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電流遮断回路
電流がだんだんと下がっていく系で，電流値がある値以下（例えば１mA以下） になったときに電源を切る回路を作りたいのですが，どのような方法が考えらられるでしょうか？ また，電流がある値になったときに信号を発生するセンサのようなものが必要だと思ったのですが，そういうものは市販されていますか？
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- tance
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- tance
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tanceです。 STM用ですか。短時間で電流を切ると言っても相手が化学反応なので 普通はmsecオーダーなら「速い」部類に入ると思うのですが、STM探針と なると相当細い訳ですよね。電流を切る時間の目安はどのくらいなの でしょうか。 速さが勝負で、電流値の精度は二の次と解釈しました。 そうなると、電流検出抵抗はある程度大きな値にして、高速のアンプ もしくは、アンプなしでコンパレータにつなぐくらいで良いかも しれません。（スピードの要求によります） 切る部分は小さなFETで良いと思います。 電源は006P 9Vの電池１個ですか？ だとするとコンパレータの入力 電圧範囲に注意が必要です。 以下のような感じで良いかと思いますが、相当思いこみが含まれて いますので、そのつもりで見てください。 9Vの電源をそのままW線につなぐ。 Pt部から線を出し、680Ω程度の抵抗を介してFETのドレインにつなぐ。 FETのソースは100Ωの抵抗でGND。 電流検出はこの100Ωの両端電圧で行う。 コンパレータの出力は9Vに抵抗でプルアップ。（1kΩくらい？） コンパレータの閾値側の入力には適当な電圧を印加。（1mAなら0.1V） コンパレータの電源も9V。 起動用に、100Ω～9V間に抵抗3.9kΩ＋押しボタンスイッチ直列回路 を入れる。 Pt～W間に1kΩくらいを入れておいた方がよいかもしれません。これは FETがOFFしたあと速やかに電流が０になるように入れます。 こんなイメージです。 http://photos.yahoo.co.jp/ph/kiyoshisoneartek/vwp?.dir=/80a1&.src=ph&.dnm=f6e0.jpg&.view=t&.done=http%3a//photos.yahoo.co.jp/ph/kiyoshisoneartek/lst%3f%26.dir=/80a1%26.src=ph%26.view=t
お礼
返答が遅くなってしまい本当に申し訳ありません。 ここまで親切かつ的確な回答をしていただき本当に驚いています。ありがとうございます。 ＞速さが勝負で、電流値の精度は二の次と解釈しました。 その通りです。電流が下がり初めて大体１～３mA程度になったら即切るという感じで精密な電流値は必要としません。 切る時間はおそらく早ければ早いほどいいと考えています。（実際は色々試す必要があると思いますが・・・） ＞電源は006P 9Vの電池１個ですか？ 電池ではなく電源の誤りでした。普通の家庭用電源を安定化電源回路にいれてACをDCに変換して使っています。そのほかに電流値を表示する液晶を動かすために9V電池を使っています。 ここまで考えて頂いて、自分は何もしていないのでお恥ずかしいですが、tance様の回路を検討してみようと思います。 本当にありがとうございます。
ANo.2 です。 > 回路ににまた新しいスイッチ素子を組み込めば そういうことです。 電気信号で制御する素子(というか部品というか)が必要です。 トグルスイッチは「メイン電源スイッチ」という意味で 残すのも一手です。 > スイッチ素子はどのようなものが考えられるでしょうか？ FET (電界効果トランジスタ)をイメージしてましたが、 リレーの方が感覚的にわかりやすいかも。 使い方例 http://www.geocities.jp/ngc4826/electronics/material/relay/relay.html > 抵抗値の両端の電圧を取って差動増幅 どこの位置で検出するか未確定なので「差動」としましたが、 電源電圧のかかり方によっては差動でなくてよい場合もありますけどね。 尚、検証してなかったのですが、ANo.4 さんが言われるように 1mA を検出するのに 50mΩ では苦しいかも。 計算してみると V=IR = 1e-3 x 50e-3 = 50 e-6 50μV を 扱わなくてはなりません。 私これくらいの電圧を扱ったことはないので想像の域を出ませんが、 実際に回路を作り動作させるとなると、ノイズの影響を受けたりして苦労するかもしれません。 原理の勉強だけならソコソコでいいと思いますが、 実際に使えるものを作ろうということなら覚悟の上トライするか 方式を変えるか要求仕様を変えるかするのがいいと思います。
お礼
回答ありがとうございます。 電流が微弱すぎて難しいですか・・・ まだ検討段階なので他の方法も色々調べてみます。 丁寧に答えていただき本当にありがとうございました。
- tance
