測定装置
【課題】定電流を測定対象物に流すための電流制御用の出力トランジスタで生じる電力損失を、測定対象物の抵抗やプローブの配線抵抗の大小によらず小さくすることができ、トランジスタで発生する熱量を小さくすることができる測定装置を提供する。
【解決手段】測定装置１は、電源部２から測定対象物Ｒdutに電流Ｉcを流す経路内に、定電流を流すように駆動されるトランジスタＱ１を配して、測定対象物Ｒdutに定電流を供給し、測定対象物Ｒdutの両端電圧を検出して、測定対象物Ｒdutのパラメータを測定する測定装置であって、電源部２が出力電圧を変更可能になっており、電源部２に出力電圧を設定する電圧設定部６を備えると共に、トランジスタＱ１のＶCEを検出する電位差検出部３と、電位差検出部３の検出したＶCEを、トランジスタＱ１の飽和電圧ＶCE(sat)に基づく閾値に対して比較する比較部５とを備えるものである。
【解決手段】測定装置１は、電源部２から測定対象物Ｒdutに電流Ｉcを流す経路内に、定電流を流すように駆動されるトランジスタＱ１を配して、測定対象物Ｒdutに定電流を供給し、測定対象物Ｒdutの両端電圧を検出して、測定対象物Ｒdutのパラメータを測定する測定装置であって、電源部２が出力電圧を変更可能になっており、電源部２に出力電圧を設定する電圧設定部６を備えると共に、トランジスタＱ１のＶCEを検出する電位差検出部３と、電位差検出部３の検出したＶCEを、トランジスタＱ１の飽和電圧ＶCE(sat)に基づく閾値に対して比較する比較部５とを備えるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流制御用のトランジスタにより電源部から測定対象物に定電流を供給し、測定対象物のパラメータを測定する測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測定装置には、抵抗測定装置やインピーダンス測定装置などのように、測定対象物に定電流を流し、２端子法や４端子法によって測定対象物の両端電圧を検出して、オームの法則に従い抵抗値やインピーダンスの値の測定を行うものがある。例えば、特許文献１に、４端子法で抵抗値を測定する抵抗測定装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１の抵抗測定装置では、同文献中の図１に示されているように、測定対象物（被測定物Ｒｘ）には、トランジスタ（半導体素子１４）を介して、定電流が供給される。トランジスタには電源部（駆動電源１５）が接続されていて、測定対象物に定電流が流れるように、トランジスタが負帰還制御されている。
【０００４】
このような測定装置の動作を説明するために、一般的な従来の測定装置の回路構成図を、図５に示す。なお、出力トランジスタとして特許文献１のようにＮＰＮ型トランジスタを用いてもよいが、図５では、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧を小さく使用することができるＰＮＰ型トランジスタを用いた回路例を図示している。
【０００５】
測定装置１００では、同図中に破線矢印で示すように、電源ＶccからトランジスタＱ１０１、電流供給端子Ｈｃ、プローブＰ１、測定対象物Ｒdut、プローブＰ２、電流供給端子Ｌｃ、電流検出抵抗Ｒ１０１の経路で測定用の電流Ｉcが流れる。この電流Ｉcにより電流検出抵抗Ｒ１０１に発生する電圧が、オペアンプＡ１０１の非反転入力端子に入力されている。又、オペアンプＡ１０１の反転入力端子には、基準電圧源Ｄ１０１から基準電圧Ｖrefが入力されている。オペアンプＡ１０１の出力端子が、抵抗１０２を介してトランジスタＱ１０１のベースに接続されていることで、オペアンプＡ１０１は、電流検出抵抗Ｒ１０１に発生する電圧が基準電圧Ｖrefに等しくなるように、トランジスタＱ１０１を駆動（負帰還制御）する。これにより、電流検出抵抗Ｒ１０１に流れる電流Ｉc、つまり、測定対象物Ｒdutに流れる測定用の電流Ｉcは一定の定電流になる。
【０００６】
又、電圧測定部９０の電圧検出端子Ｈｖに接続されたプローブＰ３、及び電圧検出端子Ｌｖに接続されたプローブＰ４が、測定対象物Ｒdutの両端に接触されていて、電圧測定部９０が測定対象物Ｒdutの両端電圧を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平４−１１８６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図５に示した測定装置１００では、測定対象物Ｒdutの抵抗値に関わらず、常に定電流が流れるように動作する。この定電流が流れるように、トランジスタＱ１０１のコレクタ−エミッタ間電位差（ＶCE）が変化する。例えば、測定対象物Ｒdutの抵抗値が小さいときには、トランジスタＱ１０１のＶCEが大きくなり、測定対象物Ｒdutの抵抗値が大きいときには、ＶCEが小さくなる。トランジスタＱ１０１には電流Ｉcが流れるため、ＶCEとＩcとを乗算した値の電力がトランジスタＱ１０１で熱として消費される。抵抗値が小さいときには、ＶCEが大きくなるため、発熱量は大きくなる。
【０００９】
又、図示していないが、測定装置１００は測定値の範囲に対応して切り換える測定レンジを有していて、測定レンジによって、定電流Ｉcの電流値を切り換えるようになっている。低抵抗を測定する測定レンジでは、抵抗値を精度よく測定するように、電流Ｉcの電流値を大きくしている。例えば、１００ｍΩレンジでは、電流Ｉcとして１Ａの定電流を流す。このように測定用に大きな電流を流すときには、測定対象物Ｒdutの抵抗値が小さいと、トランジスタＱ１０１で発生する熱量は一層大きくなる。
【００１０】
そのため、トランジスタＱ１０１に、放熱フィンや放熱ファンなど放熱用の部品を備える必要があるし、熱となる電力が無駄である。又、装置内の温度が上昇するため、各使用部品の温度特性により、回路定数が変動し、測定結果に影響がでる場合もある。
【００１１】
又、例えば、図５において、電源電圧Ｖcc＝１．５Ｖ、基準電圧Ｖref＝１００ｍＶ、電流検出抵抗Ｒ１０１＝１００ｍΩ、測定対象物Ｒdut＝１ｍΩ、プローブＰ１，Ｐ２の配線にＡＷＧ２４（８４．２１ｍΩ／ｍ）を各５ｍ使用したときに、配線抵抗（図５に等価的にＲｃ１，Ｒｃ２で示す）の総和が８４０ｍΩであるときは、トランジスタＱ１０１のＶCEは、電源電圧Ｖccから測定対象物Ｒdut、プローブＰ１，Ｐ２、及び電流検出抵抗Ｒ１０１の電圧降下を減算して、
ＶCE＝１．５−１×（０．００１＋０．８４０＋０．１）＝０．５５９Ｖ
になる。したがって、トランジスタＱ１０１の消費電力Ｐは、
Ｐ＝１×０．５５９＝０．５５９Ｗ になる。
【００１２】
又、プローブＰ１，Ｐ２の配線が各０．５ｍであるときに、その配線抵抗の総和が８４ｍΩになる。この場合、
ＶCE＝１．５−１×（０．００１＋０．０８４＋０．１）＝１．３１５Ｖ
である。したがって、トランジスタＱ１０１の消費電力Ｐは、
Ｐ＝１×１．３１５＝１．３１５Ｗ になる。
【００１３】
このように、低抵抗を測定するときは、プローブＰ１，Ｐ２の配線抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２によっても、トランジスタＱ１０１の消費電力の値は大きく変化する。
【００１４】
トランジスタＱ１０１の消費電力（電力損失）を小さくするために、電源電圧を低くすることも考えられるが、配線抵抗Ｒｃ１＋Ｒｃ２として許容できる抵抗分が減少するため、電源電圧をあまり小さくすることはできない。
