0-100mVの電圧出力を4-20mAに変換する回路について

いつもアドバイスいただきありがとうございます。
今回は、0から100mVの電圧出力を電流4～20mAに変換するオペアンプを使用した回路について
教えていただきたと考えております。
電圧ー電流変換回路に使用する電源電圧は15Vと考えております。
推奨オペアンプ等の情報も合わせていただけますと大変助かります。

以上、どうぞよろしくお願いいたします。

質問者からの補足コメント

• 皆さま、いろいろな角度からのアドバイスありがとうございます。
  マイコンで処理、絶縁の必要性等理解しておりますが、今回は、オペアンプを使用したアナログ回路にて実現したいと考えております。
  0-100mV→0-16mV→4mVオフセットかけて4-20mAとする具体的な回路のアドバイスどうぞよろしくお願い申し上げます。

    補足日時：2024/10/31 15:30

• さまざまなアドバイス、大変ありがとうございます。
  手書きでも結構ですので、実現できる回路をアップいただけますと大変助かります。
  どうぞよろしくお願い申し上げます。

    補足日時：2024/11/01 09:41

• アドバイス大変ありがとうございます。
  いただきました情報の増幅率の変更箇所はどの回路ブロックになりますでしょうか。
  具体的に教えていただけますと大変助かります。
  教えていただきました情報もとに手組み基板にて動作確認してみようと思います。

  No.8の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2024/11/01 09:47

No.13 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/11/05 22:24

回路図を求めること自体は、決して違反ではないと考えます。

ただ、前にも書いたように、のぐまさ様がお示しになられているのは、要求仕様だけです。
ご自身がどのように設計を進めようとされたのかは、色々なアドバイスを得てからも一切お示しになられていません。

アドバイスを求めておられるなら、さまざまなアドバイスを受けた上で、ご自身の設計的な考えをお示しになった上で、さらなるアドバイスを求めるのが筋だと思うのですが、出されるのは常に要求だけです。

アドバイスを受けても、そのアドバイスを元に自分で設計するのではなく、アドバイスをすればするほど、あれも出してくれこれも出してくれと、さらに要求がエスカレートして、最終的にほとんど他人に設計してもらっているようにお見受けしました。

そういうことををするなとは言いませんが、私はプロの設計者としてその要求に応じることは出来ないと書いたまでです。

他の人が回路図を書いて回答することまで妨げる気はありません。

私以外のどなたかが、回路図を書いて示されるなら、それもいいでしょう。

私が回路図を書いてお示しする義務があるとは思っておりませんので、私には回路図を出さない自由はあると思います。

No.12 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/11/01 23:01

＞使用するデバイスメーカや型番までお願いするつもりではございませんでした。

私が気にしてるのは、そこじゃないです。
そこよりも気になってしまったのは「手書きでも結構ですので、実現できる回路をアップして・・」の部分ですよ。
言葉は丁寧ですけど、「結構ですので」と書かれていることで、「CADで書いて欲しいとまでは言ってないんだから、手書きの回路図ぐらいはタダで提供するぐらい大したことないでしょ」と言われた感じかします。

最初の質問で、推奨オペアンプを提示して欲しいと書かれていて、それで回路図もアップして欲しいとなると、私の感覚ではそれはアドバイスの範疇ではなく設計委託の範疇です。

私が提示したPDF資料などで、設計するのに必要な情報は提示していると思ってます。
でも、その情報を提示してから、それほど時間も経たないタイミングで「回路図もアップして欲しい」と書かれたので、その資料を読んでご自身で回路を考えることもなく、他人任せにしてるのかなという印象を持ちました。

まずは、そういう資料を読み込んで、ご自身で回路設計してみて下さい。
他人に回路図を書いてもらうことを求めるよりも、ご自身で回路図を書いて、分からない部分があれば、その回路図をアップして、分からない部分について再度質問されることをおすすめいたします。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
いろいろと認識ずれや不快感を与えてしまったようで申し訳ございません。
質問の回路にむけて、手書きでも構いませんので回路図を提供いただければ、こちらで検討したい意図でした。

kanta2006様がおっしゃる事はごもっともなのですが、そもそもこのサイトで手書きの回路図など求めることは問題（違反）なのでしょうか。
以前、このサイトにてキッカケになる回路をいただき、いろいろとサポートいただきました経緯がありましたもので。

お礼日時：2024/11/05 10:10

No.11 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/11/01 12:59

申し訳ありませんが、手書き回路図まで提示するつもりはありません。

それだと質問というよりも、回路設計委託になってしまいます。
質問者様は回路設計をまるごと他人に委託して、自分は部品手配と組み立て・実装だけをやることになります。

回路設計を委託するなら、しかるべき会社に、有償で委託してください。
私は、これでも一応はプロとして業務で回路設計をやっている人間であり、見ず知らずの人から無償で回路設計業務を請け負うつもりはありません。

