JP2554575B2 - 素子特性値測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧又は電流を変化さ
せながら被測定素子に供給し、そのときの被測定素子の
電流又は電圧値を読み取り表示する素子特性値測定装置
に関し、特に電流又は電圧の制限動作を行った場合の電
流値と電圧値の関係の測定を改善した素子特性値測定装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の素子特性値測定装置の一
実施例のブロック図である。操作パネルを操作すること
により、被測定素子２０に供給する電流値又は電圧値を
変えていくことができる。被測定素子２０に供給する電
流に対する被測定素子２０の電圧値を測定する場合（電
圧測定モード）は、マイクロプロセッサ１０がデジタル
・アナログ変換器（ＤＡＣ）３０の設定を変えて、その
出力電圧Ｖ３０を徐々に上げていく。被測定素子２０に
供給する電流の方向に応じてダイオード３８又は４０が
オンし、増幅器３４又は３６の反転及び非反転入力端が
イマジナリーショートして両端の電圧が等しくなるた
め、理想的には（特にダイオード３８又は４０の電圧降
下を無視すれば）電流検出抵抗器１６の両端間電圧Ｖ１
６が電圧Ｖ３０となる。よって、ＤＡＣ３０の設定によ
り、被測定素子２０に供給する電流を制御できる。な
お、電圧測定モード時には、ＤＡＣ１２は機能しない。
そして、そのときどきの被測定素子２０の電圧値Ｖｄを
緩衝増幅器（バッファ）２１及びスイッチ２５を介して
アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）２８に供給し、デ
ジタル値に変換してランダム・アクセス・メモリ（ＲＡ
Ｍ）４６に記憶する。

【０００３】一方、被測定素子２０に供給する電圧に対
する被測定素子２０の電流値を測定する場合（電流測定
モード）は、マイクロプロセッサ１０がデジタル・アナ
ログ変換器（ＤＡＣ）１２の設定を変えて、その出力電
圧Ｖ１２を徐々に変えていく。増幅器１４の反転及び非
反転入力端子がイマジナリーショートにより電圧が等し
くなるため、理想的には電圧Ｖ１２が被測定素子２０の
端子１８の電圧Ｖ１８となる。よって、ＤＡＣ１２の設
定により、被測定素子２０に供給する電圧を制御でき
る。なお、電流測定モード時には、ＤＡＣ３０は機能せ
ず、ダイオード３８及び４０もオフ状態である。そし
て、そのときどきの被測定素子２０の電流値Ｉｄを所定
の抵抗値Ｒ１６を有する電流検出抵抗器１６でその両端
間電圧Ｖ１６に変換し、この電圧値Ｖ１６を差動増幅器
２２及びスイッチ２５を介してＡＤＣ２８でデジタル値
に変換してＲＡＭ４６に記憶する。電流検出抵抗器１６
の抵抗値Ｒ１６がわかっているので、Ｖ１６とＲ１６の
値から被測定素子２０の電流値Ｉｄは計算できる。そし
て、その結果を表示器５０で表示する。上述において、
ＤＡＣ１２及び３０は、出力電圧が制御可能な電源の役
割を果たしていることになる。上述の２つの場合におい
て、以下で説明する制限動作を行わない限り、緩衝増幅
器２１又は差動増幅器２２の出力端のいずれかをスイッ
チ２５で選択すれば良い。

【０００４】被測定素子の保護のために、被測定素子に
供給する電流又は電圧値に対する被測定素子の電圧又は
電流値をそれぞれ制限することがしばしば必要である。
そこで、一般に被測定素子に供給する電流又は電圧値を
制限するリミッタ回路が設けられる。制限動作を行う場
合は、操作者が被測定素子２０に供給しても良い所望の
最大電流値Ｉｄｔ又は最大電圧値Ｖｄｔを操作パネル４
４で設定する。

