0　×
　　tinyAVR1　○
　　tinyAVR2　○

サーミスタの抵抗値を計ろうとすると、Vref電圧を
外に出せる機能があるとありがたい。
でも、みんな出力できません。
　　Arduino UNO R3のATmega328PではVREF端子に
　　パスコンを外付けできるという機能のおか
　　げでVREFが利用できました。

で、利用できそうなのがtinyAVR1のDA出力です。

こんな具合にDACでVref値を出力します。

それをAIN6で読んで「基準値」とします。
そして、神様抵抗とサーミスタの間の電圧を
読んで抵抗比を得、サーミスタの抵抗を計算。
こんな手順でサーミスタの抵抗値から温度を計算を
します。
実際の回路はこれだけ。

ノイズ低減用のコンデンサ、スタンバイからの復帰時間
であまり大きくはできません。

でも、ADの分解能が10bitだし、温度センサとして
サーミスタがいるしで、0.1℃を目標にするメリットを
感じません。
12bitなら「エエんとちゃう」なんですが。

tinyAVR2系(ADCが12bit)にDAC出力が欲しいゾ。
それに12bitタイマTCDも。
　　TCDはいろんなパルスが出せる

※追記
12bitのADCが使えるtinyAVR2系の場合、サーミスタ抵抗の
測定でちょっと困ったことがおきます。
・Vref値を外に出せない。
・内蔵Vref値、1.1Vじゃなく1.024VとAVR0やAVR1より
　ちょっと低い。
・AD段の前に可変ゲイン・アンプが入っているので
　Vref値に対しオフセットが生じる。
・このため、VREFAに基準電圧を入れても、誤差が発生。

そこでと考えたのがこんな回路。

内蔵Vrefの1.024Vよりちょいとだけ低い
LDOレギュレータを付けて、神様抵抗とサーミスタを駆動。
神様抵抗の電圧ドロップを計って、サーミスタに流れる
電流を計算。
サーミスタ・GND間電圧からサーミスタの抵抗値を計算。
サーミスタの抵抗値から温度計算。
こんな具合でしょうか。

LDOレギュレータ、1.0V出力とか0.95V、0.9V出力のが
手に入ります。
Vref=1.024Vなんですかが、誤差を考えると1.0Vより
低いのが必要。

ATtiny1614で屋根裏収納スペースの温度を記録する #2

2026年6月8日:ATtiny1614で屋根裏収納スペースの温度を記録する
この続き。　回路はこのように。

スイッチ操作に対しての反応を示すため圧電サウンダを
追加しました。
　　モールスを出せるようにしてあります。
でも、今は単純音のみ。

・電池装着起動「ピピ　ピピ　ピピ　ピピ」。（"IIII"）
・スイッチ短押し「ピ」でデータ送出。（"E"）
・送出完了で「ピピ」。（"I"）
・スイッチ長押し記録開始で「ピピピ　ピピピ」。（"SS"）
・10秒長押しで全データ送出「ピーピーピーピーピー」。（"0"）

そして、ちょっとでも消費電流を減らそうと、クロックは2MHzに。
スタンバイ時の電流は1.0μA前後。
これがず～っと続きます。
　　この電流はクロック周波数を変えても変わりません。
　　32.768kHzの水晶発振回路がタイマを刻んでます。

そして、サンプル周期で割り込みがかかりスタンバイから
復帰します。
　　A/D値取得
　　セ氏温度への変換計算
　　シリアル出力
　　EEPROMへのデータ保存
　　再びsleepに
この処理におよそ25ms。

この間の電源電流がクロック周波数で変わります。
5MHzなら2mAほど。
それを2MHzまで落とすと1mA近くまで減ります。

データのサンプリング周期を1秒にして試しに記録
したのがこのグラフ。

ヒートガンで加熱して最大70℃ほどに。
ちょっと冷えてからサンハヤトの「QREI」で急速冷却。
-30℃あたりまで。
霜が付きます。

実際の運用では5分間隔(1日288データ)あたりでしょう。
EEPROM容量による記録データ数65536÷288で227日。
これで半年以上ログできます。

ATtiny1614で屋根裏収納スペースの温度を記録する

3月に竣工した地域の会館。
　(50年使った旧会館から建て替え)

屋根裏に収納スペースが設けられています。
しかし・・・モノを置いておくには温度が上がり
過ぎるんではないかという心配が。

そこで、長期間の温度を記録してくれる仕掛けを
考えてみました。
ネットを探しますとさまざまな記録機能付温度計
が出ています。
温度だけじゃなく湿度も測れるものもあります。
そして、WifiやBluetoothを使って通信できる
ものなどたくさん。
でも・・・せっかくだから、温度を測って
記録するだけというシンプルな回路を作って
みようと計画中。

