サーミスタの定電流回路

質問

サーミスタの抵抗値出力のため、定電流回路の製作に取り掛かっております。
サーミスタの推奨使用電力が0.03mW以下。(定格は0.2 mW)
25度におけるサーミスタの抵抗が約10 kΩ,-40度における抵抗が約20 kΩです。推奨使用電力から10 μAの定電流回路を作りたいのですが、下記のURLの回路中でどこをどう変更すればよいでしょうか？
http://www.nkysi.com/tec/tm_kairo.html
1.可変抵抗100Ωで0.1Vの出力にする。
2.2252Ωの抵抗を10kΩにする。
というのでは間違えでしょうか？オペアンプに関しては全くの素人です。自分でも調べているところですが、ご教示お願いいたします。

回答No.1

JT190 · ベストアンサー

これは「定電流回路」と考えると、訳がわからなくなります。
（確かにサーミスタだけ見れば定電流ですが・・・）

推奨回路において、全体を4つに分けるとそれぞれの働きは下記の通りになります。
　※OP-07は左から、OP-07a・OP-07b・OP-07cとします

(1)一番左側（+15V～0.2252V出力まで）

基準電圧（この場合は0.2252V）を作っています。
このままでは出力インピーダンスが高い（＝出力電流が取れない）ので、後述する(3)の回路に直接接続は出来ません。

(2)左から2番目（OP-07aの＋入力～2252Ω抵抗の左側まで）

ボルテージフォロア回路です。
基準電圧（＋側の入力電圧）の出力インピーダンスを下げて、基準電圧と同じ電圧を出力する定電圧電源回路となっています。

(3)左から3番目（2252Ω抵抗～2kΩ抵抗の左側まで）

サーミスタ抵抗によってゲインが変化する、反転増幅回路となっています。
サーミスタ抵抗が「OP-07bの－入力側の抵抗値」（この場合は2252Ω）と等しい時に「ゲイン1倍」となり、サーミスタ抵抗値が2倍に変化すればゲインも2倍になります。

(4)左から4番目（2kΩ抵抗より右側）

これも単なる反転増幅回路です。
ゲインは、OP-08cの－入力抵抗「2kΩ」と「18kΩ＋5kΩ」の比で決まります。

・・・で、最も肝心な「サーミスタの電流」ですが、下記のように考えます。

・OPアンプ（この場合は上記(3)のOP-07b）の－入力端子の電圧は、＋入力端子電圧と「ほぼ等しくなる」ので、常に0Vになると考えて良い。
・したがって、(2)の出力電圧（0.2252V）を、(3)の入力抵抗（2252Ω）で割った値が、（3)の入力電流になる。
・OPアンプ（この場合はOP-07b）の入力端子には電流が流れ込まないので、この電流はそのまま「サーミスタ電流Is」となる。

したがって、推奨回路の場合のIsは
　0.2252V÷2252Ω＝100μA
質問者様提示の、0.1V出力で入力抵抗10kΩの場合のIsは
　0.1V÷10kΩ＝10μA
で、正解です。
（ちなみに、推奨回路でのIsの向きは間違っていますね）

但し、質問者様提示の定数では、
　25℃で出力1V
　－40度で出力2V
なので、ちょっと使いづらいのでは？

上記(3)の出力電圧は「サーミスタ抵抗×サーミスタ電流」のみで決まってしまい、変えようがないので、(4)のゲインを20～50倍位にするのが良いかも知れません。
（18kΩ＋5kΩの抵抗を大きくする）

お礼

非常に丁寧な御回答どうもありがとうございました。
そして訂正があります。-40度における抵抗値は200kΩでした。
一つずつ説明していただいたおかげで、なんとか理解できそうな気がしてきました。ありがとうございます。
まとめると、
(1)OP-07aへの入力電圧を0.1Vにし、
(2)2252Ωを10kΩの抵抗にし、
(3)18kΩ＋5kΩの抵抗を大きくする(抵抗値は10倍とか？）
でよろしいでしょうか？

補足

1点確認したい点があるのですが、左側のツェナーダイオードに流れる電流値なのですが、サーミスタに流す電流が100μAから10μAに変更するとツェナーダイオードに流れる電流値も10μAに変わるのでしょうか？
ツェナーダイオードの動作スペックに関わる電流値です。ご教示いただけたら幸いです。よろしくお願いいたします。

回答No.2

JT190

> (1)OP-07aへの入力電圧を0.1Vにし、
> (2)2252Ωを10kΩの抵抗にし、

それでOKです。
但し・・・

> そして訂正があります。-40度における抵抗値は200kΩでした。

であれば、(4)のゲインを上げる必要はないですね。
むしろゲインを落とす必要があります。

サーミスタ抵抗が10k～200kΩまで変化すると、(3)の出力は0.1～2Vとなります。
(4)のゲインが10倍のままだと、(4)の出力は計算上1～20Vとなりますが、OPアンプの電源電圧が±15Vなので、実際には最大でも13V位までしか出なくなります。
（－20℃以下あたりから測定出来なくなる）

したがって、(4)の18kΩ＋5kΩの抵抗を半分にして、ゲインを5倍にして下さい。

それと、サーミスタ抵抗が最大200kΩで、Isも僅か10μAなので、サーミスタが非常にノイズを拾いやすくなる可能性があります。

「サーミスタ～OP-07b入力端子」間の配線は必ずシールド線とし（出力端子側の配線も合わせて2芯シールドにすれば尚可）、可能であればサーミスタ自身もシールドした方が良いでしょう。

参照回路の方は質問者様の使用条件に比べて、サーミスタの抵抗値が1/100で、Isも10倍なので、ノイズに対しても10～100倍（か、それ以上）強いのです。
そのことを良く認識して、実験してみて下さい。

お礼

再度、丁寧な御回答どうもありがとうございます。
ノイズは私も不安です。でも推奨電力が0.03mW以下である以上どうしようもなさそうです。(他にいい回路があるかもしれませんが)
1点確認したい点があるのですが、左側のツェナーダイオードに流れる電流値なのですが、サーミスタに流す電流が100μAから10μAに変更するとツェナーダイオードに流れる電流値も10μAに変わるのでしょうか？
ツェナーダイオードの動作スペックに関わる電流値です。ご教示いただけたら幸いです。よろしくお願いいたします。