入力レンジ切り替え回路-居酒屋ガレージ日記

入力レンジ切り替え回路

「プリンタシールドでチャートレコーダ」の入力部、
レンジ切り替え回路なんですが、「メカ接点」じゃなく
電子回路（アナログ・スイッチ）を用いて切り替えよう
としたときをあれこれ考えていました。

ちょいと図をご覧下さい（クリックで拡大↓）

まず【１】。
直列アッテネータ方式とでも言いますか、テスターの
レンジ着替えで使われている方法そのまま、メカ接点
のをアナログ・スイッチに置き換えてみました。

問題は1/100にして高い電圧を測定しようとしたとき。
R4～6は保護抵抗なんですが、SW1とSW2内の保護回路
（±電源に向けダイオードが入る）が測定電圧が電源
電圧より高いものだから働いてしまいます。
R4は分圧系には関係しないのですが、R5に電流が流れる
ことで分圧比が変わってしまいます。
こいつはまずい。
ということでこの方式はダメ。

で、次が【２】。
反転アンプを考えてみました。
反転入力はGNDレベルに制御されるんで、こいつは大丈夫
そうです。
アナログ・スイッチに過大電流は流れません。
アンプの反転入力への過大電圧はダイオードで簡単に保護できます。
ところが、帰還抵抗にアナログ・スイッチを入れているもの
だから1/100のように抵抗値が小さくなったときに、直列に
入るアナログ・スイッチのオン抵抗が問題になってきます。
オン抵抗、温度により変化するし出入りの電圧で変化します。
う～む。　こいつは誤差要因。

そして【３】。
直列アッテネータではなく、レンジ別に個別の抵抗を切り
替えます。
1/1ならアンプへ直結です。
高電圧レンジになって、この図だとSW3がオンしていたら、
SW2には高電圧は加わりません。
だもんで、過大電圧の問題はOKでしょう。
ところが・・・【２】と同じ問題が。
分圧比、アナログ・スイッチのオン抵抗の影響を受けて
しまい精度が確保できません。

その改良が【４】。
アナログ・スイッチの使い方の基本として、
(1)電流を流さない
(2)オン抵抗の影響の少ないところで用いる
(3)オン抵抗を補償できるような使い方で
こんなところです。
で、(1)、(2)を考えて、アンプへ信号を引き出す位置を分圧
抵抗の直近にしてみました。
使うアナログ・スイッチの数は増えます。
アナログ・スイッチのオン抵抗、ざっと100Ωあたり。
1MΩに100Ωだと1/10000の変動。
このくらいの誤差ならＯＫでしょう。

【５】も同じように考えた反転アンプ方式の改良版。
R1(1M)のところで切り替えるようにして、アンプへつなげる
のは帰還抵抗の部分から。
反転入力端子に並んだスイッチには電流は流れません。
これならいけそう。

入力レンジ切り替え部の半導体化、こんなところでしょうか。
ご意見お待ちしています。