【００１５】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、定電流を測定対象物に流すための電流制御用の出力トランジスタで生じる電力損失を、測定対象物の抵抗やプローブの配線抵抗の大小によらず小さくすることができ、トランジスタで発生する熱量を小さくすることができる測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された測定装置は、電源部から測定対象物に電流を流す経路内に、定電流を流すように駆動されるトランジスタを配して、該測定対象物に該定電流を供給し、該測定対象物の両端電圧を検出して、該測定対象物のパラメータを測定する測定装置であって、該電源部が、出力電圧を変更可能になっており、該電源部に該出力電圧を設定する電圧設定部を備えると共に、該トランジスタに生じる電位差を検出する電位差検出部と、該電位差検出部の検出した該電位差を、該トランジスタの飽和電圧に基づく閾値に対して比較する比較部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載された測定装置は、請求項１に記載のもので、前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記電源部の前記出力電圧を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載された測定装置は、請求項２に記載のもので、前記電源部が、複数の前記出力電圧の中から一つの出力電圧を出力可能に構成されており、前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値よりも大きくなり、かつ最小となる該出力電圧を該電源部に出力させることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載された測定装置は、請求項２に記載のもので、前記電源部が、連続的に出力電圧を変更して出力可能に構成されており、前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値になるように、該電源部を制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載された測定装置は、請求項１から４のいずれかに記載のもので、前記比較部が、ヒステリシス回路を有していることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載された測定装置は、請求項１から５のいずれかに記載のもので、前記電圧設定部が設定する出力電圧を、手動操作により入力するための操作手段と、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値以下のときに警告を発する警告部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の測定装置によれば、電源部が出力電圧を変更可能であり、電源部に出力電圧を設定する電圧設定部を備えることで、電源電圧を変更してトランジスタに生じる電位差を調整できるので、トランジスタで生じる電力損失を適宜調整することができる。このため、トランジスタの発生する熱量を小さく調整できる。さらに、トランジスタに生じる電位差を検出する電位差検出部と、電位差検出部の検出した電位差を、トランジスタの飽和電圧に基づく閾値に対して比較する比較部とを備えているので、トランジスタに生じる電位差が飽和電圧に対して適正かどうか判定することができる。
【００２３】
電圧設定部が比較部の比較結果に基づいて電源部の出力電圧を制御する場合、トランジスタで生じる電位差を、電力損失の少ない適正な値に自動的に設定することができる。
【００２４】
電源部が複数の出力電圧の中から１つを出力可能に構成されており、電圧設定部が比較部の比較結果に基づいて、トランジスタに生じる電位差が閾値よりも大きくなり、かつ最小となる出力電圧を電源部に出力させる場合、正常に動作する最小の電源電圧に自動的に切り替わるので、トランジスタの電力損失を小さくすることができる。
【００２５】
電源部が連続的に出力電圧を変更して出力可能に構成されており、電圧設定部が比較部の比較結果に基づいて、トランジスタに生じる電位差が閾値になるように、電源部を制御する場合、トランジスタの電力損失を、自動的に常に一定の小さな値とすることができる。
【００２６】
比較部がヒステリシス回路を有している場合、閾値付近で比較結果のばたつきを防止できる。又、ヒステリシス回路を有することで、比較部の比較結果に基づいて電圧設定部が電源部に電源電圧を設定する構成のときに、例えばプローブの接触抵抗の変動などによりトランジスタの電位差が変動したとしても、この変動に追随して電源電圧が変化してしまうことを防止でき、電源電圧を安定させることができる。
【００２７】
電圧設定部が設定する出力電圧を、手動操作により入力するための操作手段と、比較部の比較結果に基づいて、トランジスタに生じる電位差が閾値以下のときに警告を発する警告部とを備える場合、測定者が手動操作で電源電圧を変更することができるので、測定の自由度が増す。さらに、電源電圧が不足しているときには警告部から警告が発せられるので、測定者は、警告の有無で電源電圧が適正であるか否かを知ることができ、警告が発せられたときは電源電圧を高くして、正しい測定状態で測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用する測定装置の使用状態における要部を示す回路構成図である。
【図２】本発明を適用する他の測定装置の使用状態における要部を示す回路構成図である。
【図３】本発明を適用するさらに他の測定装置の使用状態における要部を示す回路構成図である。
【図４】本発明を適用する測定装置に使用される電位差検出部の一例を示す回路図である。
【図５】従来の測定装置の使用状態を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
図１に、本発明を適用する測定装置１の要部を示す。測定装置１は、測定対象物Ｒdutに測定用の定電流Ｉcを流すために、電源部２、トランジスタＱ１、電流供給端子Ｈｃ，Ｌｃ、プローブＰ１，Ｐ２、電流検出抵抗Ｒ１、基準電圧源Ｄ１、オペアンプＡ１、抵抗Ｒ２、電位差検出部３、閾値規定部４、比較部５、電圧設定部６を備えている。なお、図１では、図５に示した電圧検出部９０やプローブＰ３，Ｐ４の図示を省略している。
【００３１】
電源部２は、出力電圧を変更可能に構成されているものである。この例では、電源部２が複数の異なる電源電圧の中から一つの電源電圧を選択的に切換えて出力することで、出力電圧が変更可能になっている。具体的には、一例として、定電圧回路１１ａが、電源電圧Ｖccから一定の電源電圧Ｖ１を生成し、定電圧回路１１ｂが、一定の電源電圧Ｖ２を生成している。ここで、電源電圧Ｖ１＜電源電圧Ｖ２の関係になっている。なお、電源電圧Ｖ２として、一定の電源電圧Ｖccを使用してもよい。切換スイッチＳＷ１は、２入力の内の１つを切り換えて出力する例えば電磁リレー又は半導体スイッチである。切換スイッチＳＷ１は、電圧設定部６に制御されて、入力端子に接続された電源電圧Ｖ１、及び電源電圧Ｖ２の内の一つを出力する。この切換スイッチＳＷ１の出力端子は、トランジスタＱ１のエミッタに接続されている。
【００３２】
トランジスタＱ１は、電源部２から測定対象物Ｒdutに電流を流す経路内に配されていて、定電流を流すように駆動される。具体的には、トランジスタＱ１は、ＰＮＰ型トランジスタであり、そのコレクタが電流供給端子Ｈｃに接続されている。電流供給端子Ｈｃに、プローブＰ１が取り付けられて、その接触子が測定対象物Ｒdutの一端に接触されている。また、電流供給端子ＬｃにプローブＰ２が取り付けられて、その接触子が測定対象物Ｒdutの他端に接触されている。電流供給端子Ｌｃは、電流検出抵抗Ｒ１を介して基準グランド電位に接続されている。また、電流供給端子Ｌｃは、オペアンプＡ１の非反転入力端子に接続されている。基準グランド電位に対して基準電位Ｖrefを出力する基準電圧源Ｄ１がオペアンプＡ１の反転入力端子に接続されている。オペアンプＡ１の出力端子は、抵抗Ｒ２を介して、トランジスタＱ１のベースに接続されている。
【００３３】
