JP2002181852A - 電流電圧測定装置 - Google Patents

電流電圧測定装置

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JP2002181852A JP2000379782A JP2000379782A JP2002181852A JP 2002181852 A JP2002181852 A JP 2002181852A JP 2000379782 A JP2000379782 A JP 2000379782A JP 2000379782 A JP2000379782 A JP 2000379782A JP 2002181852 A JP2002181852 A JP 2002181852A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電圧及び電流を所定の電圧及び所定の電流に
増幅できる電流電圧測定装置を提供する。 【解決手段】 電流及び電圧を計測できるプログラマ
ブル電源の電流電圧を入力し、演算増幅器で電圧増幅
し、該演算増幅器の出力電流を電流検出用抵抗を通して
負荷に出力し、該負荷に印加する装置の出力電圧を電圧
増幅用抵抗を介して上記演算増幅器の逆相入力端子に帰
還させると共に電圧増幅用抵抗を介し接地して所定の電
圧増幅を得て出力電圧を負荷に出力する電流電圧測定装
置であって、装置の出力電圧を検出して所定の電圧を
上記演算増幅器の入力側に帰還させる電流増幅用帰還ラ
インと、上記電流検出用抵抗の両端の電位差を検出し
て所定の電圧を電流増幅用抵抗を介して装置の入力側に
帰還させる電流検出手段とを具備する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、発生電圧及び駆
動電流を計測できるプログラマブル電源を有して電圧印
加電流測定あるいは電流印加電圧測定を行うDC(直
流)測定装置において、発生電圧及び駆動電流を所定の
電圧及び所定の電流に増幅が可能で電流電圧測定を行う
電流電圧測定装置に関する。
【0002】
【従来の技術】プログラマブル電源を有して電圧印加電
流測定装置あるいは電流印加電圧測定装置は、一般の電
子計測器によく使用される。半導体試験装置にも直流特
性試験の際に用いられている。図5に従来技術の一例と
して、半導体試験装置に用いられている電圧増幅回路有
する非反転電圧増幅回路を有する電圧印加電流測定装置
の構成図を示す。
【0003】図5において、プログラマブル電源1は、
一般的にデジタル・アナログ変換器(D/A)を主とし
て構成される。このプログラマブル電源1は、図示して
いないが、制御部からのデジタル信号で所定の高分解能
な電圧を設定し出力できる。更に、プログラマブル電源
1は出力電圧及び出力電流をデジタル計測して記憶し他
部署に伝送したり、必要なときは表示されるようにされ
ている。これらのプログラマブル電源1は、市販のもの
を用いてもよいし、この装置に適合したものを別途設計
し作製しても用いてもよい。
【0004】この装置の主な構成は、演算増幅器(オペ
アンプ: Operational Amplifier)10を用いた電圧増
幅回路による電圧印加電流測定装置である。つまり、演
算増幅器10の正相(+)入力端子にプログラマブル電
源1の電圧を入力して、逆相(ー)入力端子には出力電
圧Voを帰還して電圧を出力する。よって、出力電圧V
oを安定化させることができる。
【0005】なお所定の電圧増幅度を得るために、出力
電圧Voの帰還回路には電圧増幅用抵抗14を介して帰
還させ、電圧増幅用抵抗15を介して接地している。こ
こで、電圧増幅用抵抗15の抵抗値をrとし、電圧増幅
用抵抗14の抵抗値をそのm倍の(m・r)とすると、
出力電圧は、Vo=(1+m)Vin となる。つまり、
電圧増幅度は(1+m)である。電圧増幅用抵抗14及
び15を無くして、図6のように、出力電圧Voを直接
に演算増幅器10の(ー)入力端子に帰還させるとボル
テージ・フォロアとなり、電圧増幅度は1であり、Vo
