●高周波電圧計計画


【高周波電圧計計画】
 ジャン測でも良いのだが大きいのは邪魔になる。手頃な大きさで実現したい。





【構成】
 ボルテージフォロウならば”出力電圧=入力電圧”なのと電圧の変動にかかわりなく入力電圧が出力されるので電源に充電池を使うのに都合が良い。分圧比さえ間違わなければ一定の精度は得られる。以上の理由からこの用途に向いていると思う。
 本体は直流電圧計とし、プローブ内に整流回路と交流(実効値)の差分Rrmsを内蔵する。また定数の違うプローブを作ればVp-p等への対応も可能になる。




【ボルテージフォロウ】
 知り合いに唆されて入手したが出力が数百uAしか取れないので全く出番のない日が続いていたTC75S54Fに確定。100uAくらいのメーターなら駆動が可能。
 電源電圧1.8~7V(エネループ2本の予定)
 
メータには秋葉原で購入した
アナログ・超高感度電流計(50μADC)SD-50
を使う。


【予備実験】
 電源電圧を変動させても出力電圧に変動がないこととTC75S54Fでメータを直接駆動出来るかの確認と、メーターがフルスケールになる電圧の確認。凡そ0.23Vでフルスケールになったので、メーターと直列のVRを調整して0.25Vにすれば目盛りを活用できそう。最小レンジは0.25V(最小目盛り10mV)に確定。

 今回は外来ノイズやアイソレーションの観点から電池内蔵に拘っているが、外部電源でも問題ないのであればDIP8Pinで電源電圧DC16VまでのNJU7032やNJU7072の方が扱いやすいかもしれない。




【本題】
 タカチのYM130が手頃な大きさで気に入って使っているので内蔵できる横長のメーターを探していたら、手に入れたモノを実測したら2mAでTC75S54Fでは出力が足りなかった。都合の良いOPAMPを探していたところ、手頃なデバイスを提供して頂いたので並行して2種類作り一台はお譲りする。
  本来60mA規格のメーターだがメーター内部の抵抗器を撤去したら凡そ22mVで振り切ったので最小レンジを25mV(最小目盛り1mV)とするのが妥当だと思う。この微調整が唯一の調整箇所。





【ハイメグ 200MΩ 1% +/-100ppm 入手】
 国産の200MΩ1%で温度係数+/-100ppmの抵抗器を入手した。表示のバラつきはない。さすが国産。
 同じ温度係数の抵抗器を複数用意して、ドライヤーで温めるなり乱暴だがライターの火で炙ってみると、国産のほうが圧倒的に変化量が少ない。

 テスターがMAX199.9MΩ表示のため200MΩの抵抗器は測っても表示出来ない可能性がある。偶々表示できたことが幸なのか不幸なのかはわからない。このテスターの説明書には誤差2%と表記されているので、そもそも誤差1%の抵抗器を測るには無理がある。198.8MΩと表示されているが実際には200MΩを超えている可能性もあるということを頭に置いておかねば。(誤差0.1%の精密抵抗器を測ってみると100Ωは多めに、それ以上は少なめに表示した。残念ながら1MΩまでしか持ち合わせていない為それ以上は不明)








【定数変更】
 実際に使ってみると読み替えるのが面倒なのでレンジを25mV 250mV 2.5V 25Vにする。(最小目盛り1mV)
 R1=200MΩ R2=20MΩ R3=2MΩ R4=220kΩ
で可能になる。はず。
 プローブ内のRMS差分(√2-1)は92MΩなので秋葉原で入手可能な22MΩ+20MΩ+50MΩとなる。



 秋葉原で100MΩが安価で入手可能になったようなので R1=1GΩ R2=100MΩ R3=10MΩ R4=1.1MΩとRrms=460MΩで試してみたい。





【プローブ】
 本体のDC部分はアナログ回路だけれど”論理的”というか理屈通りだが…、プローブの整流に使うDiで躓いている。ショットキーを中心に20種類ほどの特性を確認している。Diを取り替えるとリニアリティも変わるのであまりに酷いと目盛りを作り直さなければならなくなり再現性が悪い。





【測定範囲を広げる妄想】
  大きいメーター(秋葉原で売っている50uA)の方の最小レンジが250mVなので、せめてもう1レンジ追加できないかと思っていた。アンプ入りのプローブを作ることを考えていたが周波数特性が悪くなる一方なので、OPAMPにゲインを持たせることを考えている。
 データシートによるとTC75S54FはVDD1.8V時にソース電流は160uAしか取れないのでフィードバックの抵抗器は大きな値が必要だと思う
 秋葉原で安価で入手可能な99MΩと手持ちの1MΩを使ってOPAMPを100倍で動作させる。入力の分圧抵抗の数を増やせばレンジ数を好きなだけ増やせるが、常にOPAMPを100倍にする必要もないので、ゲイン1倍と100倍の切り替えも併用しレンジ切り替えると恰も10倍毎になるようロータリースイッチに配線すれば入力側の分圧抵抗を増やさなくていい。以上の方法で現在0.25V-2.5V-25Vのレンジを2.5mV-25mV-0.25V-2.5V-25Vにまで広げることが出来そう。