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直流電圧の保存
ダイオードで整流した或る直流電圧を保存したいのですが・・・ 例えばコンデンサーの場合は自然放電で利用できないのですが、保存可能な素子をおしえてください。
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再度 No.5 tance です。 とにかく長時間アナログ的に電圧を保持したいのだと思っていましたが、ご質問の主旨は、コンデンサで長時間ピーク電圧を保持したい、ということなのですね。保持には時間的リミットがあっても仕方ないができるだけ長く保持したい、ということですね。 それなら、単純にとにかく漏れ電流を極力小さくするしかありません。具体的にどうするかは、信号の変化スピードと必要な精度で違ってきます。 一般的な条件では図のような回路がお薦めです。各素子の働きと定数を説明します。 おおまかな信号の流れは以下のようになっています。 U1がD2, D3を通してCを充電し、その電圧をU2のフォロワを介してU1へフィードバックしています。（一種のサーボです） 各素子の役割は、 R1：入力がオープンのときに入力電圧が不安定にならないための抵抗 U1：保持出力と入力を比較し、足りなければ充電するための「誤差アンプ」 D1：U1の出力がマイナスに飽和することを防ぐダイオード D2：ピークホールドのための、C1充電用のダイオード D3：D2と同様C1充電用（放電方向は電流が流れない方向） かつ、ホールド時の漏れ電流を減らすためのダイオード R2：ホールド時はホールド出力とU1出力の電圧を分離するための抵抗 R3：ホールド時D3のアノード電圧を出力電圧と同じに保つための抵抗 C1：ピーク電圧ホールド用のコンデンサ。もれ電流が少ない大容量のものを使用。 U2：C1に貯まった電圧を外部に出力するためのバッファ。入力バイアス電流が極力小さいものを使用。 J1：テフロン端子。漏れ電流防止用。もしくは完全空中配線。 詳細を説明すると大変長くなるので、各定数例を挙げるだけにします。 U1, U2はADA4665-2ARZがお薦めです。２個入りのOPアンプですが、1,2,3番ピンをU1に使います。（これ重要） 入力バイアス電流は標準で100fAと非常に少ないです。 R1はほとんど何でも可。例えば 1MΩ D1は小信号用の汎用ダイオードでOKです。 D2, D3はローリークの1SS379など R2, R3は値の許容範囲が広く、10kΩでOK C1が一番重要で、プラスチックフィルムコンデンサのできるだけ容量の大きいモノ。ポリプロピレンコンデンサで60uFくらいまでは手に入ります。Digikeyなどで検索してみてください。この手のコンデンサは漏れによる時定数が8時間以上あります。 容量はむやみに大きくすると充電に時間がかかったり、フィードバックが不安定になったりするので、10uFくらいで十分ならその程度にしておく方が無難です。 C1, D3, J1, U2の接続点は空中配線が一番です。そのためにはU2のパッケージがARZタイプだと楽です。ICの足を曲げて空中配線するので、壊さないように注意が必要です。この周辺の部品はハンダ付け前に入念にIPAなどで洗浄しておき、表面抵抗を高くしておく必要があります。 なお、通常は信号の流れとして、図面の左から右へとなるように描くものです。
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- tance
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No.5 tanceです。 永久機関とは失礼な、聞いてびっくりです。これはあちこちで実際に使われている「サーボ」です。怪しげな空論ではありません。 この電圧をいくらでも使えます。（バッファアンプが必要ですが） もう一度、原理を考え直してください。サーボ（負帰還）がキーワードです。 もう少し解りやすいたとえで説明してみましょう。 あなたはダイオードで整流した電圧をテスターで測定しています。（測定に必要なだけのホールド回路は必要） その電圧値を覚えて、傍らにある直流電源の出力電圧を同じ電圧になるように合わせます。 これをずっと続けるのです。すると、直流電源の出力は常にダイオードで整流した電圧になっています。 ダイオードで整流した電圧そのものを使うのではなく、傍らの大パワーの電圧源に置き換える訳です。 直流電源の電圧調整はボリウムで行います。なので、このボリウムをいじらない限りいつまでも同じ値を「保持」しています。 ダイオードで整流した電圧がいつまでも保持される訳です。（コンデンサに貯めるのとは根本的に違います） ここまでお解りですか？ あなたに代わり、モータと誤差アンプがボリウムを回す、というのがNo.5の構想です。 サーボにはPID制御という、発振やハンティングをしないための特別な制御が必要です。でもモータとボリウムという組み合わせはこの制御が簡単なのです。分解能無限大で長時間保持したいなら良い方法です。 ディメリットは、メカを含むので寿命が短いことと、動作が遅いことです。
