オペアンプ、コンパレータ等を使用した回路についての相談

添付のように、入力電圧として50mVから140mVまで変化するアナログ電圧があります。
この入力を増幅して1Vから5Vに変換したいです。また、入力電圧が100mVを越えた時にオープンコレクタ出力をON（100mV以下ではOFF）にする回路を構成したいです。

回路、可能であればおすすめのデバイス等含めアドバイスどうぞよろしくお願い申し上げます。

※電源電圧としましては、出力のDC5Vを担保できる値に設定いたします。

No.1 ベストアンサー 回答者： m-jiro 回答日時： 2024/05/21 14:13

入力の変化が90mVで出力が4V変化するのでアンプゲインは44.44倍。

非反転型アンプなのでゲイン抵抗は 1:43.44 になり、2.3KΩと100KΩにしました。2.3KΩは 2.2KΩ＋100Ω とし、ここにバイアス電圧として29.1mVを加えています。
入力信号として50mVを加えた時に出力電圧が1VになるようVRを調整してください。VRは計算では3.5KΩになります。
出力電圧の最大値は5VなのでOP-AMPの電源電圧はLM358のような汎用のものでは8V程度以上が必要です。添付の回路例では12Vにしています。rail to rail型のopｰampでも5.5V程度は必要です。使用するop-ampの仕様にあわせて設定してください。R3とVRも電源電圧にあわせて決めてください。

コンパレーターはごく普通の回路です。基準電圧を100mVにし、5mVほどのヒステリシスを加えています。ヒステリシスが不要ならR7を除去してください。
この回路では入力が100mV以上では出力はLowレベルになります。
コンパレーターは寄生振動を生じやすいので、私は速度が要求されない限り汎用のop-ampを使っていました。

この回答へのお礼

いつも詳細なアドバイスありがとうございます。
コンパレータとして使用するデバイスは同じくLM358で良いでしょうか？
経験則よりおすすめがあれば、ご教示よろしくお願いいたします。
また、ヒステリシスとR7定数の関係性が理解できておりません。
もし、ヒステリシスを10mV設ける場合、R7の定数はいくつになりますでしょうか。お手数おかけいたします、アドバイスどうぞよろしくお願い申し上げます。

お礼日時：2024/05/21 16:22

No.3 回答者： m-jiro 回答日時： 2024/05/22 22:48

>　LM358で問題ございませんでしょうか。

→　試作でもしてみないと正確なことはわかりませんが、まず問題を生じることはないでしょう。
何かあればまたお尋ねください。がんばってください。

この回答へのお礼

m-jiro様
いつもご丁寧なアドバイスありがとうございます。大変感謝しております。
手組にて製作して試してみます。

お礼日時：2024/05/23 11:06

No.2 回答者： m-jiro 回答日時： 2024/05/21 23:07

こんばんは

>　コンパレータとして使用するデバイスは同じくLM358で良いでしょうか？
→　大丈夫です。変な使い方をしても発振などの異常を生じません。それだけ信頼性・安定性があるのでずっと使っていました。
しかしLM358はコンパレーターとして使った場合、速度が遅い分、出力波形の立ち上がり・立ち下がりがゆっくりになります。ゆっくり過ぎて後続の回路が誤動作することがあるので、その場合はopｰampの出力に波形整形のためシュミット回路を入れてください。

>　ヒステリシスとR7定数の関係性が理解できておりません。
→　出力電圧の範囲（振幅）は 約0～10V です。これがR7とR6で分圧されると 約0～5mV となります。これが閾値に加算されることでヒステリシスとなります。
ヒステリシスを10mVにするにはR7を100KΩにすると良いでしょう。

この回答へのお礼

ご丁寧なアドバイス、大変ありがとうございます。
コンパレータの出力としましては、速度は求めておりません。アドバイスいただきました先にトランジスタを配置してオープンコレクタ出力（コレクタ電流100mA以下を想定）としたいのですがLM358で問題ございませんでしょうか。重ねてお礼申し上げます。

お礼日時：2024/05/22 10:25