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電子負荷に表示部を追加中(その3)

機能仕様とプログラムは落ち着いたので完成させるため基本データ値の計測を行う

シャント抵抗値

正確な電流値を出すため必要となるシャント抵抗(0.5Ω,5.0Ω)の正確な抵抗値を計測

先ずはテスターで計測してみる

0.55.0

4つのテスタで計測してみて結果は次のとおり

テスター名 0.5Ω 5.0Ω
sanwa PM3 0.6 5.1
kaise KU-1188 0.8 5.5
MASTECH MS8221C 0.8 5.2
Janisa PM18C 1.0 5.5

想像していたとおりで正確な抵抗値は計測できないようだ

そこで4端子法を使用して測定(4端子法の説明はこちらが判りやすい)

0.5-25.0-2

電流制限抵抗(Ω) 0.5Ω 5.0Ω 算出抵抗値(Ω)
電圧(mV) 電流(mA) 電圧(mV) 電流(mA) 0.5 5.0
330   7.8 14.86 72.5 14.66  0.52 4.95
100 25.0 48.0 231 46.0  0.52 5.02
50 47.6 91.6 423 84.6  0.52 5.00

内部で保持する初期シャント抵抗値を0.52Ω,5.0Ωとする(調整機能は実装済)

消費電力

USB簡易電圧・電流チェッカーで計測できなかった消費電力を計測しようと「USBテスターツール」(こちらを参考)を作製

USB tester

しかし・・・電流は0

電流値

少し悩んだ末,0.15Ωのシャント抵抗を付けてドロップ電圧を測定

ドロップ電圧

2.6mVと出た

ここの計算はシビアで無くても良いので,2.6 ÷ 0.15 ≒ 17mA,5 × 17 = 85mW

効率を無視(100%)して,85 ÷ 3.3 = 25mA となる

電源は50mAも出せれば十分そうなので,「S-812C33AY-B-G」を使用する

バックライトを消灯して計測したところ2.1mVで,とても省電力なバックライトだった(LEDなのか?)

テスターを購入

そこそこ精度の良い電圧計が無いものか検索していたらAmazonでコストパフォーマンスの良いテスターを見つけたので購入

箱

Janisa PM18C」,出店が多いのか価格が変動しているようで,セール品¥2,437(税込)

火曜の夜オーダーで(水曜にクロネコヤマトからは金曜だよってメール来てたのだけど)木曜に着いた(早)

箱の中身は,本体,テストリード,熱電対,単三電池4本,取説(英語)

中身

バッテリーをセットして電源(スイッチを電圧にして)ON

電源ON

ディスプレイが大きいので良く見えそう

精度を期待して購入した訳ではないが,早速リファレンス電圧を測定してみる(はたして精度のほどはいかがなもんか)

2.465V

2.5V

4.096V

4.1V

そこそこかな

電子負荷に表示部を追加中(その2)

今回の電子負荷に16文字×2行のLCDディスプレイは(表示文字数が多いので)大きすぎるためコンパクトなFSTN液晶に変更

FSTN液晶

FSTN液晶が3.3VロジックなのでついでにArduinoも3.3VベースにしADCのリファレンス電圧を3.3Vにした

それが良かったのか計測電圧も(若干調整は必要であるが)安定した感じだ

単独動作させるので電源部(3.3V)の3端子レギュレータの容量を見積もるため電源をUSB供給にしてUSB簡易電圧・電流チェッカーで計測

USB

電流値が表示されない・・・壊れているのか?

使い方を間違えているのかと思い調査したが問題なさそう,で,スマホの充電で確認してみたら正常に表示されていたので消費が10mA以下なのか?

これは単独で組んで調べてみるしかなさそうだ(まずは100mAあれば良いか)

尚,この「USB簡易電圧・電流チェッカー」は便利そうなので秋月でパーツ購入時に同時購入して今回初めて使った

USB電圧・電流

ArduinoのADCの基準電圧

ArduinoのADCの基準電圧は次の3つの指定が可能である

  • DEFAULT: 電源電圧(5V)が基準電圧(デフォルト)
  • INTERNAL: 内蔵基準電圧を使用(ATmega168と328Pでは1.1V)
  • EXTERNAL: AREFピンに供給される電圧(0V~5V)を基準電圧とする(電源電圧を超えてはならないとの事)

外部供給にしないなら電源電圧と内蔵基準電圧1.1Vの2つ利用可能である

そこで精度の良い方を利用したいのでどのくらい精度が変わるのか確認してみることにする

基準電源

確認にあたって基準電源が必要で以前実験したシャントレギュレータを利用しようかなっと・・・

ところがブレッドボードで実験したまま放置だったため直ぐに使用できるようになってない

先ずは今後も使うことがあるだろうってことで基板に組むことにした

既に使い方は判っているのでサクッと基板に載せた

基板

元電源は5~9V位のACアダプタを使う(電池でも可能)

目の前にちょうど空いたDAISOの糸付ようじのケースがあったので使うことする

箱

こんな感じになる

多少でかいのは空きの部分に電池ボックスを実装できるようにするため

箱入れ

出力端子は未実装なのでしばらく(ずーとかも)は使う時に蓋を開ける

箱入れ

実はLEDが非常に明るすぎた・・・眩しいので少し寝かせた(写真は寝かせてない時に撮ったもの)

電源電圧(5V)を基準で測定

(注)電流値の表示は無視して良い

2.465V:かなりずれがある

5-2.465V

4.096V:同様にずれあり

5-4.096V

内蔵基準電圧(1.1V)で測定

2.465V:大きい方へずれている

1.1-2.465V

4.096V:同様に大きい方へずれている

1.1-4.096V

結論
  • 電源電圧基準と内蔵基準電圧どちらとも補正が必要である
  • 秒毎にサンプリングしていて(写真では判らないが)内蔵基準電圧だと電圧の変動が多い(つまり安定しない)
  • 電源電圧基準の方が良さそうである

(追加)

良く考えてみたら,今回の評価は条件もあいまいで単に内蔵基準電圧でやってみたって感じなので,近日中(となるかどうかは判らないが)に改めて評価し直すことにする

内蔵基準電圧(1.1V)を評価すべき事項としては

  • 1.1Vまでの分解能が1/1024の約1mVであるか?
  • 分圧する場合の最大電圧の適正値は?

で,(精度と安定性が高いのであれば)内蔵基準電圧だけでADCが使えるってことを確かめるって事だ

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