お礼
最初の質問が誤解を招く言い回しになっていたことお詫びします。 最初に回路図を示して、この回路のオペアンプやコンデンサーの選び方を教えて頂くことでよかったと思います。
- fxq11011
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＞電圧を蓄積する時、蓄積素子自体の蓄積能力が大きいものや蓄積素子に負担を掛けないで、その電圧を利用したいと言い換えます 言葉尻捕まえて申しわけないが・・・・。 ＞電圧を蓄積する 蓄積するのは電力です、先に言いましたが「電圧」を独立して考えるとそうなります。 ＞蓄積能力が大きいものや １クーロン＝１A×１秒の電気量を充電して１Vになる素子に２クーロン充電すれば２Vになります、もちろん電気量なるもの単独で考えて、充電はできません、充電のためには端子電圧を超える電圧で充電が必要です。 １０Vで充電（１０Vのつもり）といっても、接続の瞬間はショートと同じで０Vですよ。 蓄えた電力を取り出すに当たり、オームの法則その他の条件で電圧も決まります。 後は拙い知識ですが・・。 静電容量に対しては電気量で電圧が決まり、電流を取り出すときはその電圧と抵抗により電流が決まり、電流を取り出せば、電気量が減少するため電圧が下がります（電気量減少を補う、起電力を持っているのが電池です）
お礼
電気の知識も無く専門用語の意味の知らない者の質問で申し訳ありません。 頂いた、回答についてはある程度理解できます。 ありがとうございました。
- fxq11011
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電圧は物質でないため、（どちらかというと、単なる情報です）本来は保存の言葉は適当でありません。 電気は電圧と電流があって初めて、実用的に使用可能になります。 したがって電圧を保存？電圧を示す数値を記憶することで十分です。 電気量＝クーロンを蓄え、かつプラス・マイナス間の電圧を任意の数値に保つ、そんなものは多分ないでしょう。 似た働きをするのは、内部に起電力を持つ電池ですが、定格電圧になり、任意の数値は不可能。 他者の回答にもあります、その点の電圧情報をフィードバックして、その点に供給する電力を調整して、一定電圧を保つ、のが実際でしょう。 電気は、電圧・電流・抵抗が必ず相互に影響して数値が変動します（オームの法則）。 電圧のみを単独で考えると、保存・・・なんてことも出てくるのでは・・・？。
お礼
質問の言葉遣いが適当でないため、回答者様に誤解を招いた事お詫びいたします。 電圧を蓄積する時、蓄積素子自体の蓄積能力が大きいものや蓄積素子に負担を掛けないで、その電圧を利用したいと言い換えます。 最初に回路図を示すべきであったと思います。 ありがとうございました。
Ｎｏ．３です。 マイコンは大がかりですか。最初、用途がわからなかったものでお役に立てずすみません。。 オペアンプの入力で放電するのではなく、アルミ電解コンデンサー自身が、漏れ電流が大きいため（というより漏れ電流が発生する構造になっているため）、すぐに放電してしまいます。 どの程度の時間ピークホールドするのかによりますが、オーディオ用の漏れ電流の少ないもので解決できるレベルかどうかも検討してみてください。
お礼
TXV12003さん、丁寧にありがとうございます。 「保存する」と言う質問がいけなかったようです。 回路図のように、充放電回路が一体となった電子回路になります。 誤解を招いて申し訳ありませんでした。 そうですね、コンデンサーの種類を検討いたします。
- tance
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電圧という情報を保存するのか、その電圧そのものを保持するのかで変わってきますが、情報を保存するだけなら、テスターで読んだ電圧値をメモに書いておけばそれも「保存」です。 一応、情報だけではなく、エネルギーを取り出せる形での電圧を保存する方法を考えてみました。 一般的にはデジタル化して情報に変換し、それをメモリーなり何なりに保存することを考えつきます。 一方、純粋にアナログ的に保存しようとすると、リークを気にしながらコンデンサに貯めるという方法が普通です。 では、時間制限無しのアナログ的電圧保存方法をひとつご紹介しましょう。 モータと可変抵抗器と、その他いくつかのOPアンプなどで、あるサーボを組みます。つまり、可変抵抗はモータで回され、回す量は可変抵抗出力電圧と目標電圧が等しくなるように負帰還がかかるようにするわけです。 そのサーボは与えた目標電圧と可変抵抗出力が常に等しい状態を保つためにモータをドライブし続けることになります。 さて、保存したい電圧を目標電圧としてサーボに与え、保存したいタイミングでモータを強制OFFすれば、可変抵抗出力は与えた電圧をいつまでの（モータに通電するまで）保持します。アナログ電圧を永久保存するアナログ回路です。
お礼