電位差検出部３は、トランジスタＱ１のエミッタに入力端子ＩＮ１が接続されており、コレクタに入力端子ＩＮ２が接続されている。電位差検出部３は、測定用の電流Ｉcが流れることでトランジスタＱ１に生じる電位差、つまり、コレクタ−エミッタ間電位差（ＶCE）を検出する。電位差検出部３は、検出したＶCEに等しい直流電圧を、出力端子ＯＵＴから出力する。なお、電位差検出部３がＶCEを所定の増幅率で増幅して出力するようにしてもよい。この出力端子ＯＵＴは、比較部５の入力端子Ａに接続されている。比較部５の入力端子Ｂには、閾値規定部４が接続されている。
【００３４】
閾値規定部４は、トランジスタの飽和電圧に基づく閾値を出力可能になっている。この例では、閾値規定部４は、閾値として、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間飽和電位差（飽和電圧）ＶCE(sat)と等しい直流電圧を比較部５に出力する。なお、閾値規定部４が、閾値としてＶCE(sat)を所定の増幅率で増幅して出力するようにしてもよい。ＶCE(sat)としては、飽和し始める飽和開始電圧を用いることが好ましい。
【００３５】
比較部５は、電位差検出部３の検出したＶCEと、閾値規定部４から出力されるＶCE(sat)とを比較して、その比較結果を電圧設定部６に出力する。この例では、比較部５は、比較結果として、ＶCEがＶCE(sat)よりも高いか低いかを示すと共に、ＶCEとＶCE(sat)との差を示す電圧（信号）を出力する。
【００３６】
電圧設定部６は、比較部５の比較結果に基づいて、トランジスタＱ１に生じるＶCEが飽和電圧ＶCE(sat)よりも大きく、かつ所定電位差以下になるように、電源部２を制御する。
【００３７】
次に、測定装置１の動作について説明する。
【００３８】
先ず、概要について説明する。測定装置１では、同図中に破線矢印で示す経路で電流Ｉcが流れ、この電流Ｉcが測定用の定電流になるように、つまり、電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧が、基準電圧Ｖrefと等しい電圧になるように、オペアンプＡ１がトランジスタＱ１を駆動（負帰還制御）する。この負帰還制御で電流Ｉcが測定用の定電流になっているときは、トランジスタＱ１が活性領域で動作しており飽和していないので、ＶCEはＶCE(sat)よりも大きくなる。ＶCEがＶCE(sat)よりも必要以上に大き過ぎるときは、トランジスタＱ１で生じる電力損失が大きくなるので、トランジスタＱ１が飽和しない程度に、電源電圧を低くすればよい。
【００３９】
一方、電源電圧が低くてトランジスタＱ１が飽和してしまうと、電流Ｉcが測定用の定電流よりも小さな電流になり、ＶCEがＶCE(sat)以下になる。したがって、ＶCEがＶCE(sat)以下のときは、トランジスタＱ１が飽和しないように、電源電圧を高く変更すればよい。
【００４０】
以下、具体的に説明する。比較部５は、一例として、次の（１）式に示すように、電位差検出部３が検出したトランジスタＱ１のＶCEと、閾値規定部４の出力するＶCE(sat)との差の電圧Ｖdifを表す信号を電圧設定部６に出力する。
Ｖdif＝ＶCE−ＶCE(sat) ・・・（１）
【００４１】
ここで、
電源電圧差ΔＶ＝電源電圧Ｖ２−電源電圧Ｖ１
・・・（２）
とおく。
【００４２】
電圧設定部６が切換スイッチＳＷ１を制御して、電源部２から電源電圧Ｖ２を出力させている場合、
Ｖdif＞ΔＶ ・・・（３）
の関係を満たすときには、ＶCEがＶCE(sat)よりも必要以上に大き過ぎるので、電源電圧設定部６は、電源部２を制御して、電源電圧Ｖ２から電源電圧Ｖ１に切り換える。電源電圧Ｖ１に電圧を下げても、Ｖdif＞０、つまりＶCE＞ＶCE(sat)になるので、トランジスタＱ１は飽和しない。このため、電流Ｉcとして測定用の定電流が流れ、測定対象物Ｒdutの測定に悪影響を与えない。
【００４３】
これにより、ＶCEがΔＶだけ小さくなるので、トランジスタＱ１で生じる電力損失がΔＶ×Ｉc小さくなる。したがって、トランジスタＱ１で発生する熱量を小さくすることができる。
【００４４】
一方、電圧設定部６が切換スイッチＳＷ１を制御して、電源部２から電源電圧Ｖ１を出力させている場合、比較部５から
Ｖdif≦０ ・・・（４）
を示す信号が出力されたときには、トランジスタＱ１が飽和しているので、電源電圧設定部６は、電源電圧Ｖ１から電源電圧Ｖ２に電圧を高くする。
【００４５】
これにより、ＶCEが大きくなって、トランジスタＱ１が飽和せず活性領域で動作するようになり、電流Ｉcとして測定用の定電流が流れ、測定対象物Ｒdutを正しく測定することができる。
【００４６】
なお、電源部２が電源電圧Ｖ１、Ｖ２の２つの出力電圧を切り換えて出力可能である例について説明したが、その数は限定されず、例えば５つ（複数）の異なる出力電圧を切り換えて出力するようにしてもよい。この場合も、各出力電圧間の差をΔＶとしたときに、Ｖdif＞ΔＶであれば電源部の出力電圧が高過ぎるので、Ｖdif≦ΔＶの関係を満たすまで出力電圧を１段ずつ低くする。又、Ｖdif≦０であればトランジスタＱ１が飽和しているので、０＜Ｖdifの関係を満たすまで出力電圧を１段ずつ高くする。このように、電圧設定部は、ＶCEがＶCE(sat)よりも大きくなり、かつ最小となる出力電圧を電源部に出力させる。多くの出力電圧を出力可能にしたほうが、ＶCEを細やかに制御できるので、無駄な電力損失を可及的に少なくできるので好ましい。
【００４７】
次に、本発明を適用する他の測定装置１ａについて説明する。
【００４８】
図２に、測定装置１ａの要部を示す。測定装置１ａは、測定装置１と比して、電源部２ａ、閾値規定部４ａ、比較部５ａ、及び電圧設定部６ａが相違しているが、あとは測定装置１と同様に構成されている。
【００４９】
電源部２ａは、連続的に出力電圧を変更可能なものである。この例では、電源部２ａは、一例として、公知の降圧型のスイッチング電源であり、電源電圧Ｖccを、０〜Ｖccの任意の電圧に変換して、出力可能になっている。電源部２ａは、スイッチング回路２１及び平滑回路２２を備えている。スイッチング回路２１は、同図の上部に示すように、電源電圧Ｖccをパルス幅変調して、繰り返し周期Ｔでオン／オフする矩形波を出力する。スイッチング回路２１は、電圧設定部６ａに制御されて、オン期間Ｔonを可変可能に構成されている。平滑回路２２は、スイッチング回路２１から出力される矩形波を、チョークコイル及びコンデンサなどの公知の平滑用の回路で一定の直流電圧にして出力する。
【００５０】
閾値規定部４ａは、閾値として、ＶCE(sat)にマージンを加えた直流電圧Ｖsetを、比較部５ａに出力する。測定装置１ａでは、ＶsetとＶCEとが等しくなるように動作するため、トランジスタＱ１で発生する電力損失が大きくなり過ぎないように、マージンを適宜小さな値に設定する。なお、閾値規定部４ａがＶsetを所定の増幅率で増幅して出力するようにしてもよい。
【００５１】
比較部５ａは、電位差検出部３から出力されるＶCEと、閾値規定部４ａから出力されるＶsetとの大小を比較して、その比較結果を電圧設定部６ａに出力する。電圧設定部６ａは、比較部５ａの比較結果に基づいて、スイッチング回路２１に、オン期間Ｔonを設定することで、電源部２ａの出力電圧を制御する。具体的には、比較部５ａから「ＶCE＞Ｖset」を表す信号が出力されているときには、期間Ｔonを減少させ、「ＶCE＜Ｖset」を表す信号が出力されているときには、期間Ｔonを増加させる。この負帰還制御により、ＶCE＝Ｖsetになる。
【００５２】
したがって、トランジスタＱ１で生じる電力損失が常に一定のＶset×Ｉcになる。このため、トランジスタＱ１で必要以上の無駄な電力損失が殆ど生じず、発生する熱量も小さくなるので、好ましい。
【００５３】
なお、例えば、プローブＰ１，Ｐ２を持つ測定者の手の揺れなどにより、測定対象物ＲdutとプローブＰ１，Ｐ２との接触状態が変動すると、接触抵抗が変化する場合がある。このような微小な抵抗値の変動に対しては、電流検出抵抗Ｒ１、オペアンプＡ１、トランジスタＱ１側の負帰還ループが応答して、ＶCEを変化させるが、このＶCEの変化に電位差検出部３、比較部５ａ、電圧設定部６ａ及び電源２ａの負帰還ループが応答しないように、同図に示すように、比較部５ａにヒステリシス回路８を付しておくことが好ましい。ヒステリシス回路８としてはシュミットトリガー回路など公知の回路が使用できる。
