100倍低周波アンプ

・2024年5月30日：非反転アンプ　3kΩと27kΩの抵抗
で作った回路をアップしておきます。
　　※実物はあるのに、「その回路図はどこだ？」
　　　なんてことがおこりますんで。

ダイソーで売っていたカードケースに入れてます。

ケースへの基板の取り付け、ケースに取り付け穴を開けるの
ではなく、
　　・これをなんと呼ぶ？　私とこでは「ペッタン」
を使っています。

もうちょっと厚みがあれば銅板でシールドするんですが。

※関連
・2024年11月21日：参考：オペアンプでのモーターボーティング対策
・2024年11月8日：AD620を使った計装アンプ＋ノッチフィルタ

※抵抗を切り替えてのゲイン設定


※ペッタンの応用

参考：オペアンプでのモーターボーティング対策

勉強になります。
・単電源のオペアンプ回路が不安定になるのを回避する:ANALOG DEVICES

「モーターボーティング」という言葉、ひさしぶり
に聞きました。

スピーカーを鳴らす低周波アンプを高ゲインアンプに
同居させた時、しばしば生じるトラブルです。

AD620を使った計装アンプ＋ノッチフィルタ

・2021年8月16日:AD620を使った計装アンプとシミュレーテッド・インダクタを使ったノッチフィルタ
この記事で、「（電源回路を加えた図はまた描きます）」
としていましたが。ほったらかしだったようです。

この回路、ちゃんとケースに入れてあるんですが、
ひさしぶりに使おうと、引っ張り出してきました。
　　※しばらく使ってないツールだと、そのものが
　　　行方不明になってしまうことも。
　　　今回、モノは発見できました。

で、ちょっと中味を知りたくて「回路図はどこ？」っと、
何冊もある製作物を綴じたファイルを探しても見つかり
ません。
　　※整理整頓、なにそれ？っという仕事場です。

ブログ記事にあるかと検索しても、出てきたのは↑の記事。

ということで、ここに載せておきます。

タカチのプラケースに入れてます。

電源は外部から5Vを供給。
±12V出力のDC-DCコンバータで内部電源を
作ってます。

ついでにBSch3Vのファイルも圧縮して。
　　・ダウンロード - ad620b_1.zip

・トランジスタ技術2021年11月号
この「私の部品箱〈120〉」にAD620のレポートを載せて
もらっています。

※追記
ゲイン切り替えといや、この回路も。
　・2024年5月30日:非反転アンプ　3kΩと27kΩの抵抗

マイナス電圧をちょこっと作ってくれるIC

単電源オペアンプを使った直流アンプ、
　　「困ったぞ」
となるのが、ゼロボルト付近の不感帯。

A/Dコンバータと組み合わせると、値として出てく
るので「なんとかしたいなぁ」となります。

私の場合、あれこれ悩むより別部品が必要になっ
たとしても「マイナス電源」を付けちゃって
±電源でオペアンプを動かします。
チャージポンプ型の負電圧コンバータが便利かと。

トラ技2011年1月号の特集記事
　　「定番デバイス 555」に、
チャージポンプICの特性調査を載せてもらいました。

※関連
・2018年7月23日：反転型チャージ・ポンプIC：LM2776

先日、TIのオペアンプ TLV9152 のデータシートで、
オペアンプの負電源に入れられた何やら見慣れない
型番のICが目にとまりました。
 

型番が LM7705 。
　　三端子レギュレータっぽい名称。
　　7805や7905の親戚かと思う型番です。

調べてみますと「負のバイアス・ジェネレータ」
という名称。
英語だと「Negative Bias Generator」

こんな回路例が示されています。

出力電圧は安定化された「-0.23V」。
正側供給電圧にもよりますが、20mAほど
取れる性能です。

電圧が欲張らないのが面白いです。
最近のオペアンプ、電源供給電圧の最大が低いもの
が多くなってきてます。
例えばMCP6072(低オフセット品)だと6Vが最大。
±5Vでは使えないのです。
こんなオペアンプを使う場面で「ちょこっとマイナス電圧」
が役に立ちそうです。

DigiKeyで120円ほど。
高価なものではありませので、何かのときに使ってみますわ。

リターンパスの無いオペアンプ入力回路

・非反転アンプ　3kΩと27kΩの抵抗
この記事↑では、ゲイン選択ジャンパを外したらどう
なるの？をコメントしましたが、オペアンプの入力
バイアス電流の戻り場所はむちゃ重要です。
　　解説記事などでこれを忘れている回路を
　　見かけるのです。

・ADI Analog Dialogue：アンプ回路設計時の問題を回避するには
ここで↑、詳しく述べられています。

最近だと、コテ先温度を読みたいゾ　う～む で
熱電対についての記事(昔のトラ技)を調べて
いて、こんな回路を見つけました。

　　トランジスタ技術2006年10月号p.244～
　　　白金測温抵抗体と熱電対の正しい使いかた(後編)
　　　正確な温度計測のために　【田澤 勇夫】
　　　　　(p.249 図18)

