自作した電子負荷が正しく動作しません

質問

電子負荷を自作したのですが、動作がおかしいので質問させていただきました
電流調整用の可変抵抗VRを最小値にして電流を流さないようにしたのに
３Aも流れます。オペアンプをNJM２０４１に変えてみたら１０A流れるようになってしまいました。
オペアンプや冷却用のファン、電流検出用抵抗R2にパスコンをつけてみましたが
変わりませんでした。
どうしたら良いでしょうか？アドバイスよろしくお願いします

以下が回路図の補足です。
・Q1とR1は本当は3つのトランジスタと抵抗の並列になってます。
・電源はACアダプタの１２Vを分圧しオペアンプのボルテージフォロアーでGNDを作りました。（オペアンプは＋６、－６Vで動作）
・右端のVRは可変抵抗で、０～２KΩです。
・右上の定電流源は定電流ダイオードです
・R3は１KΩです。
・オペアンプはNJM2115Dです。
・Q1が2SC5198,Q2が2SC1815,Q3が2SB744です。

回路図→http://www1.axfc.net/uploader/Img/view.pl?dr=9113342460&file=Img_116004.jpeg

回答No.4

inara1 · ベストアンサー

＞０．０１μFのコンデンサを挿したらうまく動きました
オペアンプが発振してたのかもしれません。オシロスコープがあればもっと早く原因が分かったと思います。発振するのは、オペアンプの出力信号がトランジスタ回路を通って、反転入力端子に戻ってくる間に、位相が180度遅れて正帰還になってしまうときに起こります。位相遅れは普通、周波数が高くなるほど大きくなるので、ある周波数でちょうど180度遅れますが、その周波数での回路全体の利得が１を上回っていると、その周波数で発振することになります（発振回路はその原理を積極的に使ったもの）。反転入力と出力間にコンデンサを入れると、位相が180度遅れるときの利得が下がる（オペアンプのオープンループ利得が全体に下がる）ので発振条件を満足しなくなったのだと思います。

＞オペアンプがうまく調節してくれる
うまく調節するためには、オペアンプが動作するすべての周波数に渡って位相遅れが180度より充分小さくなるようにしておく必要があります。位相遅れが180度に近いと（150度とか）、発振にまでは至らなくても、出力信号が振動しながら最終値に変化するようになります。０．０１μFという容量は少し大きすぎる気がしますが、容量が大きすぎると、出力が最終値に落ち着くまで時間がかかったりします。０．０１μFを入れたら正常動作するようになったのならとりあえずそれでいいと思います（容量を小さくするとまたおかしくなるかもしれないので）。

ANo.2で書きましたが、トランジスタのコレクタ-エミッタ間にある程度の電圧（シミュレーションでは3Ｖ）がかかっていないと定電流特性になりませんが、これは問題ないでしょうか

お礼

なるほど、ありがとうございます。
これがオペアンプの発振という現象だったんですね。
勉強になりました。

そんなに小さな電圧源をテストしようとも思っていないので
コレクターエミッタ間電圧は大丈夫だと思います。

回答No.3

inara1

＞マイナス電圧のほうが最大で１５ｍVほど低いようです
VRの位置によらず電源電圧はほぼ±6Vになっているのですね（多少変動しても問題ありません）。VRを絞ったとき、オペアンプの入力端子電圧（反転入力と非反転入力の2箇所）と出力電圧はどうなっていますか？入力端子電圧が2箇所ともほぼ0で、出力電圧が6V付近に張り付いているのなら、負帰還回路として動作していません。反転入力と非反転入力の配線が逆になっていることはないですね？実験するときは電流検出抵抗が 0.01Ωだと電流が大きいので、1Ω程度にして電流を抑えて実験してみてください。「１２Vを分圧しオペアンプのボルテージフォロアーでGND」というのは添付図のようなものでしょうか。

＞NJM2115は入力が０．８V以下になると出力がVccにクリップしてしまった
そういう現象があるのなら、ANo.2の単電源回路では動作しませんね。NJM2115のシミュレーションモデルはその現象までカバーしていないようです。

お礼

ありがとうございます
解決しました。

自分が作ったのはinara1さんが掲載された通りの回路です。
GNDの方は問題なく０Vになってました。

トランジスタを制御するオペアンプの出力端子と入力端子の間に０．０１μFの
コンデンサを挿したらうまく動きました。
これってなぜですか？
仮に負荷電流（測定する電源回路）に商用電源のノイズが乗っていたとしても、
それをオペアンプがうまく調節してくれると思ったのですが、（負荷電流増える→
Vin-あがる→出力下がる→負荷電流下がる）
なぜもともとの回路ではだめだったんでしょうか？

回答No.2

inara1

両電源を作らなくても、添付回路のようにすれば、単電源で動作するはずです。添付図のグラフは回路シミュレータの結果です（2SC5198のシミュレーションモデルがないので2SD2012で代用しました）。この回路では、使用したオペアンプのオフセット電圧の符号によっては、V2 = 0V でも出力電流が少し流れることがあります（両電源の回路でも同じ）。また、トランジスタのコレクタ-エミッタ間にある程度の電圧（シミュレーションでは3Ｖ）がかかっていないと定電流特性になりませんが、これらは問題ないでしょうか。かなり本格的なものを作製しているようですが。

お礼

ありがとうございます。

自分が実験してみたところ、NJM2115は入力が０．８V以下になると
出力がVccにクリップしてしまったのですが、これでも大丈夫ですか？

回答No.1

inara1

仮想GNDに対してオペアンプの電源電圧が対称になっていないのかもしれません。R2 の下側（回路図のGND記号）を電圧の基準としたとき、VR がどの位置にあってもオペアンプの電源電圧（8pinと4pinの電圧）は ±6V で安定していますか？

NJM2115データシート　http://semicon.njr.co.jp/njr/hp/fileDownloadMedia.do?_mediaId=915
NJM2041データシート　http://semicon.njr.co.jp/njr/hp/fileDownloadMedia.do?_mediaId=904

お礼

測定するごとに変わったり測ってると変わってきたりするので
詳しくはわかりませんがマイナス電圧のほうが最大で１５ｍVほど低いようです。