=Vin となる。この回路は、演算増幅器10を用いた
非反転電圧増幅回路である。
【0006】ところで、電圧増幅度は電圧増幅用抵抗1
4及び15の抵抗値によって正しく決まるが、出力電流
Ioは不定である。出力電流Ioは出力電圧Voと負荷
2のインピーダンスによって決まる。そこで、出力電流
Ioを測定するために負荷の電流検出用抵抗11と電流
検出用減算器12とADコンバータ(アナログ・デジタ
ル変換器)とを設けている。ここで、電流検出用抵抗1
1の抵抗値をRMとする。そして、電流検出用減算器1
2は電流検出用抵抗11の両端の電位差(RM・Io)
を検出し、ADコンバータ3でデジタル・データに変換
して出力電流Ioを求めている。
【0007】数式を用いて説明する。出力電流Ioは電
流検出用抵抗11を流れるので、電流検出用抵抗11の
両端の電位差は、RM・Io となる。電流検出用減算
器12内のオペアンプの(+)入力端子には出力電圧V
o/2の電圧が印加されている。よって、電流検出用減
算器12内のオペアンプの(−)入力端子側には電流
(Vo+2・RM・Io)/2 が流れて、電流検出用
減算器12の出力電圧V1は、V1=−(RM・Io)
となる。RMは既知であるのでIoが求まる。なお、
図5における電流検出用減算器12では、出力電圧Vo
を2つの抵抗r1を介して接地しており、電流が流れる
ので、出力電圧Voを出力側ボルテージ・フォロア16
を介して得ている。
【0008】図6に従来の電流増幅回路を有する電流印
加電圧測定装置の構成図を示す。この装置はボルテージ
・フォロアであるので出力電圧Voは入力電圧Vinとな
る。そして、電流検出用抵抗11の電位差を電流増幅回
路13で検出し、電流増幅用抵抗17を介して入力端子
側に帰還している。ここで、電流検出用抵抗11の抵抗
値をRMとし、電流増幅用抵抗17の抵抗値をn倍の
(n・RM)とすると、出力電流Ioは、Io=n・I
in となり、電流増幅度は、nとなる。
【0009】数式を用いて説明する。出力電圧Voは入
力電圧Vinと等しいので、Vo=Vin である。出力電
流Ioは電流検出用抵抗11を流れるので、電流検出用
抵抗11の両端の電位差は、RM・Io となる。電流
増幅回路13内のオペアンプの+入力端子には、出力電
圧Voが印加されているので、電流増幅回路13の出力
電圧V2は、V2=Vin−RM・Io となる。
【0010】一方、入力電流Iinは、演算増幅器10の
入力インピーダンスが無限大であるために電流増幅用抵
抗17を介して電流増幅回路13の出力端子側に流れ
る。よって、Vin−V2=n・RM・Iin となり、前
式のV2を代入すると、Io=n・Iin となる。つま
り、出力電流Ioは、常に入力電流Iinのn倍となり、
負荷2のインピーダンス変動によっても電流比の変動は
無い。IoとIinとが、共に同一電流比でもって増減す
る。よって、負荷電流Ioは、プログラマブル電源1の
出力電流を読み取ることにより計測できる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の電圧増幅度を有
する電流電圧測定装置の構成図は基本的に図5の構成で
あり、電流増幅度を有する電流電圧測定装置は基本的に
図6の構成であった。いずれの構成においても、制御部
におけるプログラム制御により電圧印加電流測定も電流
印加電圧測定もできて有用である。
【0012】しかしながら、従来の電流電圧測定装置で
はいずれかの構成を選択するか、あるいは双方の装置を
準備するかを選択していた。更に、図5における電圧増
幅度を有する電流電圧測定装置の構成では、出力電流I
oが不定のために、電流検出用減算器12とADコンバ
ータ3とデジタル処理回路を別途必要としていた。図6
における電流増幅度を有する電流電圧測定装置は、入出
力電流比が一定であるが、出力電圧Voは変換できずに
入力電圧Vinと等しかった。
【0013】この発明は、既存の出力電圧及び出力電流
を計測できるプログラマブル電源1を用いて、そのプロ
グラマブル電源1の発生電圧及び発生電流の能力を超え
