JP2002351557A - 電流発生装置 - Google Patents

電流発生装置

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JP2002351557A
JP2002351557A JP2001156676A JP2001156676A JP2002351557A JP 2002351557 A JP2002351557 A JP 2002351557A JP 2001156676 A JP2001156676 A JP 2001156676A JP 2001156676 A JP2001156676 A JP 2001156676A JP 2002351557 A JP2002351557 A JP 2002351557A
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constant voltage
load
resistor
operational amplifier
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Takashi Kuwabara
孝 桑原
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷変動に強くて応答が速く、コンプライア
ンス電圧を高くできて高精度の定電流が得られる出力可
変の電流発生装置を提供すること。 【解決手段】 固定定電圧でレベルシフトされた可変定
電圧を定電流に変換して出力する第1の変換部と、この
第1の変換部から出力される定電流を定電圧に変換して
取り込み、さらに定電流に変換して負荷に出力する第2
の変換部、とで構成されたことを特徴とするもの。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は電流発生装置に関
し、詳しくは、負荷に定電流を供給する電流発生装置の
改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば電子回路部品として用いられる抵
抗器の抵抗値検査装置として、検査対象である抵抗器に
電流発生装置から定電流を流しながら抵抗器の両端の電
圧を測定するように構成されたものがある。
【0003】図5はこのような装置の一例を示すブロッ
ク図である。図において、演算増幅器OP1の非反転入力
端子には可変定電圧源Eが接続され、反転入力端子は基
準抵抗Rsを介して共通電位点に接続され、さらに反転入
力端子は負荷Lを介して出力端子に接続されている。こ
こで、可変定電圧源Eとしては例えばD/Aコンバータ
を用い、負荷Lとしては検査対象である抵抗器を接続す
る。
【0004】図5において、演算増幅器OP1は非反転入
力端子と反転入力端子の電圧が等しくなるように動作す
ることから以下の関係が成り立ち、負荷Lにかかわらず
負荷Lに流れる電流Iは一定となる。 I×Rs=E ∴I=E/Rs これにより、負荷Lの両端の電圧を測定することで、検
査対象である抵抗器の抵抗値を求めることができる。
【0005】図6はこのような装置の他の例のブロック
図であり、図5と共通する部分には同一の符号を付けて
いる。図において、演算増幅器OP1の非反転入力端子は
共通電位点に接続されている。出力端子と共通電位点間
には基準抵抗Rsと負荷Lとの直列回路が接続されてい
る。反転入力端子は抵抗値が既知の抵抗R1とR2が直列接
続された分圧回路の中点に接続されている。抵抗R1の他
端には可変定電圧源Eの陽極端子が接続され、抵抗R2の
他端には差動アンプDAの出力端子が接続されている。
可変定電圧源Eの陰極端子は共通電位点に接続されてい
る。差動アンプDAの一方の入力端子には基準抵抗Rsの
一端が接続され、他方の入力端子には基準抵抗Rsの他端
が接続されている。なお、差動アンプDAのゲインは1
に設定されている。
【0006】図6においても、演算増幅器OP1は非反転
入力端子と反転入力端子の電圧が等しくなるように動作
することから以下の関係が成り立ち、負荷Lにかかわら
ず負荷Lに流れる電流Iは一定となる。E/R1+I×Rs/
R2=0 ∴I=−(E/Rs)×(R2/R1)これにより、負荷
Lの両端の電圧を測定することで、検査対象である抵抗
器の抵抗値を求めることができる。
【0007】図7もこのような装置の他の例のブロック
図であり、図5と共通する部分には同一の符号を付けて
いる。図において、演算増幅器OP1の非反転入力端子は
抵抗値が既知の抵抗R1とR2が直列接続された分圧回路の
中点に接続されている。抵抗R2の他端は共通電位点に接
続されている。抵抗R1の他端は可変定電圧源Eの陽極端
子と基準抵抗Rsの接続点に接続されている。可変定電圧
