入力抵抗により別々のＬＥＤを光らせる方法

Question

電気回路（電子回路）の質問です。

入力信号(抵抗)により、別々のLEDを光らせたいのですが
どのような回路を組めば良いでしょうか？

入力信号
1）0Ω(短絡)
2）500Ω
3）1000Ω
4）2000Ω

LEDは、赤、緑、黄色、白をそれぞれ入力している間点灯する様にしたいと思っています。

ご教授お願い致します。

KEN_2 · Accepted Answer

出掛けており、本日帰宅しました。返事が遅くなりました。
新・新回路図のPDFを確認しました。
前回未確認の部分で誤記があります。数点の修正が必要です

先に質問事項の回答します。

>あと、白色のＬＥＤをつける回路（ショート）は、下限しか設定していませんが、余っているオペアンプの処理は、全てGNDに接続して大丈夫なのでしょうか？
>（そうする様に、マニュアルに書いてありました。）
１．オペアンプの入力は全てGNDに接続して大丈夫ですが、出力はオープンのままです。
　オペアンプに限らず、デジタルICなども出力はGNDに接続してはいけません。最悪故障します。
　LM339N　のコンパレータの場合は、入力がPNPの流れ出し回路なのでVccに1KΩ程度でプルアップします。プルダウンすると無用の電流が流れます。
　普通オペアンプの場合の入力は、そのままでも問題ありません。デジタルICの場合で入力がオープンでは誤動作する場合と、C-MOS_ICでラッチアップで異常電流が流れたりなどの理由でプルアップ・プルダウンします。

回路図の誤記：
１．[C1]のコンデンサを追加した場所が誤りです。Ｒ３に並列に接続します。
　Ｒ４に接続するとＵ１の出力がバタツキするのと、Ｕ１の出力電圧の変化が遅くなります。
２．Ｕ２の１ピン出力はGNDに接続する必要はありません。
　ＬＭ３３９Ｎはオープンコレクタ（Ｏ．Ｃ）なので、問題は生じませんが、通常のオペアンプやデジタルICの場合に最悪故障します。

>ただ、ちらつきが直りません。
>・・・・・
>1KΩ (500Ω＋1KΩ)
>以上を入力した場合、1瞬だけLEDがチラッとつきます。
>入力をはずした時にもチラッと光ります。
>これを直すことは出来ますか？
[C1]のコンデンサがＲ４に接続してあるので、Ｕ１の出力電圧の変化が遅くなり「1瞬だけLEDがチラッと点く」時間が延びます。
[C1]のコンデンサをＲ３に並列に接続すると短縮されます。
それでも気になるのなら、Ｕ１の出力とGND間に10KΩ程度の負荷を接続すると、時間短縮されます。

KEN_2 · Answer

新回路図のPDFを確認しました。
前回未記載の部分で誤記があります。数点の修正が必要です

>ただ、ダイオードを入れていると正常な動作がしません。
>なぜでしょうか？
>取り外せば思い通り動作するのですが、回路的には大丈夫でしょうか？

LM339NをＷ．ＣＰに使ってますが、これは出力はオープンコレクタ（Ｏ．Ｃ）のタイプとなっているので、Di OR接続の必要は無く、ワイヤードオア（直接接続）で使うのです。
通常のOP_AMPはDi OR接続でなければ、出力が短絡しますが、LM339Nは問題ありません。
LM339N　の３ページ等価回路を参照
http://www.e-ele.net/DataSheet/LM339.pdf

>あと、他のLEDがチラっとつくのは、仕方が無いのでしょうか？
>対処方法があれば、ご教授ください。
１．LM339N　の＋側・ー側の接続が逆です。
　＋側は上限に、ー側は下限に接続します。
　上・下限の範囲外の電圧（抵抗値）で黄色LED点灯しているのでは無いでしょうか？
２．白色LEDの回路側のLED点灯は、LM358N　の片側を使っているのでしょうか？
　6.2K//1K＋6.2K　で4.3V以下つまり、約450Ω以下の抵抗値で点灯します。
　これで宜しいのですね？
３．入力端子へノイズが誘導するとLED点滅やチラツキが増えます。
　入力の20dBアンプの帰還抵抗8.1KΩに並列に470P程度のコンデンサを追加すると高域ノイズが除去出来ます。

