オペアンプを用いたフィードバック回路の工作方法について

質問

はじめまして。
私は電子工作に関してほぼ素人なのですが (半田ごてを握って, 授業で言われるがまま回路を作ったことはありますが, オペアンプの使い方等を正しく理解はしていません), 以下のような回路を作りたいと考えています。
どうか, 皆様のアドバイスをいただけないでしょうか？

＜内容＞
電流を流し続けると性能劣化して徐々に電流が低下するトランジスタがあります (例えば TFT [Thin Film Transistor] の様なイメージです)。

ゲートに定電圧を印加し続けると, 劣化してしまって定電流を流し続けることができません。そこで,
(1) トランジスタが流す電流をモニターする
(2) モニターされる電流値を電圧に変換し, オペアンプへの入力とする
(3) オペアンプは入力された電圧に応じたゲート電圧を出力し, トランジスタにフィードバックする
(4) オペアンプから入力されたゲート電圧に応じて, トランジスタは一定の電流を流し続ける

というイメージのフィードバック回路を作りたいと考えています。
イメージはこちらの図のような感じです。
http://proxy.f3.ymdb.yahoofs.jp/bc/35ff76e/bc/98d2/%b2%f3%cf%a9%bf%de.jpg?BCVOpYJBoU3bQBDl

その際, 上記の回路を PC になり接続して,
(1) トランジスタの電流値を一定間隔で記録する
(2) オペアンプの出力を一定間隔で記録する
ことをしたいと考えていますので, タイマーorカウンタのようなものも必要となるのかと漠然と考えています。

そこで, 質問ですが,
実際に, この回路を電子工作で作るにはどういった知識が必要でしょうか？入門書等含めて教えていただけると大変助かります。
具体的には, (1)部品の調達方法, (2)PC との接続に必要な道具とスキル
かと考えています。
なにぶん知識がないので, 実はもっと何か必要なのかもしれませんが, それさえわからない, という状況です。

何卒よろしくお願いいたします。

回答No.2

rabbit_cat

オペアンプの使い方は一言で言えば、バーチャルショートさせるために使います。
本なんかを見ると、ある回路（加算回路とか）の動作を説明するのにバーチャルショートの概念を使うと計算が楽、みたいな話の流れになっていることが多いですが、回路設計という立場で言えば、本来は逆で、
「バーチャルショートさせたいからオペアンプを使う」
のです。

例えば、
・Ａ点の電圧で、Ｂ点の電圧が制御できる。
・Ｂ点の電圧を、ある一定の基準電圧になるように制御したい。
と言う場合であれば、オペアンプの－端子にＢ、＋端子に基準電圧、出力端子をＡ点につなぎます。（＋と－端子は逆にしないといけない場合もあるので、適当に考えて）
もし、このオペアンプが正常に動作していれば、バーチャルショートが
成立してめでたくＢ点の電圧は基準電圧に等しくなります。
別の言い方をすれば、オペアンプは、＋端子と－端子の電圧が等しくなるように（バーチャルショートが成立するように）、出力端子の電圧を制御するわけです。

おっしゃる回路だと、
(1)(2)は適当に、負荷に直列に抵抗でも入れておけば、オームの法則で電流に比例した電圧が抵抗の両端にかかるでしょう。
（もちろん、もっと真面目に、トランスインピーダンスアンプを作ってもいいです）

で、肝心の(3)(4)
まず、欲しい電流に対応する基準電圧をどっかで作ります。どっかに基準電流があるなら、それを抵抗に流せばいいでしょう。
で、オペアンプの＋端子にこの基準電圧を、－端子に(1)(2)で作った電圧を入力して、出力をゲート電圧につなげばいいです。

ただし、実際には、さらにループが発振しないかの解析やその対策が必要です。まあ目標の電流値は常に一定で変化しないのであれば、何も考えず、位相補償用にでっかい容量をいれとけばいいような気もしますが。

回答No.1

kt1965

ＯＰアンプに関しては、「定本ＯＰアンプ回路の基礎」（ＣＱ出版社）という書籍が長く読み継がれています。他にもあろうかと思いますが、とりあえず基礎の基礎がキチンと書いてあるので、長く使えます。

部品の調達方法は、関東エリアだと秋葉原のパーツショップ、関西エリアだと日本橋のパーツショップなどで入手が可能ですが、通信販売のサイトもあるようですので、そこで調達可能です。

ＰＣとの接続に必要な道具は、近年は余り見かけなくなりましたが、Ｄ/Ａコンバーターボードという製品が、数社から販売されていました。しかしながら高価なので、業務用などでは活用する例が多いようですが、個人の電子工作ではお勧めしません。

そのような用途では、制御用組み込みマイコンをインターフェイスにして、ＰＣへＲＳ－２３２Ｃ（シリアル）などで接続できるようにすると便利でしょう。

その際に必要なスキルは、パソコンのプログラム（同じような手順で、制御用マイコンのプログラムも作れます）と、半田付け位ですね。

制御用マイコンのキットなどは、上に書いておいたパーツショップオリジナルなどで販売されているようですので、これを活用すると良いでしょう。特に最近のボードには、ユニバーサル基盤を搭載した商品もあるようですので、この上に所望の回路を取り付け、シリアルケーブルで、ＰＣなどとも連動できるキット製品などもあります。