る電圧あるいは電流が必要な電子デバイスや電子回路、
つまり負荷2の電流電圧測定ができるようにした電流電
圧測定装置である。つまり、所定の電圧増幅度を持た
し、更に所定の電流増幅度も持たし、そして小型化した
電流電圧測定装置を提供するものである。従って、被測
定電子デバイスや電子回路がどのように変更されても、
その測定に対応できる電流電圧測定装置である。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明は、電流電圧測定装置(以後、「装置」と
略称する)の出力電圧を検出して所定の電圧を演算増幅
器10の入力側に電流増幅用帰還ラインを介して帰還さ
せ、更に、電流検出用抵抗11の両端の電位差を電流検
出手段18で検出して所定の電圧を電流増幅用抵抗17
を介して装置の入力側、つまりプログラマブル電源1の
電流電圧入力端子に帰還させる。
【0015】詳細は「発明の実施の形態」の欄で説明す
るが、結果的に電圧増幅度(1+m)は電圧増幅用抵抗
14の抵抗値(m・r)と電圧増幅用抵抗15の抵抗値
rとの抵抗値比で決まり、電流増幅度nは電流検出用抵
抗11の抵抗値RMと電流増幅用抵抗17の抵抗値(n
・RM)との抵抗値比で決まる。更に、発明5のように
電圧増幅度及び電流増幅度を所定に切り換えることもで
きる。次に発明の構成について述べる。ここでは、未説
明の図1〜図4の符号を附加して述べることにする。電
流検出手段18の構成は、所定の電圧を得るために種々
の構成がなされている。
【0016】第1発明は、基本的な発明である。つま
り、電流Iin及び電圧Vinを計測できるプログラマブ
ル電源1の電流電圧を入力し、演算増幅器10で電圧増
幅し、該演算増幅器10の出力電流を電流検出用抵抗1
1を通して負荷2に出力し、該負荷2に印加する装置の
出力電圧Voを電圧増幅用抵抗14を介して上記演算増
幅器10の逆相入力端子に帰還させると共に電圧増幅用
抵抗15を介し接地して所定の電圧増幅を得て出力電圧
Voを負荷2に出力する電流電圧測定装置であって、
装置の出力電圧Voを検出して所定の電圧を上記演算増
幅器10の入力側に帰還させる電流増幅用帰還ライン1
9と、上記電流検出用抵抗11の両端の電位差を検出
して所定の電圧を電流増幅用抵抗17を介して装置の入
力側に帰還させる電流検出手段とを具備する電流電圧測
定装置である。
【0017】第2発明は、図1の実施例に基づく具体的
な発明である。つまり、電流Iin及び電圧Vinを入力
側ボルテージ・フォロア20の入力端子と、電流増幅用
抵抗17を通して電流検出手段18の出力端とに接続
し、電流Iin及び電圧Vinを計測できるプログラマブル
電源1と、出力電圧を演算増幅器10の正相入力端子
と、電流増幅用帰還ライン19を通し抵抗を介して出力
側ボルテージ・フォロアの出力端とに接続する上記入力
側ボルテージ・フォロア20と、上記演算増幅器10
の出力電流を電流検出用抵抗11を通し負荷2に出力
し、該負荷2に印加する装置の出力電圧Voを出力側ボ
ルテージ・フォロア16と電圧増幅用抵抗14を通して
上記演算増幅器10の逆相入力端子に帰還させると共に
電圧増幅用抵抗15を介して接地し、所定の電圧増幅度
を得て装置の出力電圧Voを出力する電圧増幅回路と、
上記電流検出用抵抗11の両端の電位差から所定の電
圧V3を検出して上記電流増幅用抵抗17に接続してい
る電流検出手段18とを具備する電流電圧測定装置であ
る。
【0018】第3発明は、反転増幅回路を用いた図2の
その他の実施例に基づく具体的な発明である。つまり、
電流Iin及び電圧Vinを入力側ボルテージ・フォロア
20の入力端子と電流増幅用抵抗17を通して電圧加算
回路23の出力端とに接続し、電流Iin及び電圧Vinを
計測できるプログラマブル電源1と、入力側ボルテー
ジ・フォロア20からの電圧Vinを入力して反転して出
力する電圧反転回路21と、上記電圧反転回路21の
出力電圧を電圧増幅用抵抗15を介して演算増幅器10
の逆相入力端子と、電圧加算回路23の一端子とに出力
し、上記演算増幅器10の逆相入力端子には上記電圧