源Eの陰極端子は共通電位点に接続されている。基準抵
抗Rsの他端は演算増幅器OP1の反転入力端子に接続され
るとともに、Pチャンネルの電界効果トランジスタFET1
と負荷Lの直列回路を介して共通電位点に接続されてい
る。FET1のゲートは演算増幅器OP1の出力端子に接続さ
れている。
【0008】図7においても、演算増幅器OP1は非反転
入力端子と反転入力端子の電圧が等しくなるように動作
することから以下の関係が成り立ち、負荷Lにかかわら
ず負荷Lに流れる電流Iは一定となる。 I×Rs=E×R1/(R1+R2) ∴I=(E/Rs)×{R1/(R1
+R2)} これにより、負荷Lの両端の電圧を測定することで、検
査対象である抵抗器の抵抗値を求めることができる。
【0009】図8もこのような装置の他の例のブロック
図であり、図5と共通する部分には同一の符号を付けて
いる。図において、演算増幅器OP1の非反転入力端子に
は可変定電圧源Eの陰極端子が接続されている。可変定
電圧源Eの陽極端子は、定電圧源Esの陽極端子と基準抵
抗Rsの接続点に接続されている。定電圧源Esの陰極端子
は共通電位点に接続されている。基準抵抗Rsの他端は演
算増幅器OP1の反転入力端子に接続されるとともに、FET
1と負荷Lの直列回路を介して共通電位点に接続されて
いる。FET1のゲートは演算増幅器OP1の出力端子に接続
されている。
【0010】図8においても、演算増幅器OP1は非反転
入力端子と反転入力端子の電圧が等しくなるように動作
することから以下の関係が成り立ち、負荷Lにかかわら
ず負荷Lに流れる電流Iは一定となる。 I×Rs=E ∴I=E/Rs これにより、負荷Lの両端の電圧を測定することで、検
査対象である抵抗器の抵抗値を求めることができる。
【0011】しかし、図5および図6の回路では、負荷
Lがフィードバックループに入っているため、そのルー
プゲインが負荷Lによって変動する。特にインダクタン
ス成分を含んだ負荷Lに対しては不安定となる。安定性
を確保するためには位相補償を深くかければよいが、位
相補償を深くすると応答が遅くなる。
【0012】図7の回路では、負荷Lがフィードバック
ループの外にあるので、負荷変動には強い。従って位相
補償による遅れも少なく、高速応答が得られる。
【0013】ところが、負荷Lに印加可能なコンプライ
アンス電圧は、可変定電圧源Eで制限されてしまう。つ
まり、発生する電流値Iによってコンプライアンス電圧
が制限されるので、高い電圧が得にくいという問題があ
る。
【0014】図8の回路では、図7と同様に負荷変動に
強く、応答も速い。また、基準電圧Esを大きくすること
により、コンプライアンス電圧も高くできる。
【0015】しかし、発生する電流値Iを決める可変定
電圧源Eは基準電圧Esを基準に作らなければならない。
図9にその詳細を示す。
【0016】図9において、演算増幅器OP2の反転入力
端子は抵抗値が既知の抵抗R1とR2が直列接続された分圧
回路の中点に接続されている。抵抗R2の他端は演算増幅
器OP1の非反転入力端子と演算増幅器OP2の出力端子の接
続点に接続され、抵抗R1の他端は可変定電圧源E'の陽
極端子に接続されている。可変定電圧源E'の陰極端子
は共通電位点に接続されている。演算増幅器OP2の非反
転入力端子は抵抗値が既知の抵抗R3とR4が直列接続され
た分圧回路の中点に接続されている。抵抗R3の他端は定
電圧源Esの陽極端子と基準抵抗Rsの接続点に接続され、
抵抗R4の他端は共通電位点に接続されている。
【0017】このような回路構成において、抵抗R3と定
電圧源Esの陽極端子および基準抵抗Rsとの接続点と演算
増幅器OP1の非反転入力端子との間の電圧をEとする
と、以下の関係が成り立つ。 E=E'×R2/R1+Es×(1−{(R1+R2)/R1}×{R4/(R3+R
4)} ) ここでR1=R3,R2=R4とすれば E=E'×R2/R1 となるが、これらR1=R3,R2=R4の抵抗値のマッチング
には限界があるので下線部は誤差項として残る。
【0018】そして、さらに高いコンプライアンス電圧
を得るためには、Esは大きくしてEは小さくしなければ
ならず、Eに対する下線部の影響は大きくなる。すなわ
ち、図9の回路構成では高精度化は困難である。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を解決するものであり、その目的は、負荷変動に強く
て応答が速く、コンプライアンス電圧を高くできて高精
度の定電流が得られる出力可変の電流発生装置を提供す
ることにある。
【0020】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
る請求項1の発明は、固定定電圧でレベルシフトされた
