スイッチを遠隔操作するためにはどうしたら良いですか？

質問

http://imagepot.net/view/124602522239.jpg

上記の左の図のようにI/V変換回路のフィードバック抵抗の部分をスイッチで切り替えられるようにしたいと考えております。

しかし、これを直接スイッチを手で切り替えるのではなく、電気的に遠隔操作で切り替えられるようにしたいと考えています。

そのために、右図のような回路を考えました。
この方法では、batteryと書いている部分をプラスの電圧をかけるかマイナス電圧をかけるか、電圧をゼロにするか、の３種類の状態を作ることが出来ると思います。
ただ３段階であれば、簡単に作れますが、６段階になるとこの方法ではかなり複雑なことになってしまいます。

もっとスマートな方法があれば教えて下さい。

回答No.4

tance · ベストアンサー

tanceです。
絶縁抵抗やON抵抗は非常に不安定です。温度や湿度などに大きく
影響されます。キャリブレーションをしながら使うのであれば
使えるものは増えると思います。（環境が変わらない内は正しく
補正できる）

考え方のプロセスはこうです。
(1)信頼性や寿命の観点からできるだけ半導体スイッチを使いたい。
(2)半導体スイッチは大きな電流（低ON抵抗）が苦手
(3)リレーは微少電流が苦手
(4)大電流のレンジはリレーを使って、他は半導体スイッチを使う

では、アナログスイッチはSPEC的にどうなのでしょうか。例に挙げた
DG408はおそらく絶縁抵抗（漏れ電流）としては十分使えるのでは
ないかと思います。（仕様次第）

でも、ON抵抗が通常40Ωくらいあります。それが100Ωくらいまで
増えることがあるので、10kΩ以上の帰還抵抗にしか使えません。
（1%精度だとして）

ここで、もっとON抵抗の少ないアナログスイッチを探すと、リレー
の受け持つ部分が減らせます。おそらく数Ω以下のものが見つかる
と思います。（当然、漏れを犠牲にしないで数Ωでないとダメ）
MAXIM社の MAX4783なんかいかがでしょう。

それでも精度1%ならリレーは避けられません。機械式リレーの代わり
としてはフォトMOSリレーが使えると思います。いわゆるMOS-FET
ではON抵抗0.001Ωなどというものがそう特殊でもないのですが
これは電流の向きが決まっている場合の話です。この回路のように
両極性の電流を流すと、特に逆方向がOFFできないという制限が
あるので使えません。

大電流のレンジでは当然スイッチに流せる電流の上限に注意が
必要です。

もとのご質問は、６種類のコンデンサをどうやって簡単に切り替え
られるか、ということだったかと思いますが、普通に考えると
やはり３ビットのバイナリ信号で８とおりを選択する、というのが
定番なのだと思います。一部リレーだとそのあたりが多少複雑に
なりますが、アナログ回路の性能維持のためにはしかたありません。

回答No.5

anachrockt

I/V変換回路が使用されていて高精度（±0.1％級）な測定器にLCRメータがあります．
LCRメータの回路を参考にしたらどうでしょう？
これのp.157（Figure 6-7）とか
http://www.ietlabs.com/pdf/Manuals/1659_im.pdf
これのp.75（Figure 3-11）とか
http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/04284-90100.pdf

回答No.3

tance

この場合、帰還抵抗が大きい方（1MΩ）はスイッチの絶縁抵抗が
問題になり、帰還抵抗の小さい方（10Ω）はスイッチのON抵抗が
問題になると思います。

ただ、No.1の方が指摘しておられるように10Ωとか100ΩはOPに
ブースターを付加しないと回路自体の意味がないでしょう。

さて、問題はどの程度の精度が必要とされるかです。普通は低いON
抵抗と高い絶縁抵抗を両立することが難しいものです。機械的
リレーはこれらを両立できる最も優れた方法です。欠点は機械的
接点なので、電流が小さいときに接触信頼性が低いことと、
寿命が短いことと、必要電力が大きいことです。

10Ωと100Ωはリレー式とし、他は高性能のアナログスイッチを
使うのが良いと思います。アナログスイッチとして何を使うかは
仕様が解らないと選べませんが、考慮しなくてはならないことが
多いので、簡単に「これが良い」とは言えません。光で絶縁する
必要はないように思います。基本的な素子としては例えば
TC74HC4051
DG408
など。他のメーカでも比較してみてください。

あと、気になるところが、スイッチのつなぎ方です。左の図では
スイッチのコモンをOPアンプの入力側にしていますが、できれば
コモンは出力側にした方が良いです。コモンは漏れ電流などが
多い傾向があるので、これを入力に流さないようにするため
です。

右の図はいくつか問題があります。バイポーラトランジスタを
交流のスイッチに使えるか、LEDの電流制限抵抗、電池の向きなど。

お礼

回答ありがとうございます。

No2さんにも一度ご質問したのですが、
例えば絶縁抵抗が5kΩ、ON抵抗が50Ωみたいに決まっているのであれば、
IV変換率は、上記の理由により1kや10kといったきりの良い数字ではなく1.234kとか13.6kみたいなケタの長いものになるかも知れませんが、
それが問題とならないなら、リレーでも問題はないのではないでしょうか？

それとアナログスイッチを挙げて下さいましたが、これの場合には上記のような問題はないのでしょうか？

よろしくお願い致します。

回答No.2

oneone101

1MΩもあるので微小電流の扱いが得意なリードリレーかな…
線を減らしたいならマイコンでシリアル通信するとか。

それにしても10Ωは無茶じゃないかな。
普通のオペアンプではドライブしきれないよ。
100Ωも品種を選ばないとかなり苦しい。

お礼

回答ありがとうございます。

フォトカプラを使わずに、リレーorリードリレーを使うというのはこちらの方が接触抵抗が小さいからということなのでしょうか？
フォトカプラやリレーに接触抵抗があったとしても、合計値がある既知であるなら（温度やスイッチしたときによって抵抗値が異なるなどがない）なら特に問題はないのですが、なぜ問題になるのでしょうか？

それと、３つのリレーを使用するというのであれば、グラウンドも含めると4本の配線で駆動することになるのでしょうか？

回答No.1

ymmasayan

まず、ご提示のフォトカプラーではＯＮ時の抵抗が無視できませんから
精度的に無理でしょう。
リレーを通しても接触抵抗が問題になるでしょう。

接触抵抗を我慢するならリレーを経由すればいいでしょう。
例えば３つのスイッチのＯＮ－ＯＦＦの組み合わせでリレー３個を駆動すれば
２^3＝８通りの選択が出来ます。