【０００５】まず、被測定素子２０に供給する電圧に対
する被測定素子２０の電流を測定する場合において、被
測定素子に供給する電流を最大電流値Ｉｄｔより小さい
値に制限したい場合を説明する。マイクロプロセッサ１
０は、最大電流値Ｉｄｔが流れたときの電流検出抵抗器
１６の両端間電圧Ｖ１６ｔの絶対値をＤＡＣ３０が出力
するように、ＤＡＣ３０にデジタル値を設定する。この
設定は固定しておく。Ｖ１６ｔの絶対値としたのは、Ｖ
１６ｔが正及び負の値のどちらの場合にでも対応できる
ようにするためである。理想的には、ＤＡＣ３０の電圧
Ｖ３０をオームの法則からＶ３０ｔ＝｜Ｖ１６ｔ｜＝Ｉ
ｄｔ・Ｒ１６の関係にある電圧Ｖ３０ｔにすればよい。

【０００６】ＤＡＣ３０の出力電圧Ｖ３０ｔを、比較演
算器３６の正入力端（非反転入力端）に供給し、また、
電圧Ｖ３０ｔを反転増幅器３２を通して比較演算器３４
の正入力端に供給する。比較演算器３４及び３６の負入
力端（反転入力端）には、差動増幅器２２の出力電圧、
つまり、電流検出抵抗器１６の両端間電圧Ｖ１６が供給
される。差動増幅器２２の出力電圧Ｖ１６の絶対値が電
圧Ｖ３０ｔを越えると（電流制限動作状態に入ると）、
被測定素子２０に供給する電流方向に応じてダイオード
３４又は３６がオンして比較演算器３４又は３６は演算
増幅器として機能し、その正及び負入力端がイマジナリ
ーショートを起こす。よって、ダイオード３８又は４０
を通して電圧増幅器１４の非反転入力端に、電圧Ｖ１６
の絶対値を小さくする方向の電圧が印加され、電流検出
抵抗器１６の両端間電圧が設定値以上に増加しないよう
になる。これにより、被測定素子２０に供給される電流
は、ＤＡＣ３０で設定した電流値以上には流れずに制限
される。この電流制限動作を言い換えると、電流測定モ
ードから、ＤＡＣ３０の設定電圧が固定の電圧測定モー
ドに遷移したと考えても良い。

【０００７】

【０００８】次に、被測定素子２０に供給する電流に対
する被測定素子２０の電圧を測定する場合（電圧測定モ
ード）で、被測定素子に供給される電圧を最大電圧Ｖｄ
ｔより小さい値に制限したい場合を説明する。マイクロ
プロセッサ１０が、ＤＡＣ１２の出力電圧Ｖ１２を最大
電圧値Ｖｄｔに設定する。この設定は固定しておく。Ｄ
ＡＣ３０の出力電圧の絶対値を増加させることにより、
被測定素子２０に供給する電流を増加させると被測定素
子２０の電圧値も増加する。しかし、増幅器１４の非反
転入力端の電圧がＤＡＣ１２で設定した最大電圧値Ｖｄ
ｔに達すると、ＤＡＣ１２はその電圧を最大電圧値Ｖｄ
ｔに維持するため、増幅器３４又は３６から増幅器１４
及び増幅器２２へと至る帰還が機能せず、増幅器２２の
出力電圧の絶対値に比較してＤＡＣ３０の出力電圧の絶
対値の方が大きくなる。これによって増幅器３４又は３
６は再び比較演算器として機能し、オンしていたダイオ
ード３８又は４０がオフに遷移する。この電圧制限動作
を言い換えると、電圧測定モードから、ＤＡＣ１２の設
定電圧が固定の電流測定モードに遷移したと考えても良
い。こうして、被測定素子２０に供給される電圧がＤＡ
Ｃ１２で設定した最大電圧値Ｖｄｔに制限される。

【０００９】図４は、従来の素子特性値測定装置を用い
て、被測定素子に電流を供給してそのときの被測定素子
の電圧値を測定した場合の電圧値と電流値の関係を示し
たグラフである。図に示すように、被測定素子の電圧値
が制限する最大電圧値Ｖｄｔに達すると、リミッタ回路
により被測定素子には実際にはＶｄｔ以上の電圧が印可
されない。従って、電流も最大電圧値Ｖｄｔに達したと
き電流値以上の電流は、被測定素子に供給されない。し
かし、従来の素子特性値測定装置では、あたかも最大電
圧値Ｖｄｔに達したときの電流値以上の電流が被測定素
子に供給されているように表示されてしまう。被測定素
子に電圧を供給してそのときの被測定素子の電流値を測
定する場合も同様である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】電流又は電圧制限動作
が行われた場合には、電流又は電圧制限動作のために操
作者が設定する電圧又は電流値が実際には被測定素子に
供給されなくなることがある。それにも関わらず、表示
器には操作者が設定する電圧又は電流値が表示されるた
めに、表示された電圧又は電流値に対応しない被測定素
子の電流又は電圧が表示されてしまうことがあった。そ
のため、電圧又は電流制限動作状態での被測定素子の実
際の電流又は電圧値を把握できず、また、電圧又は電流
制限動作状態になっていることも認識するのが困難であ
った。