反転回路21から電圧増幅用抵抗15を介した電圧(−
Vin)と更に装置の出力電圧Voを出力側ボルテージ・
フォロア16及び電圧増幅用抵抗15とを介して入力
し、正相入力端子は接地し、出力電流は電流検出用抵抗
11を通し出力電圧Voを負荷2に出力する反転増幅回
路を構成し、上記電流検出用抵抗11の両端の電位差
から所定の電圧V4を検出して上記電圧加算回路23の
他端子に出力する電流検出手段とを具備する電流電圧測
定装置である。
【0019】第4発明は、電流増幅用帰還ラインを変更
した図3のその他の実施例に基づく具体的な発明であ
る。つまり、電流Iin及び電圧Vinを入力側ボルテー
ジ・フォロア20の入力端子と電流増幅用抵抗17を通
して電圧分圧回路24の出力端とに接続し、電流Iin及
び電圧Vinを計測できるプログラマブル電源1と、上
記入力側ボルテージ・フォロア20の出力電圧を演算増
幅器10の正相入力端子で受け、該演算増幅器10の出
力電流を電流検出用抵抗11を通し負荷2に出力し、該
負荷2に印加する出力電圧Voを出力側ボルテージ・フ
ォロア16と電圧増幅用抵抗14を通して上記演算増幅
器10の逆相入力端子に帰還させると共に電圧増幅用抵
抗15を介して接地し、所定の電圧増幅度を得て装置の
出力電圧Voを出力する電圧増幅回路と、上記電流検
出用抵抗11の両端の電位差から所定の電圧V6を検出
する電流検出手段18と、上記電流検出手段18の出
力電圧を分割して上記電流増幅用抵抗17に接続してい
る電圧分圧回路24とを具備する電流電圧測定装置であ
る。
【0020】第5発明は、電圧・電流の増幅比率を可変
とした図4のその他の実施例に基づく具体的な発明であ
る。つまり、発明第1、第2、第3、第4のそれぞれに
おいて、電圧増幅用抵抗14を複数段並列に設けてスイ
ッチの切り換えにより電圧増幅度を所定に切り換え、更
に電流増幅用抵抗17を複数段並列に設けてスイッチを
切り換えて電流増幅度を所定に切り換えることを特徴と
する電流電圧測定装置である。
【0021】
【発明の実施の形態】発明の実施の形態を実施例に基づ
き図面を参照して説明する。図1に本発明の一実施例の
構成図を、図2に反転増幅回路を用いた他の実施例の構
成図を、図3に電流増幅帰還ラインを変更したその他の
実施例の構成図を、図4に電圧・電流の増幅比率を可変
としたその他の実施例の構成図を示す。まず、図1より
説明する。
【0022】図1は、第1発明の基本的な技術的思想の
構成図であり、第2発明の具体的な構成図でもある。こ
の発明は、負荷2に印加する装置の出力電圧Voの電圧
を、抵抗と電流増幅用帰還ライン19とを介して電圧増
幅回路の演算増幅器10の入力側に帰還させている。よ
って、電流増幅用帰還ライン19は電流検出手段18の
出力電圧V3の値をVin押し上げている。数式を用いて
説明する。
【0023】電圧増幅回路の演算増幅器10の出力電圧
をVとすると、電流検出用抵抗11の電位差は、V−V
o=RM・Io となる。そして電流検出手段18のオ
ペアンプの+入力端子には、(Vo+Vin)/2 の電
圧が印加されているので、電流検出手段18の出力電圧
V3は、V3=(Vo+Vin)−V=Vin−RM・Io
となる。
【0024】プログラマブル電源1からの入力電流Iin
は、入力側ボルテージ・フォロア20の入力インピーダ
ンスが無限大であるため、電流増幅用抵抗17を介して
電流検出手段18の出力側に流れる。従って、 Iin=(Vin−V3)/(n・RM) であり、上記V3を代入すると、Iin=Io/n とな
る。つまり、Io=n・Iin となり、常に負荷2に与
える負荷電流Ioは、プログラマブル電源1からの入力
電流Iinのn倍となり、この比率は変わらない。よっ
て、プログラマブル電源1の電流値Iinを計測すること
により、装置の出力電流Ioを知ることができる。
【0025】電圧増幅度は、従来の構成図である図5と
同様に、電圧増幅用抵抗14及び15の抵抗値比で決ま
り、(1+m) である。図1において、入力側ボルテ
ージ・フォロア20及び出力側ボルテージ・フォロア1
