2017年1月9日月曜日

3桁電圧表示器 [ST-VM036R]を使ってデジタル電流計を作ってみる構想

aitendoで電圧表示器を仕入れてみた。



精度の測定

自作の5V/3.3V安定化電源Ver.2 を電源として、Trim POT(10kΩ/B)で分圧して、テスタ(DE-200A)で測定してみた。


テスタ(V) LED(V) Err(V) Err(%)
0.001 0 -0.001 -100.00%
0.508 0.44 -0.068 -13.39%
1.025 0.96 -0.065 -6.34%
1.499 1.44 -0.059 -3.94%
2.01 1.96 -0.05 -2.49%
2.49 2.44 -0.05 -2.01%
3.01 3 -0.01 -0.33%
3.51 3.48 -0.03 -0.85%
4 4 0 0.00%
4.5 4.48 -0.02 -0.44%
5.01 5 -0.01 -0.20%


3V以上になると精度は1%以内に収まっている。

使ってるテスタもそれほど精度の高いものではなくて、仕様表によると2Vレンジで±(1.3%rdg+3dgt)となっている。

電流測定に使う妄想


以前テスタで電流を測定した時、意外と電圧降下が大きかったので電流電圧変換用のシャント抵抗の値を低くして、このLED電圧表示器を使って、電流測定できないか考えてみた。

参考:「ダイオードで電源の逆接続に対策する実験

このとき3.3Vの電源で、220Ωの負荷抵抗を使っていたので、約15mA流している。15mAで0.6V程度の電圧降下だったのでテスタの電流測定用の抵抗の値が約40Ωという計算になる。(テスタの仕様を見ると、200mAレンジで最大200mVの電圧降下となっているので測定ミスもありえる)

シャント抵抗の値を0.1Ω~1Ωぐらいにすれば、今使っているテスタより、精度はともかく、電圧降下が少なく済むんじゃないかな~という妄想。

電流→電圧変換の抵抗値を下げると、出てくる電圧が小さくなるのでLED電圧表示器に食わせるために相当増幅しないといけない。

シャント抵抗に0.1Ωを使うと1Aのとき

1A * 0.1Ω = 100mV

LED電圧表示器はMax 30Vなので、1Aのとき10V相当と表示するには100倍増幅しないといけない。

負電圧まで考慮すると測定機器の電源を頑張らなくてはいけなくなるので、電流測定はマイコン回路等の正電源のみの回路に限定して考えることにする。

単電源OPAMPの非反転増幅回路で100倍増幅してみる LTSpiceでシミュレーション

まずはLTSpiceで単電源OPAMPの100倍非反転増幅をシミュレーションしてみた。

シミュレーション回路図


DC解析

LM358 定番、安価、手持ちが大杉

0V付近で怪しくなり、最大出力電圧も7.5V程度で頭打ち。

NJM13404 LM358の改良版

改良版だが、増幅のマス目がずれている。なんらかのバイアスをかける必要がありそう。

NJM2904

マス目のずれはNJM13404よりましだが、低いところと高いところを差し引くと、どっこいどっこい?

NJM2742 高速

高速だが測定用途には不向き。

NJM2119 高精度

ありえない(と思われる)特性を示しているが。ほんまか(@@?

ToDo:

シミュレーションしてみるとLM358がこの用途では使いやすそう。NJM2119は結構高いので(200円@秋月)候補としてあげておく。

10mAのとき0.1Ωのシャント抵抗を使うと1mVにしかならないのでノイズに対してかなりシビア。LED電圧表示器の出してるノイズを測定して許容範囲を見てみる。