使用マイコンは先日から遊んでいるATtiny1614。
それに128kバイトのEEPROMをくっつけて温度を
記録します。
外付けの温度センサは使わずチップの温度を読みます。
外部とのやりとりはデータ吸い出し時のシリアル通信だけ。


屋根裏スペースに放り上げて、半年ほど放置。
　　(屋根裏には電源が来てません)
適当な時期に引っ張り下ろして、ログデータを
吸い出し。
こんなのでどうだ！っと試作を始めてます。

1分ごとの記録なら45日ほど。
5分なら半年以上の温度変化を残せます。

で、TinyAVR1マイコンの「Tips & Tricks」

◆PB2とPB3に32.768kHz水晶をつないだら
　TXDとRXが使えなくなる。どうしよう？

代替ポート(PA1とPA2)を使う。
レジスタを直接操作しなくても、
　　Serial.swap(1); 　　　// 代替ポート指定
　　Serial.begin(9600); 　// TXD:PA1、RXD:PA2
で、シリアル入出力できる。

◆チップの温度を読むにはどうすれば？

ADコンバータの入力チャンネルを
「TEMPSENSE」に。
そのあと、10bitのAD値をごそごそ。
てな操作になるのだが「readTemp();」関数で
1度単位のケルビン温度が出てくる。
この値を-273すればセ氏温度。
　(megaTinyCore.hのインクルードがいるかも)

トラ技2026年6月号 サーミスタの温度測定で

トランジスタ技術2026年6月号 の特集記事第１章
　MATLAB解析IoTクラウド！暑さ指数測定器の製作
　ラズパイPico 2 Wで屋外ワイヤレス百葉箱！
　おすすめクラウドThingSpeak！

この記事を見ていて・・・なぜそう書くのか？
という疑問。
大もとはラズパイPico2Wを使った温度測定回路。

電源側にサーミスタを入れて抵抗値を計り、
温度計算しています。



MycroPythoでプログラムされているんですが、
　・ゼロ除算はダメ
　・ゼロの対数もダメ
なのはいっしょ。

温度を求めているところ、
　「スタインハート・ハート（Steinhart-Hart）方程式」
を使っているとのこと。

こんなプログラムになってます。

(a) まず、1/1023が出てきます。
　　　　　　　…なんども言ってるんですがねぇ
　　ここで得られるvoltage値、サーミスタが
　　オープンだと0.0V。　短絡だと電源電圧の3.3V。

(b) サーミスタの抵抗値を算出してる式。
　　短絡=3.3VだとゼロΩ。
　　オープンだと「ゼロ除算！」　…あかんがな

(c) 対数変換
　　短絡=ゼロΩでは未定義。　…あかんがな

簡単にはA/D値としてゼロとフルスケールをチェック
するだけ。
短絡とオープンを検出したら異常表示しても良いし、
オープン：最低温度　　短絡：最高温度
と処理してもかまわないでしょ。
ゼロ除算と関数の未定義処理だけは避けるべきです。
こんなプログラムを見せられるのはイヤです。

サーミスタでの温度測定、過去にもウダウダ言ってます。
・2024年5月13日：サーミスタでの温度測定、「inf」の出現に耐えられるか？
・2024年3月30日：ラズピコだと1/65535が出現
・2023年3月21日：A/Dコンバータでサーミスタの抵抗値を読む　サーミスタをつなぐ場所は？
・2023年3月23日：Arduino　サーミスタを使った温度測定で　【ゼロ除算問題】

サーミスタじゃないけど、こんなバグにも遭遇。
・2021年12月7日：湿度センサー「DHT11」がやってきた・・・けど！？

他人が作ったもの、うかつに信じゃちゃダメよという教訓。
教科書的書籍でもスカタンがあるんで。

コテ先温度を読みたいゾ う～む。

コテ先温度を読めるかとアマゾンで買った「熱電対」。

　　・Tenweet HAKKO 191-212はんだごてチップ温度計用
　　　温度センサーライン
　　　10個の鉛フリー温度センサーライン
10個で494円と格安。

コテ先を当てられるよう基板に固定して補償電線で
温度計と接続。


しかし・・・
加熱したコテを当てたときの安定性が良くありません。
コテを当てる場所により大きく変化します。
MAXホールドの機能があり、ピーク温度は分かるので
すが、それもほんとなの？っともうひとつ。