6は、いわゆる緩衝増幅器(バッファ・アンプ)であ
る。電流検出手段18は、図1の構成に限ることなく、
いろいろな回路構成が考えられる。
【0026】次に、図2について説明する。図2は反転
増幅回路を用いた実施例である。従って、非反転増幅回
路にするために、電圧反転回路21を用いている。そし
て、電圧増幅度はmとなり、電流増幅度はnである。数
式を用いて説明する。
【0027】電流検出手段18の出力電圧V4は、V4
=RM・Io である。従って、電圧加算回路23の出
力電圧V5は、V5=Vin−V4=−RM・Io とな
り、Iin=(Vin−V5)/(n・RM)=Io/n
となる。よって、Io=n・Iin となる。第3発明で
ある。
【0028】図3は電流増幅用帰還ラインを接地したそ
の他の実施例である。電圧増幅度は(1+m)となり、
電流増幅度はnである。数式を用いて説明する。電流検
出手段18の出力電圧V6は、V6=Vo−(m+1)
RM・Io である。従って、電圧分圧回路24の出力
電圧V7は、V7=V6/(m+1)=−RM・Io+
Vin となり、Iin=(Vin−V7)/(n・RM)=
Io/n となる。よって、Io=n・Iin となる。
第4発明である。
【0029】図4は電圧増幅度及び電流増幅度を所定の
増幅度に切り換えができる発明である。つまり、電圧増
幅用抵抗14を複数段並列に設け、スイッチで切り換え
るようにして電圧増幅度を所定の増幅度に切り換えるよ
うにする。電圧増幅用抵抗15を複数段並列に設けても
よい。また、電流増幅用抵抗17も複数段並列に設け、
スイッチで切り換えるようにして電流増幅度を所定の増
幅度に切り換えるようにする。第5発明である。
【0030】図4は図2の構成図を用いたが、これに限
ることなく、図1及び図3の構成図に用いてもよい。つ
まり、この発明は、第1発明、第2発明、第3発明及び
第4発明に共通して用いることができる。
【0031】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、この発明
は、既存の出力電圧及び出力電流を計測できるプログラ
マブル電源1を用いて、そのプログラマブル電源1の発
生電圧及び発生電流の能力を超える電圧あるいは電流が
必要な電子デバイスや電子回路、つまり負荷2の電流電
圧測定ができるようにした。つまり、所定の電圧増幅度
を持たし、更に所定の電流増幅度も持たし、そして小型
化した。
【0032】従って、被測定電子デバイスや電子回路が
どのように変更されても、その測定に対応できる電流電
圧測定装置であり、実用に供して、その技術的効果は大
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成図である。
【図2】本発明の反転増幅回路を用いた他の実施例の構
成図である。
【図3】本発明の電流増幅用帰還ラインを変更したその
他の実施例の構成図である。
【図4】本発明の電圧・電流増幅比率を可変としたその
他の実施例の構成図である。
【図5】従来の電圧増幅回路を有する電圧印加電流測定
装置の構成図である。
【図6】従来の電流増幅回路を有する電流印加電圧測定
装置の構成図である。
【符号の説明】
1 プログラマブル電源(D/A) 2 負荷 3 ADコンバータ 10 演算増幅器(オペアンプ:Operational Amplif
ier) 11 電流検出用抵抗 12 電流検出用減算器 13 電流増幅回路 14、15 電圧増幅用抵抗 16 出力側ボルテージ・フォロア 17 電流増幅用抵抗 18 電流検出手段 19 電流増幅用帰還ライン 20 入力側ボルテージ・フォロア 21 電圧反転回路 23 電圧加算回路 24 電圧分圧回路

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電流及び電圧を計測できるプログラマブ
    ル電源の電流電圧を入力し、演算増幅器で電圧増幅し、
    該演算増幅器の出力電流を電流検出用抵抗を通して負荷
    に出力し、該負荷に印加する装置の出力電圧を電圧増幅