可変定電圧を定電流に変換して出力する第1の変換部
と、この第1の変換部から出力される定電流を定電圧に
変換して取り込み、さらに定電流に変換して負荷に出力
する第2の変換部、とで構成されたことを特徴とする電
流発生装置である。
【0021】請求項2の発明は、請求項1記載の電流発
生装置において、第1の変換部および第2の変換部は、
演算増幅器の出力端子にゲートが接続されたFETを含
むことを特徴とする。
【0022】請求項3の発明は、請求項2記載の電流発
生装置において、第1の変換部と第2の変換部の演算増
幅器の出力端子に接続されるFETの伝導形式が互いに
異なることを特徴とする。
【0023】これらにより、負荷変動に対して高速に応
答する高精度の定電流を供給できるとともに、負荷に印
加するコンプライアンス電圧を高くできる。
【0024】請求項4の発明は、請求項1〜請求項3い
ずれかに記載の電流発生装置において、負荷として抵抗
値を測定する抵抗器を接続することを特徴とする。
【0025】これにより、負荷の両端の電圧を測定する
ことで抵抗値を高速かつ高精度に測定できる。
【0026】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図1は本発明の実施の形態の一例を
示す回路図であり、図9と共通する部分には同一の符号
を付けている。図において、演算増幅器OP2の非反転入
力端子には可変定電圧源E'の陽極端子が接続され、こ
の可変定電圧源E'の陰極端子は共通電位点に接続され
ている。演算増幅器OP2の出力端子にはNチャンネルのF
ET2のゲートが接続されている。FET2は抵抗R2とR1の間
に直列接続されていて、抵抗R1の他端は共通電位点に接
続され、抵抗R2の他端は定電圧源Esの陽極端子と基準抵
抗Rsとの接続点に接続されている。演算増幅器OP2の反
転入力端子は抵抗R1とFET2の接続点に接続され、演算増
幅器OP1の非反転入力端子は抵抗R2とFET2の接続点に接
続されている。
【0027】図1において、演算増幅器OP2とその周辺
回路は、固定定電圧でレベルシフトされた可変定電圧を
定電流に変換して出力する第1の変換部として機能す
る。演算増幅器OP1とその周辺回路は、第1の変換部か
ら出力される定電流を定電圧に変換して取り込み、さら
に定電流に変換して負荷に出力する第2の変換部として
機能する。
【0028】すなわち、演算増幅器OP2は、可変定電圧
源E'と抵抗R1に発生する電圧が等しくなるようにFET2
のゲート電圧を制御する。これにより、以下の関係が成
り立つ。 I'×R1=E' ∴I'=E'/R1 ここで、電流I'は可変定電圧源E'と抵抗R1で決まるた
め、高精度化は容易である。
【0029】一方、演算増幅器OP1の非反転入力端子お
よびFET1のゲートには電流が流れないので、電流I'は
そのまま抵抗R2に流れ、定電圧源Esと演算増幅器OP1の
非反転入力端子の間に電位差Eが発生する。演算増幅器
OP1はこの電位差Eと基準抵抗Rsに発生する電圧が等し
くなるように、FET1のゲート電圧を制御するため、以下
の関係が成り立つ。 I'×R2=I×Rs ∴I=I'×(R2/Rs)=(E'/Rs)×
(R2/R1) 最終的に出力される電流Iも可変定電圧源E'と基準抵
抗Rsで決まるため、高精度化は容易である。
【0030】ここで、発生する電流値Iを可変にするた
めには、定電圧源E'として高精度のD/Aコンバータを
使えばよい。一方、定電圧源Esは電流Iに影響を与えな
いので、希望するコンプライアンス電圧を確保できれば
でよく、高精度である必要はない。
【0031】そして、負荷Lはフィードバックループの
外にあるので、負荷変動に対しても強く、高速応答が得
られる。
【0032】ところで、可変定電圧源E'として用いる
代表的な高精度D/Aコンバータは基準電圧源とラダー
抵抗から構成される電流出力型であり、これを演算増幅
器でI/V変換して電圧を得るために出力電圧は負極性
になる。
【0033】したがって、このような高精度D/Aコン
バータを図1の可変定電圧源E'として用いるために
は、I/V変換された負極性の出力電圧を反転アンプを
通して正極性電圧に変換する必要がある。
【0034】これについては、図1の回路構成の一部を
図2のように変形することにより、I/V変換された負
極性の出力電圧をそのまま扱うことができる。すなわ
ち、図2は可変定電圧源E'が負極性電圧を出力する例
を示している。具体的には、演算増幅器OP2の非反転入
力端子は共通電位点に接続されている。そして、演算増
幅器OP2の反転入力端子は抵抗R1とFET2の接続点に接続
され、抵抗R1の他端は可変定電圧源E'の陰極端子に接
続され、可変定電圧源E'の陽極端子は共通電位点に接