　　※FET入力OP-AMPなんで、どこかからの
　　　リークでバイアス電流が流れそうで
　　　すが・・・ダメです

冷接点補償用の白金測温体のところはちゃんと
してあるのに、ちょっと不思議。
簡単には熱電対の片っぽをGNDつなぎでエエやんと。

※参
・トランジスタ技術2012年1月号：計装アンプにもバイアス電流のリターンパスを設けるべし

・AD8253データーシート

・電子工作実験室 ：電位差測定器(電気化学）
　　リターンパスについての議論

非反転アンプ 3kΩと27kΩの抵抗

何に使うかは装置が返ってきてから説明しますが、
「ちょいと可変ゲインの交流アンプが欲しい」案件
が出てきまして、回路をでっち上げました。
　　※入力信号は電源周波数

可変ゲインといっても、ボリュームを回して合わし
込むのじゃなく、固定ゲインのジャンパを切り替え
るという仕掛けにしました。

とりあえず、「x5 x10 x20 x50 x100」５段。
　　※ゲインを欲張っても、ノイズ対策に
　　　シールドやフィルタがほしくなるだろし、
　　　お手軽に100倍までで。
非反転アンプを単電源で動かします。
こんな回路が基本です。

R1の値を固定してゲインを変えるとなると、R2を
(ゲイン - 1)倍の抵抗にしなくてなりません。
　　※反転アンプだとゲイン倍の抵抗

その時の選択基準は、
　・E12系列の抵抗で
　　　E24はやむを得ないとき
　・抵抗の合成、2本は許容できる
てなところでしょうか。

例えば、10倍のゲインを得ようとすると、
抵抗比は9倍。
9倍になる抵抗の組み合わせは
　　2kΩ：18kΩ
　　3kΩ：27kΩ
この二つ。
　　※3kはE12じゃなくE24の仲間だけど
　　　切りが良いので常用。
ここで、2kと3kを比べると3kのほうが使い勝手
が良いのです。
今回の5段ゲイン切り替えだと、こんな具合に
なります。

9倍だけでなく、抵抗の直列合成でも「27kΩ」の
抵抗が出てきます。
　　57kだと47k+10kや56k+1k。
　　147kだと100k+47k。
　　なども使えますが・・・
　　同じ値のを使う方がなにかと便利。
今回の回路、ゲイン切り替えジャンパ部はこんな
様子です。

※参考
・正確な抵抗比が必要な時に便利な、E24の数値の相対比率表：ラジオペンチ
　　　3k:27kが出てきます。
・E24系列の直列/並列抵抗値一覧表
　　　↑これも便利

※ボヤキ
　E12、E24系列の値、ちょいと目をつぶって
　　　2.4　→　2.5
　　　3.9　→　4.0
　　　5.1　→　5.0
　　　9.1　→　9.0
　と切りの良い値にしてもらっていたらなぁっと。

※関連
・2024年11月8日：AD620を使った計装アンプ＋ノッチフィルタ
計装アンプでのゲイン切り替え。

2つあるワンショットマルチの時定数比を一定にしたい

基本回路的はこんな具合です。

ワンショットマルチが二つあって、その時定数を
2連ボリュームで可変します。

この時「t2 > t1」の関係を保ちたいのです。
t2はt1のおよそ1.2倍。
ここで、2連ボリュームの抵抗値精度が問題に
なるのです。

可変範囲を広くするため1MΩのを使おうとして
いるのですが、2連ボリュームの抵抗値、
けっこうバラついています。

「ステレオの音量調整」で使うボリュームのように
「減衰比」だと抵抗値そのものが違っていても
あまり影響はありません。

ところが、こんなタイミング回路では抵抗値そのものが
重要です。
2連のうち、抵抗値の大きい方をt2側で使えば、
「t2 > t1」の関係は維持できそうです。

で、「2連ボリュームを使わずに、2つのモノマルチの
時定数を設定できる方法は？」っと考えてみたところ、
「こんなのもできるかな」というのがこの回路。

モノマルチ「HC4538」の時定数はCとRで決まります。
Rの変わりに電流を流し込めば、その電流比で時間が
決まるはず。
2つのモノマルチのCは同じにして、Rtの違う回路で
電流を流し込めば、時定数比を保てるのではと
考えたのです。

電流値が微少になるので、ちょっとやっかいかもしれません。


※ブレッドボードで簡易的に実験
こんな波形が得られました。
まず、C=0.01uF R=100Kでの標準的な駆動の様子。

「C」端子の電圧が指数関数で上昇し、約3.3Vに達すると
Q出力がオフします。
出力パルス幅はおよそ「0.7 x C x R」の式どおりの値に
なっています。

これをオペアンプを使った定電流回路に換えます。
PNP TrではなくP-ch MOS FETを使いました。(2SJ682)