【００５４】
比較部５ａにヒステリシス回路８が付され、そのヒステリシス幅をｈとすると、
ＶCE＞Ｖset＋ｈ
のときに、比較部５ａは電圧設定部６ａに「ＶCE＞Ｖset」を表す信号を出力し、
ＶCE＜Ｖset
のときに、電圧設定部６ａに「ＶCE＜Ｖset」を表す信号を出力する。
【００５５】
このヒステリシス回路８により、Ｖset＜ＶCE＜Ｖset＋ｈの範囲内であれば、接触抵抗の変化などで抵抗値が多少変化したとしても電源電圧が変化しない。このため、測定値が安定する。
【００５６】
このようなヒステリシス回路８を、図１を用いて説明した測定装置１の比較部５に付してもよい。測定装置１にヒステリシス回路８を付すことで、接触抵抗の変化などで電源電圧Ｖ１，Ｖ２が不必要に切り替わってしまうことを防止できると共に、電源電圧Ｖ１，Ｖ２の切り替わり時のばたつきを防止することができる。
【００５７】
次に、本発明を適用する他の測定装置１ｂについて説明する。
【００５８】
図３に、測定装置１ｂの要部を示す。既に説明した測定装置１，１ａは、トランジスタＱ１の電力損失が小さくなるように自動的に電源電圧を変化させる例であったが、この測定装置１ｂは、測定者が手動で電源電圧を変化させる例である。
【００５９】
測定装置１ｂは、同図に示すように、一例として電源部２に電圧設定用操作部６ｂが接続されている。また、比較部５には、警告発生部９が接続されている。
【００６０】
電源部２は、一例として、測定装置１で説明したものと同様のものを使用しているが、測定装置１ａの電源部２ａを使用してもよい。電圧設定用操作部６ｂは、本発明における電圧設定部の一例であると共に、電圧を手動操作により設定するための、例えば回転式の切換スイッチ、押しボタンスイッチ、又は数値設定キーなどの操作手段を有するものである。電圧設定用操作部６ｂは、測定者によって選択又は数値設定された電源電圧を、電源部２に出力させる。
【００６１】
警告発生部９は、例えば、警告音、警告用のランプの点灯、警告メッセージの表示などの警告を発生する。
【００６２】
この測定装置１ｂでは、比較部５からＶCEがＶCE（sat）以下であることを示す信号が出力されたときに、警告発生部９が警告を発生する。この警告の発生により、測定者は、電源電圧が不足してトランジスタＱ１が飽和していることを知ることができる。測定者は、この警告が発生したときに、電圧設定用操作部６ｂを操作して、電源電圧を高くすることで、測定状態を維持でき、正確な測定値を得ることができる。
【００６３】
このような電圧設定用操作部６ｂ及び警告発生部９を、既に説明した測定装置１，１ａに備えることで、手動／自動を選択して、電源部２（２ａ）の出力電圧を変化させるようにしてもよい。又、比較部５からＶCEとＶCE（sat）との電圧差を出力させ、その電圧差を表示部（図示せず）に表示させて、測定者が電圧差を認識できるようにしてもよい。
【００６４】
また、測定装置１ｂの比較部５にヒステリシス回路８を付してもよい。
【００６５】
図４に、電位差検出部３の回路例を示す。同図に示すように、電位差検出部３として、オペアンプＡ２、及び抵抗Ｒｓ１,Ｒｓ２，Ｒｆ１，Ｒｆ２で構成される公知の差動増幅回路を用いてもよい。抵抗Ｒｓ１＝抵抗Ｒｓ２、抵抗Ｒｆ１＝抵抗Ｒｆ２としたときに、増幅率は、Ｒｆ１／Ｒｓ１となる。入力端子ＩＮ１、ＩＮ２間の電位差が、増幅率が１、又は１以上の所定の増幅率で増幅されて出力端子ＯＵＴから出力される。
【００６６】
なお、電位差検出部３を図４に示したようなアナログ回路ではなく、デジタル回路で構成してＣＰＵ（中央演算処理装置）で演算処理するようにしてもよい。この場合、一例として、電位差検出部３の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２の各々に直接、又は増幅器を介してＡ／Ｄ変換器を接続し、各Ａ／Ｄ変換器の出力をＣＰＵで差分を演算する。又、閾値設定部４（４ａ）、比較部５（５ａ）や電圧設定部６（６ａ）を、ＣＰＵで演算処理するようにしてもよい。ＣＰＵを使用するときには、その動作用のプログラムを記憶させたメモリを備える。
【００６７】
又、電流制御用のトランジスタＱ１がＰＮＰ型トランジスタである例について示したが、ＮＰＮ型トランジスタや電界効果トランジスタであっても本発明を適用することができる。又、４端子法で測定する測定装置１，１ａ，１ｂについて説明したが、２端子法で測定する測定装置に本発明を適用することもできる。又、電流Ｉcが電源部２（２ａ）→トランジスタＱ１→測定対象物Ｒdut→基準グランド電位の経路で流れる構成の測定装置１（１ａ，１ｂ）について説明したが、電流Ｉcが電源部２（２ａ）→測定対象物Ｒdut→トランジスタＱ１→基準グランド電位の経路で流れる構成の測定装置としてもよい。又、トランジスタＱ１を駆動する回路構成を、公知の種々の構成に適宜変更してもよい。又、電流検出抵抗Ｒ１を配する位置を、回路構成に合わせて電流Ｉcの経路内の他の位置に適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１・１ａ・１ｂは測定装置、２・２ａは電源部、３は電位差検出部、４・４ａは閾値規定部、５・５ａは比較部、６・６ａは電圧設定部、６ｂは電圧設定用操作部、８はヒステリシス回路、９は警告発生部、１１ａ・１１ｂは定電圧回路、２１はスイッチング回路、２２は平滑回路、９０は電圧測定部、１００は従来の測定装置、Ａ・Ｂは入力端子、Ａ１・Ａ２はオペアンプ、Ｄ１は基準電圧源、Ｈｃ・Ｌｃは電流供給端子、Ｉcは測定用の電流、ＩＮ１・ＩＮ２は入力端子、ＯＵＴは出力端子、Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４はプローブ、Ｒ１は電流検出抵抗、Ｒ２・Ｒｓ１・Ｒｓ２・Ｒｆ１・Ｒｆ２は抵抗、Ｑ１はトランジスタ、Ｒdutは測定対象物、ＳＷ１は切換スイッチ、Ｔは繰り返し周期、Ｔonはオン期間、Ｖcc・Ｖ１・Ｖ２は電源電圧、Ｖrefは基準電圧、ＶCEはコレクタ−エミッタ間電位差、Ａ１０１はオペアンプ、Ｄ１０１は基準電源、Ｄ１０１は基準電圧源、Ｒ１０１は電流検出抵抗、Ｒ１０２は抵抗、Ｑ１０１はトランジスタである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電流制御用のトランジスタにより電源部から測定対象物に定電流を供給し、測定対象物のパラメータを測定する測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
測定装置には、抵抗測定装置やインピーダンス測定装置などのように、測定対象物に定電流を流し、２端子法や４端子法によって測定対象物の両端電圧を検出して、オームの法則に従い抵抗値やインピーダンスの値の測定を行うものがある。例えば、特許文献１に、４端子法で抵抗値を測定する抵抗測定装置が記載されている。
【０００３】
特許文献１の抵抗測定装置では、同文献中の図１に示されているように、測定対象物（被測定物Ｒｘ）には、トランジスタ（半導体素子１４）を介して、定電流が供給される。トランジスタには電源部（駆動電源１５）が接続されていて、測定対象物に定電流が流れるように、トランジスタが負帰還制御されている。
【０００４】
このような測定装置の動作を説明するために、一般的な従来の測定装置の回路構成図を、図５に示す。なお、出力トランジスタとして特許文献１のようにＮＰＮ型トランジスタを用いてもよいが、図５では、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧を小さく使用することができるＰＮＰ型トランジスタを用いた回路例を図示している。
【０００５】