【００１１】そこで本発明の目的は、電圧又は電流制限
動作状態になっても被測定素子の実際の電流値及び電圧
値を実際の対応関係を測定できる素子特性値測定装置を
提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の素子特性値測定
装置は、被測定素子の第１電気特性値（電流又は電圧）
を所望の最大第１電気特性値（最大電流値又は最大電圧
値）に制限するリミッタ回路（３１）を有し、電源（１
２又は３０）により被測定素子２０の第２電気特性値
（電圧又は電流値）を変化させたときの被測定素子２０
の第１電気特性値（電流又は電圧値）を測定するもので
ある。このとき、最大値設定手段（３０又は１２）は、
第１電気特性値（電流又は電圧値）の最大値である最大
第１電気特性値（最大電流値又は最大電圧値）を設定す
る。

【００１３】第１検出手段（１６及び２２又は２１）
は、被測定素子（２０）の第１電気特性値（電流又は電
圧値）を検出する。第１サンプル・ホールド手段（２４
又は２３）は、第１検出手段（１６及び２２又は２１）
の出力をサンプルして保持する。第２検出手段（２１又
は１６及び２２）は、被測定素子（２０）の第２電気特
性値（電圧又は電流値）を検出する。第２サンプル・ホ
ールド手段（２３又は２４）は、第２検出手段（２１又
は１６及び２２）の出力をサンプルして保持する。第３
検出手段（入力ポート４２）は、被測定素子（２０）の
第１電気特性値（電流又は電圧値）が最大第１電気特性
値（最大電流値又は最大電圧値）を越えた瞬間を検出す
る。スイッチ手段（２６）は、第１及び第２サンプル・
ホールド手段（２３及び２４）の出力を選択する。アナ
ログ・デジタル変換器（２８）は、このスイッチ手段
（２６）からの出力をデジタル値に変換する。

【００１４】このとき、第３検出手段（４２）が被測定
素子（２０）の第１電気特性値（電流又は電圧値）が最
大第１電気特性値（最大電流値又は最大電圧値）を越え
た瞬間を検出すると、スイッチ手段（２６）が第１及び
第２サンプル・ホールド手段（２３及び２４）の出力を
選択的に切り換えてアナログ・デジタル変換器（２８）
に供給し、第１及び第２電気特性値（電圧及び電流値）
をほぼ同時に測定することを特徴とする。上述におい
て、第１及び第２電気特性値は、それぞれ電圧値又は電
流値のいずれか一方で、電圧値に対して電流値を測定す
るか、又は電流値に対して電圧値を測定するかによって
入れ替わる。

【００１５】

【実施例】図１は、本発明の素子特性値装置を示してい
る。図３と共通の部分には同じ符号を用いている。図３
のブロック図と異なる点は、緩衝増幅器２１及び差動増
幅器２２の出力電圧は、それぞれサンプル・ホールド回
路（Ｓ／Ｈ）２３及び２４に供給され、サンプル・ホー
ルド回路（Ｓ／Ｈ）２３及び２４の出力をスイッチ２６
で切換えてＡＤＣ２８に供給できることである。サンプ
ル・ホールド回路（Ｓ／Ｈ）２３及び２４には、ＡＤＣ
２８と同期するクロックが供給されており、このクロッ
クに従って入力信号をサンプルして保持する。

