【電子工作】回路図の計算方法

質問

http://ns.cqpub.co.jp/hanbai/books/37/37251/37251_9syo.pdf
の2ページ目の温度測定の回路図で
基準電圧5Vでの温度を求める数式を教えてください。

回答No.1

inara

【答え】
以下のように調整したとき、ADコンバータの出力コードが 0000H なら 0℃、0400H なら102.3℃になります。

【説明】
温度測定回路は2ページ目でなく3ページ目だと思います。
3ページ目の回路図のCN7（コネクタ7）またはCN8に、温度センサ（LM35DZ）を接続すれば温度計測ができます。この温度センサは、出力電圧[V]と温度[℃]が比例しています。換算式は

　　　 温度[℃] = 出力電圧[mV]/10

です。20℃なら200mVのＤＣ電圧が発生します。この温度センサのデータシート [1] のページ目に、どのリード線のが何か書いてありますが、TO-92というカマボコ型のパッケージ（一般的な小信号トランジスタの形）のものなら、以下のようになっています。

　　　　　 ／￣￣＼
　　　　　├───┤
　　　　　│ LM35 │
　　　　　└┬┬┬┘
　+Vs　 ─┘│└─ GND
　　　　　　　Vout

+Vs をコネクタの3pin(5V)に、Vout をコネクタの2pin(R12またはR15につながっている)に、GND をコネクタの2pin（グラウンド=0V）に接続します。

コネクタの後のOPアンプ回路は間違っているようです（OPアンプの+入力と-入力が逆）。この回路は半固定抵抗で電圧利得を調整する回路ですが、これで調整すると、電圧利得は 2.9～6.9と中途半端な値となってしまいます。温度センサの出力電圧がせっかく、温度[℃]の10倍になっているのですから、この部分の電圧利得はきっちり1倍とか、10倍にしたほうが、そのまま温度として読めるので良いと思いますが、利得が中途半端になっているのは、PICマイコンのAD変換器の基準電圧が5Vだからです。PICマイコン [3] のADコンバータの分解能は10bit ( 2^10=1024) で、マイコンのRA3端子が+Vref、RA2端子が-Vrefになっているので、回路図2ページ目のJP1とJP3の間に5の基準電圧を加えると、この電圧( 5V )を基準にAD変換されます。したがってこのマイコンで読める電圧の範囲は0～5Vで最小電圧分解能は 5V/1024 = 4.883mV になります。0.1℃の変化まで読めるようにするのであれば、温度センサの出力が1mV変わるとき（温度変化で0.1℃に相当）、PICマイコンに入力される電圧が4.883mV変化するようにOPアンプ回路の利得を調整します。つまりOPアンプ回路に必要な電圧利得は4.883倍になります。 これはOPアンプ回路の利得調整範囲の 2.9～6.9にありますので、半固定抵抗を調節して、電圧利得がちょうど4.883倍になるようにすればいいわけです。

具体的には、温度センサを取り付けて、20℃の温度を測定したとき（充分安定するまで待って）、OPアンプの出力端子(JP28またはJP29) に、20 [℃]×10×4.883 = 976.6[mV] の電圧が出るように、半固定抵抗を調整すれば良いことになります。このように調整したとき、AD変換器の最小分解能が 0.1℃ で、最大測定温度は0.1℃×( 1024 - 1) = 102.3℃ になります。

[1]　LM35データシート　http://akizukidenshi.com/pdf/ns/LM35.pdf
[2]　秋月電商でのLM35の価格　http://akizukidenshi.com/catalog/items2.php?q=%22I-00116%22&s=score&p=1&r=1&page=
[3]　PIC16F877データシート　http://akizukidenshi.com/pdf/microchip/pic16f87x-ja.pdf