測定装置１００では、同図中に破線矢印で示すように、電源ＶccからトランジスタＱ１０１、電流供給端子Ｈｃ、プローブＰ１、測定対象物Ｒdut、プローブＰ２、電流供給端子Ｌｃ、電流検出抵抗Ｒ１０１の経路で測定用の電流Ｉcが流れる。この電流Ｉcにより電流検出抵抗Ｒ１０１に発生する電圧が、オペアンプＡ１０１の非反転入力端子に入力されている。又、オペアンプＡ１０１の反転入力端子には、基準電圧源Ｄ１０１から基準電圧Ｖrefが入力されている。オペアンプＡ１０１の出力端子が、抵抗１０２を介してトランジスタＱ１０１のベースに接続されていることで、オペアンプＡ１０１は、電流検出抵抗Ｒ１０１に発生する電圧が基準電圧Ｖrefに等しくなるように、トランジスタＱ１０１を駆動（負帰還制御）する。これにより、電流検出抵抗Ｒ１０１に流れる電流Ｉc、つまり、測定対象物Ｒdutに流れる測定用の電流Ｉcは一定の定電流になる。
【０００６】
又、電圧測定部９０の電圧検出端子Ｈｖに接続されたプローブＰ３、及び電圧検出端子Ｌｖに接続されたプローブＰ４が、測定対象物Ｒdutの両端に接触されていて、電圧測定部９０が測定対象物Ｒdutの両端電圧を測定する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】実開平４−１１８６７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
図５に示した測定装置１００では、測定対象物Ｒdutの抵抗値に関わらず、常に定電流が流れるように動作する。この定電流が流れるように、トランジスタＱ１０１のコレクタ−エミッタ間電位差（ＶCE）が変化する。例えば、測定対象物Ｒdutの抵抗値が小さいときには、トランジスタＱ１０１のＶCEが大きくなり、測定対象物Ｒdutの抵抗値が大きいときには、ＶCEが小さくなる。トランジスタＱ１０１には電流Ｉcが流れるため、ＶCEとＩcとを乗算した値の電力がトランジスタＱ１０１で熱として消費される。抵抗値が小さいときには、ＶCEが大きくなるため、発熱量は大きくなる。
【０００９】
又、図示していないが、測定装置１００は測定値の範囲に対応して切り換える測定レンジを有していて、測定レンジによって、定電流Ｉcの電流値を切り換えるようになっている。低抵抗を測定する測定レンジでは、抵抗値を精度よく測定するように、電流Ｉcの電流値を大きくしている。例えば、１００ｍΩレンジでは、電流Ｉcとして１Ａの定電流を流す。このように測定用に大きな電流を流すときには、測定対象物Ｒdutの抵抗値が小さいと、トランジスタＱ１０１で発生する熱量は一層大きくなる。
【００１０】
そのため、トランジスタＱ１０１に、放熱フィンや放熱ファンなど放熱用の部品を備える必要があるし、熱となる電力が無駄である。又、装置内の温度が上昇するため、各使用部品の温度特性により、回路定数が変動し、測定結果に影響がでる場合もある。
【００１１】
又、例えば、図５において、電源電圧Ｖcc＝１．５Ｖ、基準電圧Ｖref＝１００ｍＶ、電流検出抵抗Ｒ１０１＝１００ｍΩ、測定対象物Ｒdut＝１ｍΩ、プローブＰ１，Ｐ２の配線にＡＷＧ２４（８４．２１ｍΩ／ｍ）を各５ｍ使用したときに、配線抵抗（図５に等価的にＲｃ１，Ｒｃ２で示す）の総和が８４０ｍΩであるときは、トランジスタＱ１０１のＶCEは、電源電圧Ｖccから測定対象物Ｒdut、プローブＰ１，Ｐ２、及び電流検出抵抗Ｒ１０１の電圧降下を減算して、
ＶCE＝１．５−１×（０．００１＋０．８４０＋０．１）＝０．５５９Ｖ
になる。したがって、トランジスタＱ１０１の消費電力Ｐは、
Ｐ＝１×０．５５９＝０．５５９Ｗ になる。
【００１２】
又、プローブＰ１，Ｐ２の配線が各０．５ｍであるときに、その配線抵抗の総和が８４ｍΩになる。この場合、
ＶCE＝１．５−１×（０．００１＋０．０８４＋０．１）＝１．３１５Ｖ
である。したがって、トランジスタＱ１０１の消費電力Ｐは、
Ｐ＝１×１．３１５＝１．３１５Ｗ になる。
【００１３】
このように、低抵抗を測定するときは、プローブＰ１，Ｐ２の配線抵抗Ｒｃ１，Ｒｃ２によっても、トランジスタＱ１０１の消費電力の値は大きく変化する。
【００１４】
トランジスタＱ１０１の消費電力（電力損失）を小さくするために、電源電圧を低くすることも考えられるが、配線抵抗Ｒｃ１＋Ｒｃ２として許容できる抵抗分が減少するため、電源電圧をあまり小さくすることはできない。
【００１５】
本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、定電流を測定対象物に流すための電流制御用の出力トランジスタで生じる電力損失を、測定対象物の抵抗やプローブの配線抵抗の大小によらず小さくすることができ、トランジスタで発生する熱量を小さくすることができる測定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
前記の目的を達成するためになされた、特許請求の範囲の請求項１に記載された測定装置は、電源部から測定対象物に電流を流す経路内に、定電流を流すように駆動されるトランジスタを配して、該測定対象物に該定電流を供給し、該測定対象物の両端電圧を検出して、該測定対象物のパラメータを測定する測定装置であって、該電源部が、出力電圧を変更可能になっており、該電源部に該出力電圧を設定する電圧設定部を備えると共に、該トランジスタに生じる電位差を検出する電位差検出部と、該電位差検出部の検出した該電位差を、該トランジスタの飽和電圧に基づく閾値に対して比較する比較部とを備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項２に記載された測定装置は、請求項１に記載のもので、前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記電源部の前記出力電圧を制御することを特徴とする。
【００１８】
請求項３に記載された測定装置は、請求項２に記載のもので、前記電源部が、複数の前記出力電圧の中から一つの出力電圧を出力可能に構成されており、前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値よりも大きくなり、かつ最小となる該出力電圧を該電源部に出力させることを特徴とする。
【００１９】
請求項４に記載された測定装置は、請求項２に記載のもので、前記電源部が、連続的に出力電圧を変更して出力可能に構成されており、前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値になるように、該電源部を制御することを特徴とする。
【００２０】
請求項５に記載された測定装置は、請求項１から４のいずれかに記載のもので、前記比較部が、ヒステリシス回路を有していることを特徴とする。
【００２１】
請求項６に記載された測定装置は、請求項１から５のいずれかに記載のもので、前記電圧設定部が設定する出力電圧を、手動操作により入力するための操作手段と、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値以下のときに警告を発する警告部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の測定装置によれば、電源部が出力電圧を変更可能であり、電源部に出力電圧を設定する電圧設定部を備えることで、電源電圧を変更してトランジスタに生じる電位差を調整できるので、トランジスタで生じる電力損失を適宜調整することができる。このため、トランジスタの発生する熱量を小さく調整できる。さらに、トランジスタに生じる電位差を検出する電位差検出部と、電位差検出部の検出した電位差を、トランジスタの飽和電圧に基づく閾値に対して比較する比較部とを備えているので、トランジスタに生じる電位差が飽和電圧に対して適正かどうか判定することができる。
【００２３】
電圧設定部が比較部の比較結果に基づいて電源部の出力電圧を制御する場合、トランジスタで生じる電位差を、電力損失の少ない適正な値に自動的に設定することができる。
【００２４】
