OPアンプ 電圧-電流出力変換回路

質問

D/Aコンバータ（0～-10V出力）の電圧をOPアンプで電流変換（0V時0mA、-10V時1mA）する回路で（１）シンプルで精度（±3％以内）がよいもの（トリマの調整なしが望ましい）　（２）トリマでNULL、GAIN を調整しても精度がよい回路　を教えてください。
または、そのような回路が記載されているサイトを教えてください。
お願いします。

回答No.3

tadamaru2004 · ベストアンサー

(1) 回路的には，２より４の方がお薦めです。
　この程度の精度であれば，Dualのオペアンプを使えばよいと思います。

(2)Null調は，オペアンプに端子があるものもありますが，ここではこれがない場合（どんなオペアンプ
　にも適用出来る）方法をご説明します。
　回路図でGNDされている端子(2,4であれば反転側，RsのGND)を，電源＋Vc,－Vcの中点にVRを入れ，
　微小に電圧を可変することで行います。
　VRは１０回転のポテンショを使い，10%くらいの可変範囲がとれるような値とします。
　Rsに対して十分小さい値とする必要があります。

　Gainコントロールは同じく反転側Rfで行います。
　全Rf値の10%になるように値を設定します。

　なお，10％というのはかなり広範囲な調整ですので，もっと精密なコントロールをしたい場合は
　可変範囲を小さくする必要があります。

補足

もう少し教えていただきたいのですが、なぜバッファが入っている回路がお勧めなのでしょうか？（私はこの回路の動作が理解できていないので）教えていただけないでしょうか？　お願いします。

ＯＰアンプはＡＤ７０６ or ＯＰ２９７ を使う予定です。

回答No.8

Teleskope

>> Ｄ/Ａの出力が、０から－１０Ｖで、電流計に－電流を流せるのでしょうか？ <<

　電流計は、実験室によくあるこんなタイプではないですか？
http://www.yokogawa.co.jp/meter/products/portable.htm
２端子回路なのだから どうにでも使えますよ。 基本的で単純なことですからよく考えてください。　No4の図の 電流計の極性を見てください。

　AD7847を使うならアンプ電源も±15Vですね。LPFのCRの値 了解しました、AD784での駆動なら良好だと思います。

　以前に他所でUVレベルメーターの相談がありまして、音響信号のままだと針が高速振動して姿を消すとかで、遮断周波数も確か5Hzだったんですが、同様の用途でしょうか。
　もしオペアンプ回路を体験するのが主目的でしたら 私の回路提案は余計だったかもなので、以下は参考までに；
サイトで見つけられた回路は、不特定な負荷（抵抗値が不定）に 一定電流を供給する回路なんです。 しかし今の場合は 負荷が確定してるし 駆動電圧も明確なので 単に オームの法則の計算一回で 済んでしまいます。
なお、その回路をLPFのあとに直結すると その回路の入力抵抗がLPFの遮断周波数の式に参加してしまいます。

>> コンデンサＣの放電対策（ダイオードも）が必要な気がします。<<

　この場合はアンプの＋入力に直列に数kΩ以上を付けるのが望ましい選択肢でしょう。それから、不測の事態で電流計に逆の大電流が流れないよう（指針のメカがダメージを受けます）な気配りもでしょうね。

参考URL：

http://www.yokogawa.co.jp/meter/products/portable.htm

回答No.7

tadamaru2004

バッファーの機能について，♯６よりもっとわかりやすい説明を思いつきました。
（一晩寝ると良い考えが浮かぶものです。(^_^;)）

R1=RL=1kΩ, Rf=10kΩと仮定します。
回路が理想的に動作した場合，FSでR1に-1mA流れているとき，Rfには0.09mA流れ，
RLには-0.91mAしか流れません。

つまり，負荷側から見た場合，R1とRLの間には無限大インピーダンスのものを置くことが理想なのです。
（この計算はバッファーの役割を説明するための大雑把な計算であり，厳密には多少違うことをご容赦
ください）

OP297の入力インピーダンスは40MΩありますので，Rsは100kΩよりもっと大きくしても影響ないかも
しれません。
ここらへんが，精度との兼ね合いで，バッファーを入れるか入れないかの分かれ目となります。
メーターを振らすだけなら，Rs=1MΩ, Rf=100kΩとし，バッファーは不要かもしれません。

