計測  ·  10日 10月 2021

    電流測定(6)

    電流測定する際に、最も重要なことは被測定物への影響を小さくすること、、、だと思う。これまでのやり方だと多少は影響を与えてしまう。いろいろ本を読むと、オペアンプによる電流ー電圧変換回路や、それの積分型とかがある。まずは電流ー電圧変換回路で考える。答えまで書いちゃうとこうなる。

    回路図上の電流源が被測定物。被測定物のハイサイドはDC電源。ローサイドはオペアンプのマイナス入力だけど、プラス入力がGNDに直結されているので、オペアンプのイマジナリショートによって、こちらもGND電位に見える。なので、被測定物にはちゃんとDC電源の電圧を印可できる。

    オペアンプのマイナス入力の電圧を$V_{in-}$、プラス電圧を$V_{in+}$とすると、イマジナリショートにより
    \[ V_{in-}=V_{in+}=0 \] 回路図上の$R_1$を左から右に流れる電流を$I_1$、回路図上の電圧出力VF1を$V_{out}$とすると、 \[ V_{in-}-V_{out}=R_1 I_1 \] 回路図上のIS1を流れる電流を$I_L$とすると、オペアンプの入力インピーダンスが非常に高くて、オペアンプに流れ込む電流はないとすると、 \[ I_L=I_1 \] よって、 \[ V_{out}=-R_1 I_L \]

    当たり前すぎること書くんじゃないと怒られそうgkbr。

    さて、この回路はいろんな書籍(例えばトランジスタ技術SPECIAL 研究室で役立つパソコン計測アナログ回路集)にも記載されている回路ですが、困ったことにローサイドの電流を測っているんですよ。もちろんローサイドを測定したい人もいると思います。トータルの電流を管理するとか。が、実際に回路つくってAWして製作して、個別の部品やブロックで電流を測定したいって時があるとして、回路基板では個別の部品やブロックでGNDを分離していることってあまりないです（アナログとデジタルの分離とか必要に求められない限り）。例えばICの裏面がサーマルでGND接続だったりすると、このIC１個の電流をローサイドで測定するには相当な工夫が必要です。一方ハイサイドはICの電源入力がそもそも１個とか少ないし、当然端子があります。ここをカットして電流を測定できます。ということで、自分でもの作っているときはハイサイドで測定したいんじゃいっ。で、考えた(まぁ大したことではない)。

    こんな感じでどうでしょ。被測定物は3V とGNDにつながっているように見えます。で、

    オペアンプのマイナス入力の電圧を$V_{in-}$、プラス電圧を$V_{in+}$とすると、イマジナリショートにより
    \[ V_{in-}=V_{in+}=3 \] 回路図上の$R_1$を左から右に流れる電流を$I_1$、回路図上の電圧出力VF1を$V_{out}$とすると、 \[ V_{in-}-V_{out}=R_1 I_1 \] 回路図上のIS1を流れる電流を$I_L$とすると、オペアンプの入力インピーダンスが非常に高くて、オペアンプに流れ込む電流はないとすると、 \[ I_L=-I_1 \] よって、 \[ V_{out}=3+R_1 I_L \]

    てな感じで、ハイサイドもいけそうです。

    カテゴリ： 現実