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  • レール to レール
  • オペアンプを選択する場合はまず電源電圧を満たすものでなくてはなりません。 マイコン周りで使用する場合はDC5V単一電源で使用できるものが便利です。 秋月電子通商で売られているLMC662は安価で使用しやすいオペアンプです。 しかし、LMC662は出力のみがレールtoレールのオペアンプです。 レールtoレールとは電源範囲内で使用できるというものです。 DC5Vで使用した場合、「0V−5V」までを利用できるというわけです。 つまり、LMC662は「出力のみ0V−5VOK」ということです。 入力は「0V−3.5V」くらいまでしか入力されません。 それ以上の電圧を入力にかけても出力に求める値は出力されません。 よって、理想なのは「入・出力レールtoレール対応」のオペアンプということになります。 品番ではLMC6482AINというものがそれに当たりますが秋月電子通商では販売されていません。 また出力がレールtoレールに対応していないタイプなど、種類は豊富なので使用の際は値段と目的に見合ったものを選択しましょう。
  • 非反転増幅回路
  • 小電圧を出力するセンサーは沢山あります。その場合、PICに取り込む際には増幅してあがる必要があります。 例えば温度ICで0−50℃までの温度範囲で0.5V−1.0Vまでしか変化しないセンサーがあったとします。 これをマイコンのA/D端子に入力しても得られる分解能が低く制度があまりよくありません。 そこでこれを増幅して1.5V−3Vまで変化するようにしてあげれば沢山の範囲でデータが入力できます。 この場合の増幅率は3倍ということになります。では3倍するにはどのような回路にすればいいのでしょうか?
     

     
    回路は上図のようになります。また、増幅率の計算方法は上図の通りです。 抵抗2本とオペアンプ一個で増幅回路を構成できるのです。便利でしょ?
     
    テストの様子を写真で撮りました。左の写真が電圧発生装置で1.3Vを出力している事を示しています。 右の写真はオペアンプの回路です。上図の回路図どおりに組んでいます。出力が3.91Vとなっています。 これは回路の誤差で3.90Vとならないのが読み取れます。金属皮膜抵抗など、誤差の少ない部品を選定する事により任意の値に近づける事ができます。 工作レベルではそこまでの精度は要らないものが多いかも知れませんが。
  • 減算回路
  • センサーを使う場合に欲しい値の範囲の始まりが1.2Vや1.1Vと分かりにくい電圧の場合があります。 この場合は減算を行い欲しい値に修正します。つまりは「0.2V」や「0.1V」を引くのです。
     

     
    回路は上の通りになります。計算も上図どおりです。R1,R2,R3,R4が同じ値の場合が計算しやすいのでずっとこの回路で使用しています。 今回は0.5Vを減算する回路を構成しました。引く方の数値を分圧で作るだけなのですぐにできます。
     
    テストの様子を写真で撮りました。左の写真が電圧発生装置で1.5Vを出力している事を示しています。 右の写真はオペアンプの回路です。上図の回路図どおりに組んでいます。約1.0Vを示しています。 ちゃんと0.5Vの減算が成功したと言う事です。
  • 回路の組み合わせ
  • 説明をした増幅回路と減算を組み合わせてみましょう。
     

     
    入力電圧に対し3倍してから0.5Vを引くという構成になりました。では実際に動かしてみましょう。
     
    結果は上の写真の通りです。電圧発生装置から「0.5V」を回路に与える事により3倍され「1.5V」になります。 その「1.5V」から「0.5V」を引いているので結果は「1.0V」となります。テスターの値が「1.0V」を示しているので成功です。
  • コンパレータ回路とCdS光導電センサー
  • 光導電センサー(CdS)は周囲の明るさにより抵抗値が変化するセンサーです。 この特性を生かすと「暗くなったら照明を自動的に点灯する」などの応用が可能となります。
     

    上の写真は左から「暗い部屋」「周囲の明るさを遮断」「明るい部屋」で測定したCdSの抵抗値です。 暗くなると抵抗値が増え、明るくなると逆に抵抗値が減る事がわかりました。 この特定を利用するにはオペアンプのコンパレータを利用すると簡単に制御できるかも知れません。 コンパレータはオペアンプの入力の電圧を比較し、基準に対して電圧が高いか低いかを判断する回路のことです。
     

     
    回路図は上図のようになりました。CdSは「S1」として表記しています。 オペアンプで電圧を比較して暗いと判断するとLEDを点灯、明るいと判断すると消灯する回路を構成しています。 周りにある部品で構成したのでR5は固定抵抗ですが、R5を半固定抵抗にして調整できるようにするといろいろ使えると思います。 抵抗の定数はあくまでもテスト用に選定しているので、使用目的によってCdSの抵抗値と相談(分圧)して決めて下さい。
     

    上の写真左が回路構成及び周囲が明るい状態です。周囲が明るいのでLEDは点灯していません。 右の写真はセンサーに箱を被せて暗い状態を作りだしています。よってLEDが点灯しています。 LEDをリレーに変えて蛍光灯を接続すれば立派な自動点灯照明の出来上がりです。
  • 雷神双龍が学んだ本の紹介
  • 8割り以上が単電源のOPアンプを使用するので単電源のOPアンプの説明が書いてある本を探していました。 そんな時に共立電子産業さんのシリコンハウスで見つけたのがこの本でした。 ページを大幅に割いてというわけではありませんが、この本のいいところは項目事にOPアンプの紹介があることです。 例として単電源OPアンプはどんなのがあるかとか、本の説明で「その部品はどんなの?」と思うようなものがメーカー・型式・必要な仕様が表になっているので「これを使えばいいのか」とすぐにわかりました。 出版社がCQ出版ということもあり、説明もさほど難しくは書かれていません。 今ではオペアンプを使う時のバイブルとして机の横に置いてあります。 難しい本とは違い、「図」「表」「グラフ」「写真」などの文章以外のものが半分くらいあるので、全部読むのもあっという間です。 今はトランジスタ技術SPECIAL OPアンプによる実用回路設計という本が気になっています。 買おうかどうしようか迷っているのですが手持ちの資料は多いに越した事はないのでそのうち購入予定です。
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