＃先日からキーボードの調子が悪くミス・タィプが多発してます。投稿前のチエック修正は行っていますが、漏れがあればご容赦ください。（うーん、入力が辛い・・・汗；）

KEN_2 · Answer

回路図のPDFを確認しました。
ほぼ目的の回路になりました。１点（２箇所）のみ修正が必要です

Ｗ．ＣＰの＋側・ー側の接続点がずれています。
白／黄色LEDのー側がGND接続されていると高抵抗で常にLED点灯します。

白色LEDの回路側で説明すると、
１．＋側は1Kと3Kの間に接続します。
２．ー側は3Kと8Kの間に
同様に黄色LED側は、
３．＋側は6Kと2Kの間に
４．ー側は2Kと4Kの間に

OP_AMPの電源に＋12VとGNDは正解です。良いところに気付かれました。
（片側電源で充分ですよね。）
とすると、「トランジスタのベースとDi OR間に電流制限用の抵抗を挿入」は不要になります。
動作点を検算してっます。
白色LED側　
＋側；8K＋3KK//1K＋3K＋8K　→　4.5V
ー側；8K//1K＋3K＋8K　→　3.33V
抵抗換算で
450Ωから、1k　で白色LED点灯

黄色LED側
＋側；4K＋2K//6K＋2K＋4K　→　2.5V
ー側；4K//6K＋2K＋4K　→　1.66V
1.5KΩから、2.5K　で白色LED点灯　・・・でしょうか？？

KEN_2 · Answer

ANo.2,3 です。
回路図のPDFを確認しました。
順に回答します。

１）ツェナーダイオード(ZD)は不要です。（過大入力の保護用ですが必要ありませんし、この方法ではZDが壊れます。）
２）これは直列接続ですので、並列に接続つまりGND間に接続しOP_AMPの入力は、100Ωの入力側に接続します。
３）コレクタ・エミッタが逆接続です。
４）ー側のバイアス電圧用の抵抗がありません。また抵抗値が低過ぎます。
　目安として合計の抵抗値が5Kから20KΩ程度で約10KΩを目標としてください。

全体の問題点を記します。
1.シャント抵抗の端子間発生電圧は低過ぎるので、10倍程度のOP_AMPの電圧増幅器を挿入します。
2.OP_AMPの電源電圧±12Vか±15Vを供給してください。（0Vから10Vの信号を扱うので）
3.OP_AMPは通常の電圧出力タイプであれば、この様にDi OR接続は正解です。
4.電源電圧±12Vを使いますので、トランジスタのベースとDi OR間に電流制限用の抵抗を挿入します。概略5K程度は必要です。
5.バイアス電圧の設定に付いて、参考に簡単な計算値を示します
　１）1Vから2Vで検出させる場合；
　＋5V－－3KΩ－－1KΩ－－1KΩ－－GND　で各抵抗の間に＋側、ー側のＷ．ＣＰを接続すると、入力電圧が1Vから2VでLED点灯します。
　入力抵抗が2.5KΩから4.5KΩの間でLED点灯します。

＊後は先の「実際回路動作例」を参考に考えてください。
（添付画像は次回再掲されませんので、注意してください。）

KEN_2 · Answer

ANo.2 です。

ウインドコンパレータ（Ｗ．ＣＰ）の動作原理を、下側の一組の動作で説明します。
W.COPの出力はオープンコレクタ（Ｏ．Ｃ）のタイプを使いHIGH（オープン）・LOW（オフ）として説明します。