電源部が複数の出力電圧の中から１つを出力可能に構成されており、電圧設定部が比較部の比較結果に基づいて、トランジスタに生じる電位差が閾値よりも大きくなり、かつ最小となる出力電圧を電源部に出力させる場合、正常に動作する最小の電源電圧に自動的に切り替わるので、トランジスタの電力損失を小さくすることができる。
【００２５】
電源部が連続的に出力電圧を変更して出力可能に構成されており、電圧設定部が比較部の比較結果に基づいて、トランジスタに生じる電位差が閾値になるように、電源部を制御する場合、トランジスタの電力損失を、自動的に常に一定の小さな値とすることができる。
【００２６】
比較部がヒステリシス回路を有している場合、閾値付近で比較結果のばたつきを防止できる。又、ヒステリシス回路を有することで、比較部の比較結果に基づいて電圧設定部が電源部に電源電圧を設定する構成のときに、例えばプローブの接触抵抗の変動などによりトランジスタの電位差が変動したとしても、この変動に追随して電源電圧が変化してしまうことを防止でき、電源電圧を安定させることができる。
【００２７】
電圧設定部が設定する出力電圧を、手動操作により入力するための操作手段と、比較部の比較結果に基づいて、トランジスタに生じる電位差が閾値以下のときに警告を発する警告部とを備える場合、測定者が手動操作で電源電圧を変更することができるので、測定の自由度が増す。さらに、電源電圧が不足しているときには警告部から警告が発せられるので、測定者は、警告の有無で電源電圧が適正であるか否かを知ることができ、警告が発せられたときは電源電圧を高くして、正しい測定状態で測定を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明を適用する測定装置の使用状態における要部を示す回路構成図である。
【図２】本発明を適用する他の測定装置の使用状態における要部を示す回路構成図である。
【図３】本発明を適用するさらに他の測定装置の使用状態における要部を示す回路構成図である。
【図４】本発明を適用する測定装置に使用される電位差検出部の一例を示す回路図である。
【図５】従来の測定装置の使用状態を示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施例を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００３０】
図１に、本発明を適用する測定装置１の要部を示す。測定装置１は、測定対象物Ｒdutに測定用の定電流Ｉcを流すために、電源部２、トランジスタＱ１、電流供給端子Ｈｃ，Ｌｃ、プローブＰ１，Ｐ２、電流検出抵抗Ｒ１、基準電圧源Ｄ１、オペアンプＡ１、抵抗Ｒ２、電位差検出部３、閾値規定部４、比較部５、電圧設定部６を備えている。なお、図１では、図５に示した電圧検出部９０やプローブＰ３，Ｐ４の図示を省略している。
【００３１】
電源部２は、出力電圧を変更可能に構成されているものである。この例では、電源部２が複数の異なる電源電圧の中から一つの電源電圧を選択的に切換えて出力することで、出力電圧が変更可能になっている。具体的には、一例として、定電圧回路１１ａが、電源電圧Ｖccから一定の電源電圧Ｖ１を生成し、定電圧回路１１ｂが、一定の電源電圧Ｖ２を生成している。ここで、電源電圧Ｖ１＜電源電圧Ｖ２の関係になっている。なお、電源電圧Ｖ２として、一定の電源電圧Ｖccを使用してもよい。切換スイッチＳＷ１は、２入力の内の１つを切り換えて出力する例えば電磁リレー又は半導体スイッチである。切換スイッチＳＷ１は、電圧設定部６に制御されて、入力端子に接続された電源電圧Ｖ１、及び電源電圧Ｖ２の内の一つを出力する。この切換スイッチＳＷ１の出力端子は、トランジスタＱ１のエミッタに接続されている。
【００３２】
トランジスタＱ１は、電源部２から測定対象物Ｒdutに電流を流す経路内に配されていて、定電流を流すように駆動される。具体的には、トランジスタＱ１は、ＰＮＰ型トランジスタであり、そのコレクタが電流供給端子Ｈｃに接続されている。電流供給端子Ｈｃに、プローブＰ１が取り付けられて、その接触子が測定対象物Ｒdutの一端に接触されている。また、電流供給端子ＬｃにプローブＰ２が取り付けられて、その接触子が測定対象物Ｒdutの他端に接触されている。電流供給端子Ｌｃは、電流検出抵抗Ｒ１を介して基準グランド電位に接続されている。また、電流供給端子Ｌｃは、オペアンプＡ１の非反転入力端子に接続されている。基準グランド電位に対して基準電位Ｖrefを出力する基準電圧源Ｄ１がオペアンプＡ１の反転入力端子に接続されている。オペアンプＡ１の出力端子は、抵抗Ｒ２を介して、トランジスタＱ１のベースに接続されている。
【００３３】
電位差検出部３は、トランジスタＱ１のエミッタに入力端子ＩＮ１が接続されており、コレクタに入力端子ＩＮ２が接続されている。電位差検出部３は、測定用の電流Ｉcが流れることでトランジスタＱ１に生じる電位差、つまり、コレクタ−エミッタ間電位差（ＶCE）を検出する。電位差検出部３は、検出したＶCEに等しい直流電圧を、出力端子ＯＵＴから出力する。なお、電位差検出部３がＶCEを所定の増幅率で増幅して出力するようにしてもよい。この出力端子ＯＵＴは、比較部５の入力端子Ａに接続されている。比較部５の入力端子Ｂには、閾値規定部４が接続されている。
【００３４】
閾値規定部４は、トランジスタの飽和電圧に基づく閾値を出力可能になっている。この例では、閾値規定部４は、閾値として、トランジスタＱ１のコレクタ−エミッタ間飽和電位差（飽和電圧）ＶCE(sat)と等しい直流電圧を比較部５に出力する。なお、閾値規定部４が、閾値としてＶCE(sat)を所定の増幅率で増幅して出力するようにしてもよい。ＶCE(sat)としては、飽和し始める飽和開始電圧を用いることが好ましい。
【００３５】
比較部５は、電位差検出部３の検出したＶCEと、閾値規定部４から出力されるＶCE(sat)とを比較して、その比較結果を電圧設定部６に出力する。この例では、比較部５は、比較結果として、ＶCEがＶCE(sat)よりも高いか低いかを示すと共に、ＶCEとＶCE(sat)との差を示す電圧（信号）を出力する。
【００３６】
電圧設定部６は、比較部５の比較結果に基づいて、トランジスタＱ１に生じるＶCEが飽和電圧ＶCE(sat)よりも大きく、かつ所定電位差以下になるように、電源部２を制御する。
【００３７】
次に、測定装置１の動作について説明する。
【００３８】
先ず、概要について説明する。測定装置１では、同図中に破線矢印で示す経路で電流Ｉcが流れ、この電流Ｉcが測定用の定電流になるように、つまり、電流検出抵抗Ｒ１に発生する電圧が、基準電圧Ｖrefと等しい電圧になるように、オペアンプＡ１がトランジスタＱ１を駆動（負帰還制御）する。この負帰還制御で電流Ｉcが測定用の定電流になっているときは、トランジスタＱ１が活性領域で動作しており飽和していないので、ＶCEはＶCE(sat)よりも大きくなる。ＶCEがＶCE(sat)よりも必要以上に大き過ぎるときは、トランジスタＱ１で生じる電力損失が大きくなるので、トランジスタＱ１が飽和しない程度に、電源電圧を低くすればよい。
【００３９】
一方、電源電圧が低くてトランジスタＱ１が飽和してしまうと、電流Ｉcが測定用の定電流よりも小さな電流になり、ＶCEがＶCE(sat)以下になる。したがって、ＶCEがＶCE(sat)以下のときは、トランジスタＱ１が飽和しないように、電源電圧を高く変更すればよい。
【００４０】
以下、具体的に説明する。比較部５は、一例として、次の（１）式に示すように、電位差検出部３が検出したトランジスタＱ１のＶCEと、閾値規定部４の出力するＶCE(sat)との差の電圧Ｖdifを表す信号を電圧設定部６に出力する。
Ｖdif＝ＶCE−ＶCE(sat) ・・・（１）
【００４１】
ここで、
電源電圧差ΔＶ＝電源電圧Ｖ２−電源電圧Ｖ１
・・・（２）
とおく。
【００４２】
電圧設定部６が切換スイッチＳＷ１を制御して、電源部２から電源電圧Ｖ２を出力させている場合、
Ｖdif＞ΔＶ ・・・（３）