コテ先をクリーニングしたり、ハンダを盛ったりして
も、もうひとつ「これがコテ先温度だ」という感触が
得られないないのです。

それなりに温度は出ます。
常温域では3本足熱電対と黄色線の熱電対との
温度差は0.4℃。

この二つの熱電対を段ボール箱に入れ、ヒートガンで加熱。
160℃まで「アツアツ」にした時の温度差は5℃くらい。
　　反応が良いのでヒートガン口先から出るホットエアーの
　　当たり具合による変動が大。
大きな差はありませんでした。

３本足の熱電対、写真のようにプラス側とマイナス側の
熱電線をよじって、中央のリングで押さえつけている
構造です。

溶接はされていないのでしょう。


ここでの接触が不安定だと、後方のよじって接触させた
部分が感熱ポイントになってしまいます。

コテ先にハンダの球を作り、それを押さえのリング全体に
乗せると安定するような感じです。
黄色線の熱電対先端をハンダ球に入れた時と似たような
温度が出ます。

ちなみに・・・
熱電対の自作方法に関しては、この記事が秀逸です。


　　・トランジスタ技術 2013年4月号
　　・トランジスタ技術 2013年5月号

記事のとっかかりがpdfであります。
・https://toragi.cqpub.co.jp/Portals/0/backnumber/2013/04/p141.pdf
・https://toragi.cqpub.co.jp/Portals/0/backnumber/2013/05/p160.pdf

この３本足の熱電対を買ってごそごそするより、普通に先端が
溶接された熱電対をコテ先のハンダ球に入れる方が安定して
計れるのではないかと思います。
どうでしょか。。。

トランス型ACアダプタ改造のオートトランスで
電圧アップしたときの温度上昇、こんな感じでした。

HAKKO DASH FX-650(15W)
　　　　100V　113V
－－－－－－－－－－－
3本足　340℃　382℃
 黄色　347℃　385℃

40℃くらいアップしてるようです。

ハンディ熱電温度計 AD-5602

手元にある熱電温度計が「A&D」の「AD-5602」。

2007年に買ってました。
熱電対が必要な高い温度の測定って、ほとんどありません。
今回の「コテ先温度を知りたい」がひさしぶりかと。
あと使うのは、熱電対がらみの修理案件。
　　・2019年6月25日：修理：温調機の熱電対
　　・2023年11月5日：今日の修理：熱電温度計

引っ張り出してきたついでに、中を見てみました。

シールド板が光っています。
ネジ止めで固定されているだけでしたので外して
基板を拝んでみました。

4066や4053のアナログ・マルチプレクサが
並んでいます。
　　4つある4013はDフリップフロップ。
　　何をしているんだろ。
もっと純アナログICが入っているかと思っていた
のですが、
　　オペアンプ：LM324、TLC27M2C
　　基準電圧IC：LM385Z-1.2
だけ。
熱電対専用のアンプは使われていません。
　　おっと。　裏を見てなかったゾ！
　　裏(ボタン、表示器側)はパターンだけでした。

そして、調整用の小型半固定ボリュームが5つ。
パネルに出ているVR2とVR4はゼロ点オフセット調整用です。

サーミスタでの温度測定、「inf」の出現に耐えられるか？

2023年3月21日：A/Dコンバータでサーミスタの抵抗値を読む　サーミスタをつなぐ場所は？
で問題にしましたが、A/D入力するサーミスタをつなぐ位置が重要です。

サーミスタを電源側につなぐと、
　　温度の上昇でサーミスタの抵抗値が減少
　　それに連れてA/D値が上昇
となり、温度が上がるとA/D値も上がり、感覚的に
合うのでしょう。

・A/D値からサーミスタの抵抗値の計算式

このサンプルとして
　　・おもろ家さんのArduino 入門 Lesson 18 【サーミスタ編】
のスケッチ使わせてもらいます。
おもろ家さんの「つなぎ」でもサーミスタは電源側。
基準抵抗がGND側です。

この時の問題点をお復習い。
　　(a)サーミスタの接続線が短絡したら
　　(b)サーミスタが外れてオープンになったら

まず(a)。
A/D値はフルスケールの「1023」に。
その結果、サーミスタの抵抗値は
　　(1024÷1023 - 1) ×10kΩ
となり、約9.8Ω。
B定数による温度計算に進むと352℃という
値が出てきます。

次に(b)
A/D値は「ゼロ」になり、サーミスタの抵抗値計算で
「ゼロ除算」が生じます。
その結果、抵抗値は「無限大」。
続く、温度計算では「ケルビン温度」の「-273.15℃」が
出てきます。
　　※Arduino UNOの環境ではゼロ除算では
　　　止まらず、とりあえず計算は進みます。