【００１６】まず、本発明の装置を用いて、被測定素子
２０に供給する電圧に対する被測定素子２０の電流値を
測定する場合を説明する。電流検出抵抗器１６の両端の
電圧をそれぞれ差動増幅器２２の正負の入力端に供給
し、差動増幅器２２の出力電圧をサンプル・ホールド
（Ｓ／Ｈ）回路２４でサンプルし保持（ホールド）す
る。これと同時に、出力端１８の電圧、つまり、被測定
素子２０の電圧を緩衝増幅器２１を介してサンプル・ホ
ールド（Ｓ／Ｈ）回路２３でサンプルし保持している。

【００１７】電流制限の上限である最大電流値Ｉｄｔに
達していない間は、スイッチ２６をサンプル・ホールド
回路２４の出力端側に設定しておく。つまり、電流値を
読み取る経路を選択する。サンプル・ホールド回路２３
の出力電圧をアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）２８
でデジタル値に変換する。得られたデジタル値と電流検
出抵抗器１６の抵抗値Ｒ１６からマイクロプロセッサ１
０は、被測定素子１６に流れる電流値を計算し、この電
流値を表示器で表示する。このときの被測定素子２０の
電圧値は、ＤＡＣ１２の設定値をそのまま用いれば良
く、特別な回路は必要ない。

【００１８】従来例において説明したように、被測定素
子２０に供給される電流が所定の最大電流値に達すると
ダイオード３８又は４０がオンとなる。これにより、入
力ポートが電流制限動作を検出する。このときに、本発
明の素子特性値測定装置によれば、サンプル・ホールド
回路２４の出力をアナログ・デジタル変換器２８でデジ
タル値に変換するだけでなく、スイッチ２６を切り換え
てサンプル・ホールド回路２３の出力もデジタル値に変
換する。サンプル・ホールド回路２３の出力は、出力端
１８、つまり、被測定素子１６の電圧値である。スイッ
チ２６の切換えは、クロックの１周期内で行い、サンプ
ル・ホールド回路２３及び２４がそれぞれ同一クロック
でサンプルした緩衝増幅器２１及び差動増幅器２２の出
力電圧をＡＤＣ２８に供給する。こうして、電流制限動
作が行われた瞬間から、クロックに同期して被測定素子
２０の電圧値及び電流値を測定する。つまり、電流制限
動作が行われない状態での電圧値は、設定された電圧値
を表示する一方、電流制限動作が行われた状態での電圧
値は、設定された電圧値ではなく、出力端１８から実測
した被測定素子２０の電圧値を表示器５０に表示するこ
とになる。

【００１９】次に本発明の装置を用いて、被測定素子２
０に供給する電流に対する被測定素子２０の電圧値を測
定する場合を説明する。電圧制限の上限である最大電圧
値Ｖｄｔに被測定素子２０の電圧値が達していない間
は、スイッチ２６をサンプル・ホールド回路２３の出力
端側に設定しておく。つまり、電圧値を読み取る経路を
選択する。このときの被測定素子２０の電流値は、ＤＡ
Ｃ３０の設定値から演算で得られる値を用いれば良い。
このとき、出力端１８の電圧を緩衝増幅器２１に供給
し、サンプル・ホールド（Ｓ／Ｈ）回路２３がサンプル
し保持する。これと同時に、電流検出抵抗器１６の両端
の電圧をそれぞれ差動増幅器２２の正負の入力端に供給
し、差動増幅器２２の出力電圧をサンプル・ホールド
（Ｓ／Ｈ）回路２４でサンプルし保持する。

【００２０】被測定素子２０に供給される電圧が所定の
最大電圧値に達すると、オンしていたダイオード３８又
は４０がオフとなる。これにより、入力ポート４２が電
圧制限動作を検出する。入力ポート４２はラッチを有
し、サンプル・ホールド回路２３及び２４で保持（ホー
ルド）動作をすると同時にリミッタ回路３１による制限
動作も保持する。このとき、サンプル・ホールド回路２
３の出力電圧をアナログ・デジタル変換器２８でデジタ
ル値に変換するだけでなく、スイッチ２６を切り換えて
サンプル・ホールド回路２４の出力電圧もデジタル値に
変換する。スイッチ２６の切換えは、クロックの１周期
内で行うのが良く、サンプル・ホールド回路２３及び２
４がそれぞれ同一クロックでサンプルして保持している
緩衝増幅器２１及び差動増幅器２２の出力電圧をＡＤＣ
２８に供給する。２つの出力電圧がアナログ・デジタル
変換された後に、再びサンプル・ホールド回路２３及び
２４はサンプル状態に戻る。こうして、電圧制限動作が
行われた瞬間から、クロックに同期して被測定素子２０
の電圧値及び電流値を測定する。つまり、電圧制限動作
が行われない状態での電流値は、設定された電流値を表
示する一方、電圧制限動作が行われた状態での電流値
は、設定された電流値ではなく、電流検出抵抗器１６の
両端間電圧を実測し、この電圧値から計算して得られる
被測定素子２０の電流値を表示器５０に表示することに
なる。