私は趣味で回路設計しているわけではないので、プロとして当然の事だと思っております。

悪しからず、ご了承願います。

この回答へのお礼

ご回答ありがとうございます。
使用するデバイスメーカや型番までお願いするつもりではございませんでした。いただきました情報から検討したいと思います。

お礼日時：2024/11/01 13:35

No.10 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/11/01 07:07

他の方が回答されている、断線センシングについて。

これは、断線センシングした後、どう処理するかの問題もあるので、出力回路側では処理しないというのも方法の1つです。

もし、元の入力がマイナス値になることはあり得ない0〜100mVであるなら、4-20mAの入力回路側で、0〜3mAを断線/異常値判定としてもいいですし。
そこは使用用途次第です。

No.9 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/10/31 21:24

オペアンプによる定電流出力に関しては、こちらのサイトから、PDFの資料をダウンロードされると分かりやすいと思いますよ。

https://www.analog.com/jp/lp/003/op-amp-manga/vo …

参考までに。

No.8 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/10/31 21:14

https://meyon.gonna.jp/study/electronic/1754/

一応、この回路を参考にされたら、4-20mAの出力段は作れるはずです。
この回路例では、入力が1-5V入力になっているので、0-100mVに合わせて増幅率を変更するのと、オフセット回路を実装すれば実現できるはずです。

参考になさって下さい。

この回答へのお礼

お礼日時：2024/11/01 09:44

No.7 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/10/31 20:58

＞0-100mV→0-16mV→4mVオフセットかけて 4-20mAとする具体的な回路のアドバイスどうぞよ ろしくお願い申し上げます。

基本的な発想が間違ってます。
0-16mVに4mVオフセットをかけても4-20mVになるだけなので、この電圧で4-20mAの電流とするには、出力相手の入力インピーダンスを1Ω固定抵抗にしなければならなくなり、それでは電流駆動したことになりません。

駆動相手の入力インピーダンスが1Ωだろうが250Ωだろうが同じ電流が流れる回路にする必要があります。

No.6 回答者： kan3 回答日時： 2024/10/31 17:28

補足で、4〜20mAのカレントループ電流での制御は、断線のセンシングも兼ねてますがそれは考慮しなくて良いんですか？。

大元は4〜20mAのカレントループ電流で
断線/0/１　をモールスのように変化させて、TELEX通信等にも使いました。

TK-8０のマイコン黎明期では、これでASR-33とかをキーボードとプリンターやCRTの代わりに使いましたね。

本題：ターミネータ
電圧伝送・電流伝送には距離に応じて2つのうちどちらかを選びます。
極近距離なら電圧伝送が多く、遠ければ電流伝送が選ばれる傾向です。
要はノイズが受けやすいか、インピーダンスをどうするかです。
電圧伝送では、０～5V　又は　０～10V　程度が多い。
電流伝送の場合は、４～20ｍAが殆どです。

ですから、受けのターミネータは250Ω程度、ないしは500Ωくらいが良く選ばれたりする。

https://faq.fa.omron.co.jp/tech/s/article/faq05618

質問者は0-100mV入力ですから、入力に単に抵抗2本を付加して分圧し、
それをアイソレーターで送るのが早いと思うんですが、
自分でやると言うのですから、OPAMPで組めばいいです。

只、多くの場合、単電源では精度が出ませんし、使いモノになるか疑問です。±の両電原を勧めます。

アナデバでも国産でもOPAMPのサンプル回路が有ります。

No.5 回答者： kanta2006 回答日時： 2024/10/30 21:02

＞元が0vなら出力も0vですぜ。

4〜20mAというのは、入力0Vの時に4mAを出力しないといけないです。
だから、オフセットさせる回路が必要なのと、定電流回路を作らないといけない。

私はそんなの考えてたら面倒くさくなって、マイコン使ってA/D入力してから、4〜20mA出力機能を持ったD/Aコンバータで4〜20mAを出してしまいました。
だって全部アナログ回路で組むの面倒くさいんですもの。

No.4 回答者： isoworld 回答日時： 2024/10/30 20:59

回答No.1でちょっと触れているように、4～20mAで出力する工業用計測機器とそれを受ける装置とは電気的に絶縁しないと、誤動作や故障の原因になります。

工業用計測機器のグランドと受信装置のグランドが同じ電位（レベル）にあるとは限らないからです。多少のレベルの差なら、4～20mAという電流出力によってエラーはカバーされますが、電気的な環境がよくない工業用途であれば電気的に絶縁しておくのが無難です。

オペアンプを使った電圧ー電流変換回路は、幾らでも事例が出て来ると思います。それよりも工業用計測機器と受信装置を電気的に絶縁するほうに知恵を絞らないとね。