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tanceです。 もう片方のコンパレータの入力には敷居電圧を加えます。つまり、アンプ の出力がいくらになったら動作させたいかの敷居電圧を入力します。 （質問者さんが比較電圧と言っているものと同じだと思います） コンパレータの出力をどう使うかは、どうしたいのかを聞かないと わかりません。電源を切るだけなら簡単ですが、切る電源とはどの くらいの電力なのか、ACなのかDCなのか、そのために使える電源は どんな種類があるのか、その電源を入れるときの条件は？（最初から 1mA以下だとどういう動作をすれば良いのか・・・） そもそも、この回路の目的がわからないと適切なアドバイスがしにくい です。 初心者であることを恥じることはありませんよ。
お礼
回答ありがとうございます。 大学で走査型トンネル顕微鏡(STM)という装置を使って研究を行っているのですが、STMの観察で用いる「探針」を作る装置の回路に質問した機能が必要となってくるのです。 装置の概要ですが (1)タングステン線を装置の先につけます (2)タングステンの先数ミリをビーカーのKOH溶液に浸し、電圧をかけて電解研磨します。 (ビーカーにはもう一方の端子であるPtリングがつけてあります) (3)電流値は始め10ｍA程度、研磨が進みタングステンが細くなるにつれ、抵抗が増えて電流値は下がってきます。 (4)最終的にKOHに浸かっているタングステン先端部分の重さに負けて先端が落ちます。 (そのときの電流値はおよそ3ｍA～1ｍA程度) (5)電源を切り、タングステンを引き上げ研磨終了となります。 この時の(4)→(5)の動作をいかに速やかにできるかで、探針の出来が違ってくるのです。 電源を切るのが遅ければ、先が落ちた後にも研磨してしまい先が鋭くなくなってしまうからです。 従って、質問したような電流値3～1ｍA程度になったら瞬時に電源が切れる機能が必要なのです。電源は9Vのアルカリ乾電池を使っていまして直流です。 ちなみに装置の概観はこのような感じです。これに似たものを自作しています。 http://www.unisoku.co.jp/pdf/D060125J-ElectrochemicalEtchingSystemforSTMtip.pdf#search='%E9%9B%BB%E8%A7%A3%E7%A0%94%E7%A3%A8%20%E6%8E%A2%E9%87%9D' どうぞよろしくお願いします。
ひとつの方法として、AD変換器内蔵のワンチップ型マイコンを使うと 目的のことができます。 抵抗を用いて検出電流を電圧に変換し、その電圧をオペアンプで 必要倍数増幅してAD変換器のポートに入力します。 プログラムで電流値を測定しながら、定めた閾値で 電源を切るなり、ポートへ電圧を出力できます。 ワンチップマイコンやそれを使ったマイコンボードは 多種販売されています。 トランジスタ技術の広告欄を見るか、 自作する人に人気があるが秋月電子で ウェブサイトで好みのものを選ぶことも可能です。 プログラムが組みやすいという点ではルネサス社のH8などが お勧めです。 秋月電子 http://akizukidenshi.com/ 電流測定用の数ミリΩの抵抗は大電流測定用で シャント抵抗と呼ばれますが、1m以下というような 微小電流の検出には使えません。
補足
回答ありがとうございます。 私もマイコンを使った制御を思いつきはしたんですが、プログラムを組むということに気が引けてしまっていました。 プログラムはパソコンで組むものではないのですか？多少C言語の勉強はしましたが、かじった程度の知識で組めるか不安です。
- tance
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「電源が切れても機能する」のは殆ど無理な話ですが、 逆の発想で解決する場合があります。 「電流が減ると電源を切る」 ↓ 「電流が所定量より多ければ電源ONを保つ」 電源が切れてる状態から入れるには、この回路を 「最初に生かすトリガ」が要りますが、 「人間が電源ONボタンを押す」のはごく普通の事です。 DMM(デジタルマルチメータ)などで電流測定を行うのには、 既知の抵抗器に電流を通過させ、両端に現れる電圧降下を 測定し、計算します。 回路への影響を押さえる為には、なるべく 小さな値の抵抗器を用います。 例 京セラ 電流検出用チップ抵抗器 http://www.kyocera.co.jp/prdct/electro/pdf/resistor/lr-cj.pdf 50mΩ なんて製品が掲載されています。 この抵抗器の両端の電圧を差動 OPamp などで増幅し、 所定の電圧以上であれば後段のスイッチ素子をONし 電源供給する、という回路にすればいいと思います。
お礼
回答ありがとうございます。 やはり抵抗値の両端の電圧を取って差動増幅するというのは必須なのですね。 初歩的な質問で申し訳ないのですが、スイッチ素子はどのようなものが考えられるでしょうか？ 今現在回路に使っているスイッチがトグルスイッチなのですが、そのままでは使えないと思ったのですが、回路ににまた新しいスイッチ素子を組み込めば解決できるでしょうか？
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お礼
返信が遅くなりまして本当に申し訳ありません。 丁寧な回答ありがとうございます。 マイコンで制御した場合色々と設定に融通が効いて便利そうですね。 リンクを色々と見せていただいたのですが、マイコンを買うとなると費用と時間が多少かかってしまいそうなので、予備の手段として考えさせていただこうかと思います。 わざわざ大切な時間を割いて回答して頂いて本当に感謝しております。 また困った時はどうか力を貸してください。よろしくお願いします。