1mA→1μAの電流計を作りたいのですが

現在手元にあるのが1mAの電流計で、それを利用して1μ（マイクロ）Aを計れる電流計を作りたいのですが、どのように回路を組んでいいか分かりません・・・
非反転増幅回路やオペアンプを参考にしたのですが電流計を1/1000のスケールにする方法が見つかりません、分かる方いましたら宜しくお願いします。

No.4 ベストアンサー 回答者： inara1 回答日時： 2008/12/04 23:07

普通は、図１のように、電流を電圧に変換して、Vout-GND 間の電圧を電圧計で測定すればいいと思います。

　　　　　　　　　　　I1 →
　　　　　　　┌── R1 ─┐
　　　　　　　│　　　　　　　│
　　　I1　→┴┤-　＼　　 │
　　　　　　　　 ｜　　　 >─┴─ Vout = -I1*R1
　　　　　　　┌┤+　／
　　　　　　　│
　　GND ─┴───────
　　　　　　　　　　　　R1 = 1MΩ なら、I1 = 1μA のとき、Vout = -1V

　　　　　【図１　電流-電圧変換】

どうしても電流計で測定したいのであれば boobee0125 さんの回路（図２・図３）でもいいと思います。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I1 →
　　　　　　　　　　　　　　　┌────── R1 ──────┐
　　　　　　　　　　　　　　　│　　　Q1　　　　　　　　　　　　　　　　│
　　　 I1 → (A)─┬─┬┴─┤-　＼　　　　　-　　　+　　　　　│
　　　　　　　　　　 │　 │　　　｜　　　　>─ (C) 電流計 (D) ─┤ ← -I1*Rf
保護ダイオード　▽　 △　 ┌┤+　／　　　　　　← I2　　　　　 │
　　　　　　　　　　 │　 │ 　│　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ra　↑ I2 - I1
　　 GND （Ｂ）─┴─┴─┴─────────────┘
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I2 = ( 1 + Rf/Ra )*I1

　　　　　【図２　boobee0125 さんの回路】

　　　　　　　　　　　　　　　　　　I1 →
　　　　　　　　　　　　　　　┌── R1 ──-┐
　　　　　　　　　　　　　　　│　　　Q1　　　　 │← -I1*Rf
　　　 I1 → (A)─┬─┬┴─┤-　＼　　　│　　　　-　　　+
　　　　　　　　　　 │　 │　　　｜　　　　>─┴─ (C) 電流計 (D) ─┐
保護ダイオード　▽　 △　 ┌┤+　／　　　　　　　　　← I2　　　　　 │
　　　　　　　　　　 │　 │ 　│　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ra　↑ I2
　　 GND （Ｂ）─┴─┴─┴───────────────┘
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　I2 = I1*Rf/( r + Ra )
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　r は電流計の内部抵抗
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　r << Ra なら I2 ≒ I1*Rf/Ra

　　　　　【図３　boobee0125 さんの補足1の回路】

なお、測定したい電流 I1 の向きが図１～３の方向だけであっても、オペアンプの出力電圧範囲を考えると、オペアンプの電源は±電源としたほうがいいと思います。Rf = 1MΩ、I 1 = ±1μA のとき、オペアンプの出力電圧は ±1V となるので、オペアンプの電源電圧を ±5V以上 とすれば、どんなオペアンプでも大丈夫だと思います。オペアンプの型番は何でしょうか？　オペアンプによっては boobee0125 さんの回答にあるように片電源で済む場合もあります。

この回答への補足

オペアンプの型番はLF356N-Nです。
図３の回路でいこうと思うのですが電流計付近が良く分からずどう組んだいいか分からず困っています・・・

補足日時：2008/12/08 17:16

No.7 回答者： inara1 回答日時： 2008/12/12 21:07

＞オペアンプの型番はLF356N-Nです。

。図３の回路でいこうと思うのですが電流計付近が良く分からずどう組んだいいか分からず困っています・・・
フルスケール1mAの電流計の内部抵抗が分からないのなら、図２の回路で R1 = 1MΩ、Ra = 1kΩ としてください。電流計は(C)-(D)間に入れます。

R1 とRa の抵抗値が正確な場合には　I2 = 1001*I1 となりますが、抵抗には誤差があるので、きっちり1001倍にはなりません。1%程度の精度で電流が分かればいいのであれば、 R1 = 995kΩ～1005kΩ、Ra = 0.995kΩ～1.005kΩ となるような抵抗を使ってください。誤差±0.1%の金属皮膜抵抗 [1] [2] を使えばこの範囲に入ります。この抵抗は千石電商 [3] で売っています。