入力電圧の範囲によってＷ．ＣＰのー・＋側のバイアス電圧の範囲内の電圧になると、出力がHIGH（オープン）になります。
下側の出力
ー側のバイアス電圧より入力電圧が低い場合：LOW（オフ）
ー側のバイアス電圧より入力電圧が高い場合：HIGH（オープン）
上側の出力
＋側のバイアス電圧より入力電圧が低い場合：HIGH（オープン）
＋側のバイアス電圧より入力電圧が高い場合：LOW（オフ）
この上・下側が両方共HIGH（オープン）のＷ．ＣＰは一組しかないのでLEDやリレー等を駆動しますと目的が実現します。
「画像をＵＰ」の例では、常時LEDが点灯して目的電圧範囲で消灯する動作になりますので、工夫をします。
１）Ｗ．ＣＰはＯ．Ｃのタイプを使いー・＋側の出力を接続（ワイヤード・オア）します。
２）出力がＯ．Ｃなので、プルアップ抵抗を使い2SC1815などのトランジスタで受けてコレクターにLEDと電流制限抵抗を接続すれば反転動作で目的の動作となります。

LM393 
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%B3%E3%83%B3%E3%83%91%E3%83%AC%E3%83%BC%E3%82%BF
LM324 の実験回路
http://wave.iobb.net/doc/opamp/4.html

実際回路動作例：
5V電源から500Ωで入力側に出力し、戻りの端子側に100Ωのシャント抵抗を接続する。
I/V変換器は10倍の増幅度とする。
例：　入力電流　I/V変換後LED点灯
1）0Ω(短絡)　10mA　　1V → 10V白
2）500Ω　5mA  0.5V→  5V黄色
3）1000Ω　3.3mA  0.33V→ 3.3V 緑
4）2000Ω　0.8mA　  0.08V→0.8V  赤
＊100Ωのシャント抵抗の影響は無視しています。
白を点灯させるには、Ｗ．ＣＰのー側を8V、＋側を12V程度のバイアス電圧を設定します。
同様に
黄色を点灯させるには、Ｗ．ＣＰのー側を4V、＋側を6V程度のバイアス電圧
緑色を点灯させるには、Ｗ．ＣＰのー側を3V、＋側を3.8V程度のバイアス電圧
赤色を点灯させるには、Ｗ．ＣＰのー側を0.5V、＋側を1.2V程度のバイアス電圧
各Ｗ．ＣＰのー・＋側のバイアス範囲設定は増減させてください。

KEN_2 · Answer

方式的には、
１．入力に微少電流を流す様にして、
２．入力信号によって流れる電流をI/V変換して
３．出力電圧を４個のウインドコンパレータで電圧範囲を判別して
４．各コンパレータ出力にLEDは、赤、緑、黄色、白をそれぞれ接続し点滅する。
具体的には、
１．入力に電源から微少電流を流す抵抗を接続する。
２．入力の戻りの電極に電流検出用シャント抵抗を接続する。
３．このシャント抵抗に流れた電流で発生した電圧をOP_AMPで増幅すると、I/V変換となり抵抗値が電圧出力に変換される。
４．電圧出力の先に４個のウインドコンパレータを接続して抵抗に相当する電圧でオン・オフする。
５．ウインドコンパレータに接続されたLEDが点滅する。
＊これが一番簡単に実現できます。各用語はググッテ調べてください。
（ウインドコンパレータ；上下限の範囲以内の電圧入力ならオン、範囲外ならオフの動作のOP_AMP応用回路です。）

chie65535 · Answer

ヒントだけ。
1）0Ω(短絡)
0Ω入力時、入力の先に2000Ωの固定抵抗が入ってたら、出て来る結果は2000Ωですよね？

2）500Ω
500Ω入力時、入力の先に1500Ωの固定抵抗が入ってたら、出て来る結果は2000Ωですよね？

3）1000Ω
1000Ω入力時、入力の先に1000Ωの固定抵抗が入ってたら、出て来る結果は2000Ωですよね？

4）2000Ω
2000Ω入力時、入力の先に何も無かったら、出て来る結果は2000Ωですよね？

こうすると1)～4)のどれも「入力が2000ΩだったらLEDが点き、それ以下でもそれ以上でも点かない」で済んじゃいますね？

あとは、誤差を見越して「1800Ω以上なら通電」と「2200Ω以下なら通電」の回路を組んで、その２つを…

入力抵抗により別々のＬＥＤを光らせる方法

出掛けており、本日帰宅しました。

新回路図のPDFを確認しました。

回路図のPDFを確認しました。

ANo.2,3 です。

ANo.2 です。

方式的には、

ヒントだけ。

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