実際の液晶表示を見てみましょう。

(a)のサーミスタ短絡

(b)のサーミスタ断線

抵抗値の箇所に「inf」という見慣れない「値」が出現します。
　　※inf＝無限大
　　　print()やdtostrf()に食わせると「inf」
　　　という「文字」が出てきます。
　　　lround()で整数変換すると0x80000000
　　　(long値のマイナス目一杯)になって
　　　しまいます。

サーミスタで温度制御していたら、
　　(1)いつまでたってもオンしない　(a)のとき
　　(2)いつまでたってもオフしない　(b)のとき
状態が出現します。

(1)は、放っておいてもとりあえず周囲温度に馴染む
でしょうが(2)の状態が加熱しっぱなしとなり危険です。

何らかの警報的処置(表示だけでも)が必要に
なるのがわかっていただけるかと。

※トランジスタ技術2024年6月号 のトラ技Jr.コーナに
掲載してもらった4チャンネル温度計の製作 では、
温度・抵抗値テーブルから最高値(温度低)と最低値
(温度高)を拾ってきて、値として規制するように
しました。
　　※プログラムエリアがあんましないので
　　　手抜き。
オープンだと「-20.0℃」、短絡だと「120.0℃」を
出力します。

今日の修理：熱電温度計

ガレージ仲間のFJKW君からのHELP。
　『金型の表面温度を測るのに熱電温度計が２つ
　　あるんやけど、片っぽの調子が悪い。
　　安いモンやし、新しいの買おうかと思ってる
　　んやけど・・・』
という相談。
　　「原因が分かれば直せるやろけど・・・」
生半可な私の返事。

ということで、修理品がやってきました。
2台は同メーカー品ですが、型番が違いました。
表面温度を測るためのプローブ(熱電対)が
付属しています。
　　※こっちが高そうな

熱電対の先端部↓


調子の悪い方のケースを開けてみると・・・
ぱっと見は特に異常は見られません。
でも、４つある半固定抵抗に触れると(絶縁物で)表示が
パラパラ変動。
どうやら接触不良を起こしているようです。
アナログ的な調整をしているのでしょうから、
再調整の手順が分からないので、グルグル回して元に
戻すということはできません。
幸い、接触子が見えてますので、ここをピンセットの先で
つまみ上げる感じで「大阪魂：パーツクリーナー」を
噴射。



抵抗体と接触子の間に紙でも入れてぬぐいたいところ
ですが、調整角度が動くとダメですんで、わずかに
持ち上げるだけに。

作業後、２つのセンサーを段ボール箱に入れて、ヒートガン
で加熱。
130℃～140℃くらいまで上げても、似たような温度値が出て
いたので、作業完了としました。

で、不調とは関係の無いところで面白いものを発見。

リード線がブラブラしないよう、液晶のピン間に
通してありました。
これを見つけた時、
　　「わざと通さないと勝手に通るわけはないはなぁ」
っと。


　

120W電子負荷 予備実験#2 冷やすのはファンだ！

2023年10月8日：12V・10A：120W電子負荷 予備実験の続き。
およその動きが見えてきたので、テストしたい
スイッチング電源につないでみました。

ところが・・・件の電源から12Vで10Aが出てくれません。
8.2Aくらいで保護がかかってしまい電圧が落ちるのです。
ということはこの電源のスペックは「12V・100W」のようです。
　　　※中華のスペック表記、さすがです。

気を取り直して、温度を測れるようにしました。
使ったのはフィルムではさみ込まれた「103JT」サーミスタ。
応答性が良いのです。

写真のように４点の温度を測りました。

・TR8の表面温度
　　サーミスタのフイルムをTR表面にくっつくよう
　　圧着端子でおさえました。
・TR7の表面温度
　　圧着端子の円筒圧着部にサーミスタを挿入して
　　シリコンゴムで固定。
　　これをTRにネジ止めします。
・ヒートシンク表面温度。
　　TR7とTR8の間のネジ穴に、同じように作った
　　サーミスタを固定。
・基準抵抗 0.1Ω 50W
　　抵抗のネジ止め固定足に。

左のはサーミスタをシリコンゴムで圧着端子の円筒部
に固定。
右は直に押さえ込み。

通電後、ヒートシンク全体が温まってきます。
10分ほど経過でTR8の測定温度が70℃を突破。
まだまだ上昇しそうです。
　　この結果からファン無しという目論見は
　　あきらめました。

そこでヒートシンクの上にファンを乗せて冷やして
みました。

ファンを回すとヒートシンクが徐々に冷えて、全体
の温度が30℃ほど低下。
数分で安定しました。

上にファンを置いて通風。


※記された定格10Aを出力できなかった中華製の
　12V出力スイッチング電源

　　　とりあえず100Wはクリア