C端子の電圧は直線的に上昇。
同じように3.3V到達でQ出力がオフします。

電流を決める抵抗を1KΩと1.2KΩにして、1.2倍の
時間が得られるか、試してみます。

アンプの+端子電圧(5V基準で)は0.1V。
抵抗が1Kですので、0.1mA流していることになります。

「20mV」でR=100KΩと同じパルス幅が出てきました。
R=1MΩで得られるパルス幅(7msくらい)を目指すには、
電圧をもっと小さくしなければなりません。
「mV」となってくるとオペアンプのオフセット電圧が
効いてきます。
　　※あれこれ部品を増やすより2連ボリュームを使う
　　　ほうが簡単か・・・

小型FET、N-chのは2N7000を買ってあるのですが、
P-chの小さいの、手持ちがありません。

※ブレッドボードを使った実験の様子

電源電圧5Vで実験。
電圧を徐々に下げたら1.7Vくらいまでは動作してました。

調整用ボリューム、10mV以下をうまく操作できるように
しなくちゃなりません。
Aカーブでは間に合わないか。

※流し出し型の定電流回路例
・2015年07月03日：直流定電流流し出し回路が一定にならない#2

Arduino UNO R3で±19.9V表示電圧計

アナログ回路の実験・調整用に-16V～+16Vの
範囲をポテンショで調整して出力できる回路を
作ってあります。
最大±15Vを入力する回路の動作確認、調整用です。
DC-DCコンバータで±18Vの電源を作って、オペアンプ
を駆動。
その入力電圧を可変して±16V(+ちょっとオーバー)を
出力するような仕掛けになっています。
0Vをまたいで電圧を連続してプラマイできるわけです。

設定電圧の確認はデジタルテスターをつないでという
ふうにしていましたが、「表示器があるほうが便利」
だろうということで、Arduino-UNO R3を使った電圧計を
くっつけてみました。

10bit ADCのAtmega328がベースですので表示は±19.9V
と2・1/2桁です。


ちゃんとした電圧を見たい時はこれまでと同じように
テスターをつないでということで運用します。

±16V発生回路。

±9V出力のDC-DCコンバータを2つ使って±18V電源
を得ています。

これに電圧値表示回路をドッキング。

電源は外からの5V。

さて、プラマイ電圧の入力回路をどうするか。
Arduino UNOのADC、その入力電圧はプラスだけですが、
　・2022年11月28日：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
　・2015年04月22日：A/Dコンバータの入力レンジを拡大する方法
こんな考え方で、単電源の回路でも±電圧を入力すること
ができます。
以下の図はVrefが2.5VのADCの入力レンジを拡大する方法を
示しています。

この中の、(d)±5V入力 と (e)±10V入力の考え方は、
　・Vin / Vrefの比、基準電圧の何倍の電圧を入力するか
　　から、R1とR2の比を決定。　(Vinは正負片側の電圧値で)
　・Vref2.5Vで10倍の±25Vなら、R1とR2は9:1。
　・Vin=0Vの時のA/D値を半値にするため、R1とR2の
　　並列抵抗値をR3に。
　・10倍ならR1:R2:R3は90:10:9の比率。

これが抵抗3本で、0～2.5V入力のADCに対して±電圧を
入力する一手法となります。

もう一つの方法が差動アンプです。


(+IN － -IN) × GAIN として出力が得られるので、
GAINを1/8 (減衰)にして、+INにオフセットとして10Vを
加えておくと、±10Vの範囲を0～2.5Vに変換できます。
　　※ただし、増加減の方向が逆に

Vref電圧(2.5V)を基準に描くと、こんな具合になります。

反転入力がVinで±電圧入力。
非反転入力がオフセット電圧の設定。
Vin=0Vの時のA/D値を、Vrefの半値にします。
非反転入力のオフセット電圧が＋になるので、
アンプは単電源で動かせます。

R1とR2で入力電圧の倍率を設定。
通常の差動アンプですとR1=R3、R2=R4にしますが、
±電圧入力回路に限ればこのオフセット電圧は別の
抵抗値で固定してかまいません。

それを考えて描き直すとこのようになります。

R3とR4の比で固定的なオフセット電圧を得ます。

ATmega328の内蔵基準電圧を外に取り出して
使いますのでVref = 1.1V。
こんな回路になりました。

チップを抜いたArduino UNO R3基板とつないで
スケッチをアップロードします。


キャリブレーション(校正)操作は通信で。
　　-15.0V、0.0V、+15.0V
この3点のA/D値を記憶(内蔵EEPROMに保存)します。
実電圧とその時のA/D値を使いますので、抵抗の誤差や
Vref値の誤差は校正操作で吸収されてしまいます。

