2017年2月1日水曜日

3桁電圧表示器[ST-VM036R]を使った電流計 精度チェックとノイズ測定


負荷抵抗の値を変えて電流を流し、LEDの表示値、シャント抵抗(0.1Ω)の両端の電圧、増幅率100の非反転増幅回路(LM358)の出力の電圧を測定してみた。

増幅率を決める抵抗の値は、99.9Ωと10.53kΩ(多回転トリマーで調節可能)で

増幅率: 1+(10530/99.9)≒106.1


電源(V) R(Ω) 電流計算値(mA) VRshunt(mV) x100(mV) x100(x10換算) LED(mA/100) LED表示(mA換算)
8.56 9978 0.857887352 0 33.9 3.39 0 0
8.56 4706 1.818954526 0.1 45.2 4.52 0 0
8.56 3304 2.590799031 0.2 54.6 5.46 0 0
8.56 2201 3.889141299 0.3 70 7 0 0
8.56 1788 4.787472036 0.4 80.9 8.09 0.04 4
8.56 1485 5.764309764 0.5 92.5 9.25 0.04 4
8.55 1208.5 7.074886223 0.7 107.9 10.79 0.04 4
8.55 999.3 8.555989192 0.8 125.4 12.54 0.08 8
5.09 463.8 10.974558 1.1 153.6 15.36 0.1 10
5.09 219.6 23.17850638 2.3 298 29.8 0.24 24
5.08 150.01 33.86440904 3.4 425 42.5 0.36 36
5.08 120.06 42.31217724 4.3 525 52.5 0.4 40
5.08 100.14 50.72897943 5.1 625 62.5 0.56 56
3.33 47.12 70.67062818 7.2 861 86.1 0.8 80
3.31 32.75 101.0687023 10.5 1238 123.8 1.16 116
3.21 9.99 321.3213213 33.2 3870 387 3.79 379
3.18 8.16 389.7058824 40 4650 465 4.56 456
3.21 4.979954819 644.5841612 63.6 5270 527 5.24 524

負荷抵抗に電流を流す電源は、単3×6と自作の5V/3.3Vの安定化電源を使って、9V、5V、3.3Vを切り替えた。電源(V)は負荷抵抗の両端の電圧を測定。

負荷抵抗の抵抗値はDER EE/DE-5000で測定した。

電流計算値(mA)は電源(V)/R(Ω)で計算した電流値。

VRshunt(mV)はシャント抵抗(0.1Ω)の両端の電圧、x100(mV)は非反転増幅回路の出力電圧、x100(x10換算)は1/10して電流値(mA)と桁を合わせた。

LED(mA/100)は電圧表示LEDの表示値、LED表示(mA換算)は100倍してmAの単位になるようにした。

VRshunt(mV)

横軸は電流計算値(mA)、縦軸はVRshunt(mV)で両軸とも対数にした。比例していれば直線になる。10mA以下は多少誤差が出ているが、ほぼほぼ比例している。

x100(x10換算)

横軸は電流計算値(mA)、縦軸はx100(x10換算)。非反転増幅回路の倍率が1.10106.1程度なので出力電圧値の値が少し大きく出ている。

10mA以下では「0.1Ωのシャント抵抗を使って電流を検出してみる。」でLTSpiceでシミュレーションしたのと同じように、大きめの値が出ている。

出力電圧が500mV程度で頭打ちになっているのは、電流計の電源の9V電池が若干ヘタっていてLM358の最大出力電圧がこのあたりになっているため。

LED表示(mA換算)

横軸は電流計算値(mA)、縦軸はLED表示(mA換算)。表の通り、4mA以下では表示値は0.00、7mA以下では表示値は0.04となっている。

下は10mA程度から、上は非反転増幅回路の最大出力電圧付近まではまあまあの精度で表示できている。

ノイズ測定


5Vの電源を使い、負荷を100Ωにして負荷抵抗の両端の電圧をオシロで測定した(AC結合)。

電源OFF

電源ON、電流計なし

電源ON、電流計OFF

電源ON、電流計ON

シャント抵抗と電流測定回路が離れているためか、ノイズはほとんど出ていないようだ。

メモ:


10mA以下の電流値はちゃんと表示されず、約500mA以上になると電流の表示値は頭打ちになる(出力がショートしていても同様)。この辺の癖は把握しておく必要がある。

3桁電圧表示器[ST-VM036R]の精度はあまりよくないようなので、この辺で妥協。