    用抵抗を介して上記演算増幅器の逆相入力端子に帰還さ
    せると共に電圧増幅用抵抗を介し接地して所定の電圧増
    幅を得て出力電圧を負荷に出力する電流電圧測定装置に
    おいて、 装置の出力電圧を検出して所定の電圧を上記演算増幅器
    の入力側に帰還させる電流増幅用帰還ラインと、 上記電流検出用抵抗の両端の電位差を検出して所定の電
    圧を電流増幅用抵抗を介して装置の入力側に帰還させる
    電流検出手段と、 を具備することを特徴とする電流電圧測定装置。
  2. 【請求項2】 電流及び電圧を入力側ボルテージ・フォ
    ロアの入力端子と、電流増幅用抵抗を通して電流検出手
    段の出力端とに接続し、電流及び電圧を計測できるプロ
    グラマブル電源と、 出力電圧を演算増幅器の正相入力端子と、電流増幅用帰
    還ラインを通し抵抗を介して出力側ボルテージ・フォロ
    アの出力端とに接続する上記入力側ボルテージ・フォロ
    アと、 上記演算増幅器の出力電流を電流検出用抵抗を通し負荷
    に出力し、該負荷に印加する装置の出力電圧を出力側ボ
    ルテージ・フォロアと電圧増幅用抵抗を通して上記演算
    増幅器の逆相入力端子に帰還させると共に電圧増幅用抵
    抗を介して接地し、所定の電圧増幅度を得て装置の出力
    電圧を出力する電圧増幅回路と、 上記電流検出用抵抗の両端の電位差から所定の電圧を検
    出して上記電流増幅用抵抗に接続している電流検出手段
    と、 を具備することを特徴とする電流電圧測定装置。
  3. 【請求項3】 電流及び電圧を入力側ボルテージ・フォ
    ロアの入力端子と電流増幅用抵抗を通して電圧加算回路
    の出力端とに接続し、電流及び電圧を計測できるプログ
    ラマブル電源と、 入力側ボルテージ・フォロアからの電圧を入力して反転
    して出力する電圧反転回路と、 上記電圧反転回路の出力電圧を電圧増幅用抵抗を介して
    演算増幅器の逆相入力端子と、電圧加算回路の一端子と
    に出力し、 上記演算増幅器の逆相入力端子には上記電圧反転回路か
    ら電圧増幅用抵抗を介した電圧と更に装置の出力電圧を
    出力側ボルテージ・フォロア及び電圧増幅用抵抗とを介
    して入力し、正相入力端子は接地し、出力電流は電流検
    出用抵抗を通し出力電圧を負荷に出力する反転増幅回路
    を構成し、 上記電流検出用抵抗の両端の電位差から所定の電圧を検
    出して上記電圧加算回路の他端子に出力する電流検出手
    段と、 を具備することを特徴とする電流電圧測定装置。
  4. 【請求項4】 電流及び電圧を入力側ボルテージ・フォ
    ロアの入力端子と電流増幅用抵抗とを通して電圧分圧回
    路の出力端とに接続して、電流及び電圧を計測できるプ
    ログラマブル電源と、 上記入力側ボルテージ・フォロアの出力電圧を演算増幅
    器の正相入力端子で受け、該演算増幅器の出力電流を電
    流検出用抵抗を通し負荷に出力し、該負荷に印加する出
    力電圧を出力側ボルテージ・フォロアと電圧増幅用抵抗
    を通して上記演算増幅器の逆相入力端子に帰還させると
    共に電圧増幅用抵抗を介して接地し、所定の電圧増幅度
    を得て装置の出力電圧を出力する電圧増幅回路と、 上記電流検出用抵抗の両端の電位差から所定の電圧を検
    出する電流検出手段と、 上記電流検出手段の出力電圧を分割して上記電流増幅用
    抵抗に接続している電圧分圧回路と、 を具備することを特徴とする電流電圧測定装置。
  5. 【請求項5】 請求項1、2、3又は4において、電圧
    増幅用抵抗を複数段並列に設けてスイッチの切り換えに
    より電圧増幅度を所定に切り換え、更に電流増幅用抵抗
    を複数段並列に設けてスイッチを切り換え電流増幅度を
    所定に切り換えることを特徴とする電流電圧測定装置。
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