0.0Vを校正点に入れて3点にしたたのは、
　　ゼロはゼロと出て欲しいから。
最小値と最大値での2点校正では、ひょっとするとゼロにならない
かもという、リニアリティ特性の懸念があるので。

A/D値から電圧値への計算はあのmap関数を使います。
　　※map関数はこう使って欲しいゾの例です。

制御スケッチ
　　　・ダウンロード - pm20volt1.txt

※.inoではなくファイルタイプを.txtにしています。
　UTF8nのテキストファイルです。

7seg LEDをダイナミックスキャンして電流値を表示し
ているこれらのサンプルも参考にしてください。
・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
・2022年12月14日：Arduino UNOを使ったUSB電流計 4桁表示も

キャリブレーションの方法はこれらとスケッチを参照してください。

※入力レンジに切り替えについてはこれも
・2014年02月01日：入力レンジ切り替え回路

※例のmap関数
・2020年5月16日：Arduino 10bit A/D値をmap関数でスケーリングする例
・2020年5月17日：Arduino　なんとかして誤用を正したい：A/Dの1/1023とmap関数
・2022年11月6日：Arduino　map関数をfloatに

※点滅表示
A&D社の「AD-8724D」という電源、「0～30V・2.5A出力」の
シリーズレギュレータです。
これの電圧表示も「xx.xV」と3桁。

今回の回路でのマイナス側の表示、3桁目が
「-」だけかあるいは「-1」になります。
このためマイナス側の最大(最小というべきか)を
「-19.9V」と制限(ソフト的に)しています。

プラス側は「19.9」ではなく「99.9」を
リミットにしてますんで、分圧抵抗を変えた場合でも
「-19.9～99.9」の範囲なら表示は可能です。

そして、マイナス、プラスともリミットを越えた時は
表示を点滅するようにしています。
そしてもう一つ点滅する条件がA/D値の範囲。
電圧値に変換する前の値として有効範囲を
チェックしています。
10bitですので0～1023が出てくる値になります。
しかし、5以下と1018以上は、リニアリティが疑問とい
うことで、表示を点滅するようにしてあります。

※Aref端子から内部Vrefを引き出す
・2013年04月25日：AVRマイコンのAREFピン
・2013年05月02日：AVRマイコンのAREFピン #2
・2022年10月05日：サーミスタ103JTで計った温度をシリアル出力

オペアンプを使ったモータ速度コントローラ

リニアテクノロジのデータブックをパラパラめくり
していたら「LT1013/1014」のページでこんな回路を発見。


5V電源で直流モータをPWMで速度制御。
　　※これでうまいこと行くの？
　　　というところはありますが、
　　　いかがでしょうか？

・モータに直結してる4016のスイッチが
　ちょっと怖い。
・2つのダイオードとNPN Tr Q2が魔法っぽい。

※コメント先
・ラジオペンチblog：ミニグラインダー（DCブラシモーター）の速度制御コントローラー

オペアンプの非反転・反転入力間に入れる抵抗

このブログ記事が発端。
　　・2023年2月10日：トラ技記事 オペアンプの出力段保護回路で

(b)図のR2、オペアンプを使った非反転アンプで、
非反転入力と反転入力端子の間に抵抗が入っています。
「この抵抗はなに？」という疑問でした。

先日、オペアンプのデータシートをなにげなく見ていて
似たような抵抗接続を見つけました。
　　※AD817だからアナデバのデータシート
高速A/Dコンバータの前置アンプとして、
非反転＋反転アンプを使った差動バッファ回路
が使われています。
ここに似たような抵抗があったのです。

入力信号を正負にして平衡出力(差動出力)するのは
こんな回路。
　　※仕事なら平衡変換用の専用アンプを
　　　使うでしょうけれど。


直流的には非反転入力と反転入力間の電位差はゼロ。
抵抗が入っても直流的な動作は同じ・・・はず。

AD817回路例の非反転アンプの抵抗、2つのアンプの
特性のバランスをとるためかしら。

オペアンプのオフセット電圧変動調査回路に使われている
のは見ます。
こんな例。

帰還抵抗に比べて+/-端子間の抵抗値が小さいので、
オフセット電圧が大きく増幅されて出てきます。

もう一つこんな回路も。
「抵抗マルチプライヤ」と名付けられています。

R2とR3の比でR1の値が大きくなる(R1に流れる電流が
小さくなる)という仕掛け。

R3=0(R1とR2の片側がGND)なら普通の非反転アンプ。

R3を大きくしていくとR1に流れる電流が減少して
見かけ上R1の抵抗値が増大したのと同じ。

さらに、R2をゼロにするとどうなる・・・
R1に電流が流れないので無限大。

はてさて。