多角的な回答参考にさせて頂きます。 ただ今回は保存（蓄積）した電圧を電子回路で使うことが目的です。 また、tanceさんのおっしゃる方法は永久機関のようで理解に苦しみます。
- tadys
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マイコンを使ってやるほどでないとすれば、低バイアス電流のオペアンプとフィルムコンデンサを使ってピークホールド回路を作れば良いでしょう。 オペアンプとしてLMC6041を使えば、入力バイアス電流が最大でも 0.2pA なので、入力バイアス電流はほぼゼロとして良いでしょう。 http://cds.linear.com/docs/jp/datasheet/j624012fd.pdf デジキーで１個１７５円で購入できます。 http://www.digikey.jp/product-detail/ja/LMC6041IMX%2FNOPB/LMC6041IMX%2FNOPBCT-ND/3527044 コンデンサはリーク電流の少ないフィルムコンデンサ、例えばポリフェニレンサルファイド（PPS）を使用したものを使えば良いでしょう。 例えば下記のものは絶縁抵抗が3000MΩです。 http://industrial.panasonic.com/www-data/pdf/ABD0000/ABD0000CJ13.pdf 0.1uFのものが１４３円で購入できます。 http://www.digikey.jp/product-detail/ja/ECH-U1H104JX9/PCF1561CT-ND/1630924 これぐらい抵抗が高いものの場合、基板によるリークが問題になります。 半田付けの時に使用したフラックスなどは完全に洗浄して基板に残らないようにします。 湿気も大敵ですから防湿用のコーティングが必要です。 基板のリークをキャンセルする為のガードリングの使用も必要でしょう。 ガードリングについては上記オペアンプのデータシートの２１ページに有ります。
補足
私の添付ファイルのピークホールド回路ですが、アンプやコンデンサーの選択が適切でないようです。 貴重な情報を頂きありがとうございました。 かなり改善されると思いますので検討いたします。
クロックは時計のような精度が必要なければ内蔵クロックが使えます。外部クロックも選択可能です。 プログラミングはCまたはアセンブラで記述します。 開発環境はMicrochipのサイトで無料でダウンロードできます。 私は趣味ではありますがそのMPLAB IDE上で開発しています。 DA変換は別途回路を用意しなければなりません。
お礼
何度もありがとうございます。 さて、最初に申したとおり何だか大掛かりになりそうです。 ところで、今回の課題はコンデンサーにある程度電圧を軽く掛けて放電を助けることにしました。 オペアンプの入力でも放電するのですね、入力抵抗は無限大のはずですが、大容量のコンデンサーでも電圧計の目視で電圧が下がるのが確認されます。電圧計も抵抗があるので短時間ではかりました。 ありがとうございました。
http://www.microchip.com/wwwproducts/Devices.aspx?dDocName=en544839 pic12f1822 これはどうでしょうか。 メモリ RAM、eepromとも内蔵していますし、１０ビット精度のadコンバーター内蔵です。
補足
度々ありがとうございます。 8DIPが使いやすいですが、英語で今一使い切れません。 保存電圧は何時も変動していますが、最も大きい電圧に更新できるでしょうか？ CPU駆動クロックを与えるとかプログラムは必要ないでしょうか？ また、AD変換は標準装備のようですがメモリーデータを直流に変換するチップは必要ないでしょうか？ 使い切るにはもう少し工夫が必要のようです。
直流電圧をA/D変換付きのマイコンへ入力し、そのデータを記憶して、後でD/A変換で同じ電圧になるように出力すれば可能です。 マイコンのEEPROM領域に記憶すれば、電源を切っても消えないので１０年以上保存が可能です。
お礼
早速の回答ありがとうございます。 メモリーに記憶する事は考えたのですが、大掛かりで採用できませんでした。 8本ピン程度の1チップの記憶ＩＣかコンデンサーに変わる蓄電性能の優れた保存素子はないでしょうか？
お礼
tance さんの回答で一件落着しそうです。 回路図までお示し頂きましてありがとうございました。 空中配線を行い基盤の影響を避けたいと思います。 回路図は後で点検のためにも左が入力、右に出力が来るように心がけていますが、今回示した回路図は全体の流れの一部で余白の関係でこのようになりました。 １ブロックの出力を次のブロックにつなぐ時、次のブロックが１ブロックの右に位置するときは問題ないのですが、逆の場合は無駄なようでも次のブロックへの連絡線を１本引くべきだと思います。 誰が観ても解りやすい回路図は失敗を招かないためにも必要だと考えます。 tance さんのおかげで、今回の課題、時間をかけずに解決できた事を感謝いたします。 ありがとうございました。