の関係を満たすときには、ＶCEがＶCE(sat)よりも必要以上に大き過ぎるので、電源電圧設定部６は、電源部２を制御して、電源電圧Ｖ２から電源電圧Ｖ１に切り換える。電源電圧Ｖ１に電圧を下げても、Ｖdif＞０、つまりＶCE＞ＶCE(sat)になるので、トランジスタＱ１は飽和しない。このため、電流Ｉcとして測定用の定電流が流れ、測定対象物Ｒdutの測定に悪影響を与えない。
【００４３】
これにより、ＶCEがΔＶだけ小さくなるので、トランジスタＱ１で生じる電力損失がΔＶ×Ｉc小さくなる。したがって、トランジスタＱ１で発生する熱量を小さくすることができる。
【００４４】
一方、電圧設定部６が切換スイッチＳＷ１を制御して、電源部２から電源電圧Ｖ１を出力させている場合、比較部５から
Ｖdif≦０ ・・・（４）
を示す信号が出力されたときには、トランジスタＱ１が飽和しているので、電源電圧設定部６は、電源電圧Ｖ１から電源電圧Ｖ２に電圧を高くする。
【００４５】
これにより、ＶCEが大きくなって、トランジスタＱ１が飽和せず活性領域で動作するようになり、電流Ｉcとして測定用の定電流が流れ、測定対象物Ｒdutを正しく測定することができる。
【００４６】
なお、電源部２が電源電圧Ｖ１、Ｖ２の２つの出力電圧を切り換えて出力可能である例について説明したが、その数は限定されず、例えば５つ（複数）の異なる出力電圧を切り換えて出力するようにしてもよい。この場合も、各出力電圧間の差をΔＶとしたときに、Ｖdif＞ΔＶであれば電源部の出力電圧が高過ぎるので、Ｖdif≦ΔＶの関係を満たすまで出力電圧を１段ずつ低くする。又、Ｖdif≦０であればトランジスタＱ１が飽和しているので、０＜Ｖdifの関係を満たすまで出力電圧を１段ずつ高くする。このように、電圧設定部は、ＶCEがＶCE(sat)よりも大きくなり、かつ最小となる出力電圧を電源部に出力させる。多くの出力電圧を出力可能にしたほうが、ＶCEを細やかに制御できるので、無駄な電力損失を可及的に少なくできるので好ましい。
【００４７】
次に、本発明を適用する他の測定装置１ａについて説明する。
【００４８】
図２に、測定装置１ａの要部を示す。測定装置１ａは、測定装置１と比して、電源部２ａ、閾値規定部４ａ、比較部５ａ、及び電圧設定部６ａが相違しているが、あとは測定装置１と同様に構成されている。
【００４９】
電源部２ａは、連続的に出力電圧を変更可能なものである。この例では、電源部２ａは、一例として、公知の降圧型のスイッチング電源であり、電源電圧Ｖccを、０〜Ｖccの任意の電圧に変換して、出力可能になっている。電源部２ａは、スイッチング回路２１及び平滑回路２２を備えている。スイッチング回路２１は、同図の上部に示すように、電源電圧Ｖccをパルス幅変調して、繰り返し周期Ｔでオン／オフする矩形波を出力する。スイッチング回路２１は、電圧設定部６ａに制御されて、オン期間Ｔonを可変可能に構成されている。平滑回路２２は、スイッチング回路２１から出力される矩形波を、チョークコイル及びコンデンサなどの公知の平滑用の回路で一定の直流電圧にして出力する。
【００５０】
閾値規定部４ａは、閾値として、ＶCE(sat)にマージンを加えた直流電圧Ｖsetを、比較部５ａに出力する。測定装置１ａでは、ＶsetとＶCEとが等しくなるように動作するため、トランジスタＱ１で発生する電力損失が大きくなり過ぎないように、マージンを適宜小さな値に設定する。なお、閾値規定部４ａがＶsetを所定の増幅率で増幅して出力するようにしてもよい。
【００５１】
比較部５ａは、電位差検出部３から出力されるＶCEと、閾値規定部４ａから出力されるＶsetとの大小を比較して、その比較結果を電圧設定部６ａに出力する。電圧設定部６ａは、比較部５ａの比較結果に基づいて、スイッチング回路２１に、オン期間Ｔonを設定することで、電源部２ａの出力電圧を制御する。具体的には、比較部５ａから「ＶCE＞Ｖset」を表す信号が出力されているときには、期間Ｔonを減少させ、「ＶCE＜Ｖset」を表す信号が出力されているときには、期間Ｔonを増加させる。この負帰還制御により、ＶCE＝Ｖsetになる。
【００５２】
したがって、トランジスタＱ１で生じる電力損失が常に一定のＶset×Ｉcになる。このため、トランジスタＱ１で必要以上の無駄な電力損失が殆ど生じず、発生する熱量も小さくなるので、好ましい。
【００５３】
なお、例えば、プローブＰ１，Ｐ２を持つ測定者の手の揺れなどにより、測定対象物ＲdutとプローブＰ１，Ｐ２との接触状態が変動すると、接触抵抗が変化する場合がある。このような微小な抵抗値の変動に対しては、電流検出抵抗Ｒ１、オペアンプＡ１、トランジスタＱ１側の負帰還ループが応答して、ＶCEを変化させるが、このＶCEの変化に電位差検出部３、比較部５ａ、電圧設定部６ａ及び電源２ａの負帰還ループが応答しないように、同図に示すように、比較部５ａにヒステリシス回路８を付しておくことが好ましい。ヒステリシス回路８としてはシュミットトリガー回路など公知の回路が使用できる。
【００５４】
比較部５ａにヒステリシス回路８が付され、そのヒステリシス幅をｈとすると、
ＶCE＞Ｖset＋ｈ
のときに、比較部５ａは電圧設定部６ａに「ＶCE＞Ｖset」を表す信号を出力し、
ＶCE＜Ｖset
のときに、電圧設定部６ａに「ＶCE＜Ｖset」を表す信号を出力する。
【００５５】
このヒステリシス回路８により、Ｖset＜ＶCE＜Ｖset＋ｈの範囲内であれば、接触抵抗の変化などで抵抗値が多少変化したとしても電源電圧が変化しない。このため、測定値が安定する。
【００５６】
このようなヒステリシス回路８を、図１を用いて説明した測定装置１の比較部５に付してもよい。測定装置１にヒステリシス回路８を付すことで、接触抵抗の変化などで電源電圧Ｖ１，Ｖ２が不必要に切り替わってしまうことを防止できると共に、電源電圧Ｖ１，Ｖ２の切り替わり時のばたつきを防止することができる。
【００５７】
次に、本発明を適用する他の測定装置１ｂについて説明する。
【００５８】
図３に、測定装置１ｂの要部を示す。既に説明した測定装置１，１ａは、トランジスタＱ１の電力損失が小さくなるように自動的に電源電圧を変化させる例であったが、この測定装置１ｂは、測定者が手動で電源電圧を変化させる例である。
【００５９】
測定装置１ｂは、同図に示すように、一例として電源部２に電圧設定用操作部６ｂが接続されている。また、比較部５には、警告発生部９が接続されている。
【００６０】
電源部２は、一例として、測定装置１で説明したものと同様のものを使用しているが、測定装置１ａの電源部２ａを使用してもよい。電圧設定用操作部６ｂは、本発明における電圧設定部の一例であると共に、電圧を手動操作により設定するための、例えば回転式の切換スイッチ、押しボタンスイッチ、又は数値設定キーなどの操作手段を有するものである。電圧設定用操作部６ｂは、測定者によって選択又は数値設定された電源電圧を、電源部２に出力させる。
【００６１】
警告発生部９は、例えば、警告音、警告用のランプの点灯、警告メッセージの表示などの警告を発生する。
【００６２】
この測定装置１ｂでは、比較部５からＶCEがＶCE（sat）以下であることを示す信号が出力されたときに、警告発生部９が警告を発生する。この警告の発生により、測定者は、電源電圧が不足してトランジスタＱ１が飽和していることを知ることができる。測定者は、この警告が発生したときに、電圧設定用操作部６ｂを操作して、電源電圧を高くすることで、測定状態を維持でき、正確な測定値を得ることができる。
【００６３】
このような電圧設定用操作部６ｂ及び警告発生部９を、既に説明した測定装置１，１ａに備えることで、手動／自動を選択して、電源部２（２ａ）の出力電圧を変化させるようにしてもよい。又、比較部５からＶCEとＶCE（sat）との電圧差を出力させ、その電圧差を表示部（図示せず）に表示させて、測定者が電圧差を認識できるようにしてもよい。
【００６４】
また、測定装置１ｂの比較部５にヒステリシス回路８を付してもよい。
【００６５】