続されている。
【0035】図2においてもI'×R1=E'の関係が成り
立つので、図1と同様に電流出力を得ることができる。
【0036】図3は図2の変形例であって、逆極性の電
流Iが得られるようにしたものである。図1と比較する
と、可変定電圧源E'および定電圧源Esの極性が逆にな
り、FET1がPチャンネル、FET2がNチャンネルになって
いる。
【0037】すなわち、演算増幅器OP2の非反転入力端
子には可変定電圧源E'の陰極端子が接続され、可変定
電圧源E'の陽極端子は共通電位点に接続されている。
演算増幅器OP2の出力端子にはPチャンネルのFET2のゲ
ートが接続されている。FET2は抵抗R2とR1の間に直列接
続されている。抵抗R1の他端は共通電位点に接続され、
抵抗R2の他端は定電圧源Esの陰極端子と基準抵抗Rsの接
続点に接続されている。定電圧源Esの陽極端子は共通電
位点に接続されている。演算増幅器OP2の反転入力端子
は抵抗R1とFET2の接続点に接続され、演算増幅器OP1の
非反転入力端子は抵抗R2とFET2の接続点に接続されてい
る。基準抵抗Rsの他端はNチャンネルのFET1を介して負
荷Lの一端に接続され、負荷Lの他端は共通電位点に接
続されている。
【0038】図3のように構成することにより、図2と
は逆極性の電流出力を得ることができる。
【0039】図4は図3の変形例であって、可変定電圧
源E'の極性を逆にして接続したものである。すなわ
ち、演算増幅器OP2の非反転入力端子は共通電位点に接
続されている。演算増幅器OP2の反転入力端子は抵抗R1
とFET2の接続点に接続されている。抵抗R1の他端は可変
定電圧源E'の陽極端子に接続され、可変定電圧源E'の
陰極端子は共通電位点に接続されている。
【0040】図4のように構成することにより、図3と
同様に図2とは逆極性の電流出力を得ることができる。
【0041】これらの構成によれば、例えば0〜30V
程度の比較的高いコンプライアンス電圧が得られる。そ
して、負荷Lに対して高速応答する高精度の例えば1μ
A〜30mA程度の定電流を与えることができ、負荷L
の両端の電圧を図示しない電圧測定器で測定することに
より負荷Lの100Ω〜1KΩ程度の抵抗値を精度よく
高速に測定できる。
【0042】なお本発明装置は定電流を供給できること
から、その用途は抵抗値の測定に限るものではなく、例
えば電子負荷としても用いることができる。また、バッ
テリーの放電特性試験や各種電子部品評価用の電流源と
しても有効である。
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
負荷変動に強くて応答が速く、コンプライアンス電圧を
高くできて高精度の定電流が得られる出力可変の電流発
生装置が実現でき、抵抗値測定装置や電子負荷などの高
速・高精度の検査機能が求められる各種検査装置として
有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の一例を示す回路図であ
る。
【図2】図1の回路の変形例を示す回路図である。
【図3】図1の回路の他の変形例を示す回路図である。
【図4】図1の回路の他の変形例を示す回路図である。
【図5】従来の回路図である。
【図6】従来の他の回路図である。
【図7】従来の他の回路図である。
【図8】従来の他の回路図である。
【図9】従来の他の回路図である。
【符号の説明】
OP1,OP2 演算増幅器 FET1,FET2 電界効果トランジスタ E' 可変定電圧源 Es 定電圧源 Rs 基準抵抗 R1,R2 抵抗 L 負荷

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】固定定電圧でレベルシフトされた可変定電
    圧を定電流に変換して出力する第1の変換部と、 この第1の変換部から出力される定電流を定電圧に変換
    して取り込み、さらに定電流に変換して負荷に出力する
    第2の変換部、とで構成されたことを特徴とする電流発
    生装置。
  2. 【請求項2】第1の変換部および第2の変換部は、演算
    増幅器の出力端子にゲートが接続されたFETを含むこ
    とを特徴とする請求項1記載の電流発生装置。
  3. 【請求項3】第1の変換部と第2の変換部の演算増幅器
    の出力端子に接続されるFETの伝導形式が互いに異な
    ることを特徴とする請求項2記載の電流発生装置。
  4. 【請求項4】負荷として抵抗値を測定する抵抗器を接続
    することを特徴とする請求項1〜請求項3いずれかに記
    載の電流発生装置。
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