蛇足ですが，OP297の電圧オフセットは，スペックで0.05mVとなっているので，Null調は不要では
ないでしょうか？

回答No.6

tadamaru2004

素晴らしいオペアンプをお持ちですね。
OP297の方がちょっと上でしょうか。
両方ともデュアルですね。

♯３　補足欄の書き込みに関し，ご回答いたします。

２と４の式を比較してみてください。
２の方には，
　R1 , RL << Rf
の条件がありますが，４の方にはこの条件がないですね。

つまり，２の回路では，R1,RLが誤差要素となるので，Rfを（これらに比べて）十分大きくとる必要が
あります。
４の回路では，間にバッファー（電圧ドライブ源）が入るので，R1,RLの影響がキャンセルされます。

おおまかな目安としては，R1,RLの1000倍くらいのＲｆがとれれば，バッファーを設ける必要は
ありませんが，一般には，バッファーを入れたほうが，設計のフレキシビリティがとれるので，
なるべく入れるようにします。
（勿論コストとの兼ね合いの上でのことです）

回答No.5

Teleskope

ごめん、コピペミスりました。

CのMOSFETのアンプ
↓
CMOSのアンプ

回答No.4

Teleskope

捕捉拝見しました。状況からして、オペアンプ回路での V-I 変換にせず、単に 電流計に直列抵抗を付けるだけの方法をお勧めします。
オペアンプは LPF の出力バッファーとします、単に下図のような 電圧フォロアです。

　　DAconv──R１─┬──|+＼
　　　　　　　　　　　　　│ 　 　|　　 >┬──R2─┐
　　　　　　　　　　　 　 Ｃ ┌─|-／　│　　　　　　│-
　　　　　　　　　　　　　││　　　　　│　　　　　電流計
　　　　　　　　　　　　　│└───-┘　　　　　　│+
　　　　　　　　　　　グランド　　　　　　　　　　　グランド

　オペアンプの電源は±１２Ｖ。信号が正側に振れないので正側電源はそれほど高くなくてもいいです、その辺はあなたの裁量で。くどくどしい話はしません。

　R2の値は 9ｋΩ。電流計の 1kΩ と直列で 10kΩ になり、アンプ出力が -10V のときちょうど 1mA になります。　もし電流計がオモチャでなく計測器と呼べるものなら、内部インピーダンスはかなり正確な値（計器としての指示精度と同等）のはずです。抵抗値は 9kΩ ぴったりは無いので、例えば、

　　8.3kΩ + 可変抵抗1kΩ

とすれば ±500Ω/10kΩ = ±5% の可変範囲になり、フルスケール合わせの調整も兼ねることができます。8.3kΩ が無かったら適当に組み合わせて作りましょう。

　で、
老婆心ながら、気になるのは多分 C が数十～数百μF と大きいときの Ｃ の漏れ電流ですね（漏れ電流×R1 の電圧ぶん信号の振幅が下がります。） できるだけ R1 の方を大きくして（そうすればDA出力にとっても軽負荷で好ましい） Ｃ を小さめの値にしましょう。　また 使用するオペアンプの入力バイアス電流も Ｃ の漏れ電流と同じ働きをしますので、データーシートを見て値を把握しておきましょう。CのMOSFETのアンプなら文無しです。

　もし追加質問があったら、ついでに
使用予定のアンプの品名
DAconvの出力インピーダンス
R1の値、Cの値と品種
などを教えてください。

補足

使用予定の部品は、
D/A：AD7847（アナデバ社）
OPアンプ：OP07相当
R1：150ｋΩ
C：15μF × 3個
です。
コンデンサＣの放電対策（ダイオードも）が必要な気がします。

Ｄ/Ａの出力が、０から－１０Ｖで、電流計に－電流を流せるのでしょうか？

回答No.2

Teleskope

負荷は何か（インピーダンス値やグランド基準なのか）とか、DA変換のスピードや所要セットリングタイム（周波数帯域）、アマチュア/学生/お仕事、など可能な限り具体的に教えてくれませんか。

補足

ご返事ありがとうございます。（１）負荷は電流計（内部抵抗1ｋオーム、1ｍAでフルスケールです）
（２）D/Aの出力の後段のＲ、Ｃで時定数５秒のフィルタを入れております。（電流計の針をゆっくり振らせるため）Ｄ/Ａは５０μｓの周期処理です。　（３）ここのサイト（http://www.mizunaga.jp/opamp.html）の中の（・アースに対して電流出力できる回路２）にNULL、GAIN のトリマをつけて使用しようと考えてます。トリマはどこにつければいいのでしょうか？
お願いします。

回答No.1

yasu31

トランジスタ技術別冊のＯＰアンプの本に載っています。