[1]　精密抵抗 １／４Ｗ 1kΩ±０．１％（ページの上から1/4くらいのところ）　http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php …
[2]　精密抵抗 １／４Ｗ 1MΩ±０．１％（ページの一番下）　http://www.sengoku.co.jp/mod/sgk_cart/search.php …
[3]　千石電商　http://www.sengoku.co.jp/JIKANandMAP.htm

No.6 回答者： anachrockt 回答日時： 2008/12/05 20:21

回路は，A#4の【図３　boobee0125 さんの補足1の回路】がええんじゃないでしょうか？

オペアンプの回路自体は，トランス・インピーダンス・アンプと言って，設計上の注意はここにあります．
http://focus.tij.co.jp/jp/lit/an/jaja098/jaja098 …

1mAの電流計って内部抵抗が100Ωの場合が多いです．
Raを固定抵抗と半固定抵抗にして調整したらどうでしょう．
なお，R1にはコンデンサ（フィルムコンデンサの0.1μFとか）を付けた方が動作は安定します．

No.5 回答者： ruto 回答日時： 2008/12/05 14:47

>1mA→1μAの電流計を作りたいのですが

　通常（１ｍAの）電流計は５０～１００μAのメータの中にシャント抵抗を入れて色々の定格の電流計を作ってます。
　シャント抵抗を除去すればそれなりのμAが測れます。
　シャントを取って、５Vと抵抗１００ｋΩを直列に繋げば５０μAくらいの電流が流れて、針がどの程度振るかでメータ（フルスケール値）の確認が出来ます。フルスケール１００μAのメータなら目盛りの数値を１００倍して
単位をμAと読みかえればOK、５０μAのメータなら現在の目盛りを５０倍し単位をμAと読みます。
　メータをばらしてください、中にシャント抵抗が入ってます。

この回答への補足

電流計を解体してみたのですが残念ながらシャント抵抗は入っていませんでした。
でも回答は参考になりました、ありがとうございます。

補足日時：2008/12/08 18:45

No.3 回答者： angkor_h 回答日時： 2008/12/04 22:52

>1μ（マイクロ）Aを計れる電流計を作りたいのですが、

フルスケールを10μA～1μAにすることでよいですね。

>現在手元にあるのが1mAの電流計で、
それはフルスケールの最小値が1mA(或いは10μA超)なのですか?
であれば、絶対的に電流計には1mAを流す必要があるので、外側に電流増幅回路(電源も)が必要です。

考え方の例；
1μAを1Mオームに流して1Vを作り、それを10Vに増幅し、10kオームに流せば1mA電流になる。この10kオームを、｛「別な抵抗」+「1mAの電流計の抵抗」｝=10kオームに置き換えれば、1μAフルスケールになる。

No.2 回答者： boobee0125 回答日時： 2008/12/04 21:04

電池駆動のオペアンプ反転増幅器による下記の回路ではいかがでしょうか？

A：入力端子
B：入力端子
C:電流計の＋端子
D:電流計の－端子

[接続]
オペアンプ Q1 の－入力を A に接続する
オペアンプ Q1 の＋入力を B に接続する
B を回路のGNDに接続する
オペアンプ出力を C に接続する
D から抵抗 Rf を経由して A に接続する
D から抵抗 Ra を経由して B (=GND) に接続する　
(保護のため)A-B間にダイオードの逆並列回路を接続する

[機能]
B→Aの方向に i1 の電流が流れる時、D点の電位は Vd = +i1*Rf となり、Ra には +i1*Rf/Ra の電流が流れる。
このとき電流計には i1*(1 + Rf/Ra) の電流が流れる。

[補足１] 　
電流形の内部抵抗が十分に低い場合は Rf の D への接続を C 点に変更すれば、電流計に流れる電流は +i1*Rf/Ra となる。

[補足２]
上記の極性で使う場合は片電源オペアンプを使い、電池一つで動作可能。

[補足３]
Rf = 1MΩ、Ra = 1kΩ とすれば 1μA フルスケールの計測が可能となる。

以上、この回路は実機確認していないので間違いもあるかもしれませんが少なくともヒントにはなると思います。

No.1 回答者： noname#95070 回答日時： 2008/12/04 16:21

「電流計を1/1000のスケールにする」

のではなく
「電流計に流す電流を1000倍にする」
ようにすれば良いんじゃないですか。