【００２１】図２は、本発明の素子特性値測定装置によ
り被測定素子に電流を供給してそのときの被測定素子の
電圧値を測定した場合の電圧値と電流値の関係を示した
グラフである。被測定素子の電圧値が最大電圧値Ｖｄｔ
に達すると、リミッタ回路により被測定素子にはＶｄｔ
以上の電圧が印可されない。そして、被測定素子の電圧
値が最大電圧値Ｖｄｔに達した瞬間から、被測定素子に
供給される電流値も上述ように実測して計算して表示す
る。よって、図に示すように、被測定素子の電圧値が最
大電圧値Ｖｄｔに達すると電圧及び電流はともに変化が
停止したことが容易に判断できる。被測定素子に電圧を
供給してそのときの被測定素子の電流値を測定する場合
も同様である。

【００２２】

【発明の効果】本発明の素子特性値測定装置によれば、
通常は、被測定素子に供給する電圧又は電流値は操作者
の設定値から求め、供給した電圧又は電流に対する被測
定素子の電流又は電圧値を実測する。しかし、電流又は
電圧制限動作状態になったときには、被測定素子に供給
する電圧又は電流についても略同時に実測する。よっ
て、電流又は電圧制限動作状態になったときも、電圧値
及び電流値の対応関係が正しいものとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の素子特性値測定装置の一実施例のブロ
ック図である。

【図２】本発明の素子特性値測定装置を用いて被測定素
子に電流を供給した場合の電圧値を測定した例を示すグ
ラフである。

【図３】従来の素子特性値測定装置の一実施例のブロッ
ク図である。

【図４】従来の素子特性値測定装置を用いて被測定素子
に電流を供給した場合の電圧値を測定した例を示すグラ
フである。

【符号の説明】

１０ 制御手段 １２ 電源又は最大値設定手段１６及び２２ 第１又は第２検出手段 ２０ 被測定素子 ２１ 第１又は第２検出手段 ２３ 第１又は第２サンプル・ホールド手段 ２４ 第１又は第２サンプル・ホールド手段 ２６ スイッチ手段 ２８ アナログ・デジタル変換器 ３０ 電源又は最大値設定手段 ３１ リミッタ回路 ４２ 第３検出手段

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被測定素子の第１電気特性値を所望の最
   大第１電気特性値に制限するリミッタ回路を有し、電源
   により上記被測定素子の第２電気特性値を変化させたと
   きの上記被測定素子の上記第１電気特性値を測定する素
   子特性値測定装置において、 上記最大第１電気特性値を設定する最大値設定手段と、 上記第１電気特性値を検出する第１検出手段と、該第１検出手段 の出力をサンプルして保持する第１サン
   プル・ホールド手段と、 上記第２電気特性値を検出する第２検出手段と、該第２検出手段 の出力をサンプルして保持する第２サン
   プル・ホールド手段と、 上記被測定素子の上記第１電気特性値が上記最大第１電
   気特性値を越えた瞬間を検出する第３検出手段と、 上記第１及び第２サンプル・ホールド手段の出力を選択
   するスイッチ手段と、該スイッチ手段からの出力をデジ
   タル値に変換するアナログ・デジタル変換器と、 制御手段とを具え、 該制御手段の制御により、上記第３検出手段が上記被測
   定素子の上記第１電気特性値が上記最大第１電気特性値
   を越えた瞬間を検出すると上記スイッチ手段が上記第１
   及び第２サンプル・ホールド手段の出力を選択的に切り
   換えて上記アナログ・デジタル変換器に供給し、上記第
   １及び第２電気特性値を略同時に測定することを特徴と
   する素子特性値測定装置。