図４に、電位差検出部３の回路例を示す。同図に示すように、電位差検出部３として、オペアンプＡ２、及び抵抗Ｒｓ１,Ｒｓ２，Ｒｆ１，Ｒｆ２で構成される公知の差動増幅回路を用いてもよい。抵抗Ｒｓ１＝抵抗Ｒｓ２、抵抗Ｒｆ１＝抵抗Ｒｆ２としたときに、増幅率は、Ｒｆ１／Ｒｓ１となる。入力端子ＩＮ１、ＩＮ２間の電位差が、増幅率が１、又は１以上の所定の増幅率で増幅されて出力端子ＯＵＴから出力される。
【００６６】
なお、電位差検出部３を図４に示したようなアナログ回路ではなく、デジタル回路で構成してＣＰＵ（中央演算処理装置）で演算処理するようにしてもよい。この場合、一例として、電位差検出部３の入力端子ＩＮ１，ＩＮ２の各々に直接、又は増幅器を介してＡ／Ｄ変換器を接続し、各Ａ／Ｄ変換器の出力をＣＰＵで差分を演算する。又、閾値設定部４（４ａ）、比較部５（５ａ）や電圧設定部６（６ａ）を、ＣＰＵで演算処理するようにしてもよい。ＣＰＵを使用するときには、その動作用のプログラムを記憶させたメモリを備える。
【００６７】
又、電流制御用のトランジスタＱ１がＰＮＰ型トランジスタである例について示したが、ＮＰＮ型トランジスタや電界効果トランジスタであっても本発明を適用することができる。又、４端子法で測定する測定装置１，１ａ，１ｂについて説明したが、２端子法で測定する測定装置に本発明を適用することもできる。又、電流Ｉcが電源部２（２ａ）→トランジスタＱ１→測定対象物Ｒdut→基準グランド電位の経路で流れる構成の測定装置１（１ａ，１ｂ）について説明したが、電流Ｉcが電源部２（２ａ）→測定対象物Ｒdut→トランジスタＱ１→基準グランド電位の経路で流れる構成の測定装置としてもよい。又、トランジスタＱ１を駆動する回路構成を、公知の種々の構成に適宜変更してもよい。又、電流検出抵抗Ｒ１を配する位置を、回路構成に合わせて電流Ｉcの経路内の他の位置に適宜変更してもよい。
【符号の説明】
【００６８】
１・１ａ・１ｂは測定装置、２・２ａは電源部、３は電位差検出部、４・４ａは閾値規定部、５・５ａは比較部、６・６ａは電圧設定部、６ｂは電圧設定用操作部、８はヒステリシス回路、９は警告発生部、１１ａ・１１ｂは定電圧回路、２１はスイッチング回路、２２は平滑回路、９０は電圧測定部、１００は従来の測定装置、Ａ・Ｂは入力端子、Ａ１・Ａ２はオペアンプ、Ｄ１は基準電圧源、Ｈｃ・Ｌｃは電流供給端子、Ｉcは測定用の電流、ＩＮ１・ＩＮ２は入力端子、ＯＵＴは出力端子、Ｐ１・Ｐ２・Ｐ３・Ｐ４はプローブ、Ｒ１は電流検出抵抗、Ｒ２・Ｒｓ１・Ｒｓ２・Ｒｆ１・Ｒｆ２は抵抗、Ｑ１はトランジスタ、Ｒdutは測定対象物、ＳＷ１は切換スイッチ、Ｔは繰り返し周期、Ｔonはオン期間、Ｖcc・Ｖ１・Ｖ２は電源電圧、Ｖrefは基準電圧、ＶCEはコレクタ−エミッタ間電位差、Ａ１０１はオペアンプ、Ｄ１０１は基準電源、Ｄ１０１は基準電圧源、Ｒ１０１は電流検出抵抗、Ｒ１０２は抵抗、Ｑ１０１はトランジスタである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源部から測定対象物に電流を流す経路内に、定電流を流すように駆動されるトランジスタを配して、該測定対象物に該定電流を供給し、該測定対象物の両端電圧を検出して、該測定対象物のパラメータを測定する測定装置であって、
該電源部が、出力電圧を変更可能になっており、該電源部に該出力電圧を設定する電圧設定部を備えると共に、
該トランジスタに生じる電位差を検出する電位差検出部と、
該電位差検出部の検出した該電位差を、該トランジスタの飽和電圧に基づく閾値に対して比較する比較部とを備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記電源部の前記出力電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記電源部が、複数の前記出力電圧の中から一つの出力電圧を出力可能に構成されており、
前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値よりも大きくなり、かつ最小となる該出力電圧を該電源部に出力させることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記電源部が、連続的に出力電圧を変更して出力可能に構成されており、
前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値になるように、該電源部を制御することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項５】
前記比較部が、ヒステリシス回路を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の測定装置。
【請求項６】
前記電圧設定部が設定する出力電圧を、手動操作により入力するための操作手段と、
前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値以下のときに警告を発する警告部とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の測定装置。
【請求項１】
電源部から測定対象物に電流を流す経路内に、定電流を流すように駆動されるトランジスタを配して、該測定対象物に該定電流を供給し、該測定対象物の両端電圧を検出して、該測定対象物のパラメータを測定する測定装置であって、
該電源部が、出力電圧を変更可能になっており、該電源部に該出力電圧を設定する電圧設定部を備えると共に、
該トランジスタに生じる電位差を検出する電位差検出部と、
該電位差検出部の検出した該電位差を、該トランジスタの飽和電圧に基づく閾値に対して比較する比較部とを備えることを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記電源部の前記出力電圧を制御することを特徴とする請求項１に記載の測定装置。
【請求項３】
前記電源部が、複数の前記出力電圧の中から一つの出力電圧を出力可能に構成されており、
前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値よりも大きくなり、かつ最小となる該出力電圧を該電源部に出力させることを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項４】
前記電源部が、連続的に出力電圧を変更して出力可能に構成されており、
前記電圧設定部が、前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値になるように、該電源部を制御することを特徴とする請求項２に記載の測定装置。
【請求項５】
前記比較部が、ヒステリシス回路を有していることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の測定装置。
【請求項６】
前記電圧設定部が設定する出力電圧を、手動操作により入力するための操作手段と、
前記比較部の比較結果に基づいて、前記トランジスタに生じる電位差が前記閾値以下のときに警告を発する警告部とを備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の測定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１０４７１８（Ｐ２０１３−１０４７１８Ａ）
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４７３２８（Ｐ２０１１−２４７３２８）
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月３０日（２０１３．５．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月１１日（２０１１．１１．１１）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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