モータドライバのためのリミッタ回路

質問

モータドライバーへのトルク指令電圧（-12V～+12V）を-7V～+7Vに制限するリミッタ回路の製作を考えています．
オペアンプを用いてボルテージフォロワ回路を組み，オペアンプの電源電圧を±7Vとする方法を考えたのですが，
電源電圧±12Vと記載されているオペアンプに対して，電源電圧を下げると何かしら問題は生じるでしょうか？

オペアンプの選定に関してはこれから行う予定です．
オペアンプの選定に関して何かアドバイスございましたらご教授ください．

また，「それならこういう回路の方がいいのでは？」というご意見もいただけると助かります．

よろしくお願いいたします．

回答No.1

esezou · ベストアンサー

taka-toさん、こんにちは。
ＯＰアンプを低電圧で使うこと自体に問題はありません。
しかし質問者さんの場合、設計として適切ではありません。
基礎知識として、
ＯＰアンプの飽和電圧は電源電圧から少し下がること。
　rail-to-railと呼ばれるＯＰアンプは電源電圧付近まで出力できるが、
　そうでないもの、設計が古いものの中には、電源電圧－３Ｖ以上しか出ない
　ものがざらにある。
飽和電圧特性は、一般に保証されていないので積極的には使用しないのが吉　このような用途（飽和前提）には、コンパレータを使う。
リミッタで解決する方法もあり
　ＵＲＬ参照

リミッタ回路
http://www.nahitech.com/nahitafu/mame/mame3/lim.html

結論：コンパレータかリミッタを使う。飽和特性に頼らない。

お礼

esezouさん，ご回答ありがとうございます．

実を言いますと，参照先のリミッタ回路にもすでにチャレンジしてみたのですが，
思った電圧でリミットをかけることができなかったのです．

使用した抵抗の抵抗値が問題だと思うのですが，
うまくいかず上記のような方法をとることを考えました．

もしよろしければ，
リミッタ回路に使用する抵抗値の算出方法を教えていただけると幸いです．

使用したパーツは以下のとおりです．

【オペアンプ】
LM741

【ツェナー】
BZX85C-4V3　（７Vでなく4.3Vですが．．）
データシート　​http://pdf1.alldatasheet.com/datasheet-pdf/view/26334/VISAY/BZX85C4...

【抵抗】
0.125ｗ　30ｋΩ

これで行ったところ，
およそ２V付近でリミットがかかってしまいました．
ツェナーダイオードに十分な電流が流れていないことが原因だと思いますが，
どれくらいの電流が必要なのかが分からず，
また，12Vの電圧が加わることを考えると，抵抗もある程度の大きさが思われ，
どれくらいの値でバランスを取って良いか分かりません．

ご教授ください．

回答No.2

esezou

taka-toさん、再びこんにちは。

まず基本知識と一般論ですが、
ＯＰアンプが正常に動作している時は、入力の正負端子は、ほぼ同電位になります。
リミッタ回路を前回参照したＵＲＬの一番上のものを使ったのなら、正端子がＧＮＤですので、負端子も０Ｖ付近になります。
従って最大入力電圧が１２Ｖなら、３０ＫΩの抵抗に流れる電流の最大値は０．４ｍＡですね。

ツェナーの両端最大電圧は、０Ｖとリミット電圧（この回路は反転しますが）の差ですが、そのときの電流はツェナーのＩＶ曲線から求まりますが１ｍＡも流れません。

ＯＰアンプですが、ＬＭ７４１は相当古い設計ですので、何か理由が無い限り使用を強く推奨しません、理想ＯＰアンプとは程遠い動作をしますので。
例えば、質問者さんの入力信号は交流でしょうか、７４１は大信号時では１０ＫＨｚ程度の信号以下までで使わなければまともな応答はしません。
また入力電圧範囲は狭いし出力電圧電圧範囲も狭い、バイアスは大きいスルーレートは小さいと良い所がありません。

ＯＰアンプに何が良いかは質問者さんの購入環境と、信号の周波数等が判らないと答えられませんが、
とりあえずＯＰ２７（ＡｎａｒｏｇＤｅｖｉｃｅｓ）あたりを推しておきます。

まずＤＣで、入力を徐々に上げ、入力端子電圧を測定し、何が起きているか調べてください。モータドライバと関係なしに（切り離して）実験します。

トルク指令電圧は電流を要求していませんよね。電流が必要なら、バッファが必要ですよ。

蛇足ですが、データシートを示すのにこういった検索系のサイトは不適切です。