JPH03180772A - 静電容量対電圧特性測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は例えばトランジスタのような能動素子の電極
間に発生する静電容量値を測定すると共に、その静電容
量値が直流電圧の変化に対してどのように変化するかを
測定する静電容量対電圧特性測定装置に関するものであ
る。

「従来の技術」 第３図に従来の静電容量対電圧特性測定装置を示す。図
中ｌは正弦波発生装置を示す。この正弦波発生装置はＩ
　Ｈｚ〜数Ｍ）（ｚ程度の周波数範囲の正弦波Ｖ、を発
生する。周波数ωは制御器８から与えられる周波数設定
データＤωによって設定される。

正弦波発生装置１から出力された正弦波Ｖ、はバンファ
増幅器２で増幅され直流加算回路３に与えられる。直流
加算回路３では直流電圧発生装置４から与えられる直流
電圧Ｖ、が加えられ、第４図に示すように直流電圧■、
に正弦波Ｖ、が重畳した電圧信号とされる。直流電圧発
生装置４は例えば＋ＩＯＶ〜−１０Ｖの直流を発生し、
この電圧範囲内の直流電圧を被測定静電容量５に印加す
る。

ＰＩｋ測定静電容量５を流れる電流１を静電容量測定装
置６に与え、静電容量測定装置６において電流ｉの虚数
成分を計測し、静電容量Ｃの値に対応したアナログ電圧
を得る。このアナログ電圧をＡＤ変換器７に与え静電容
量Ｃに対応したディジタル値を得る。

ＡＤ変換器７から出力されたディジタル信号は制御器８
に取り込まれメモリ等に記憶すると共に表示器９に出力
される。

制御器８は例えばマイクロコンピュータによって構成す
ることができ、直流電圧発生装置４に与える電圧設定デ
ータＤｖを逐次変化させ、各直流電圧値における静電容
量Ｃを求める。直流電圧Ｖ。

を変化させた場合の各直流電圧値ごとに計測した静電容
量Ｃをメモリに取り込み、このメモリを読み出すことに
よって表示器９に曲線Ｃｖに示すような静電容量対直流
電圧特性を表示する。

「発明が解決しようとする課題」 従来のこの種の装置において、直流加算回路３は正弦波
を通過させ、直流電圧を阻止するためのコンデンサ３Ａ
と、直流電圧発生装置４とコンデンサ３Ａの両端との間
に接続され、正弦波の侵入を阻止し、直流成分のみを出
力するために設けたインダクタ３Ｂとを具備し、この直
流加算回路３によって正弦波Ｖ、に直流電圧■、を加算
している。第５図に正弦波発生装置１と直流電圧発生装
置４および被測定静電容量５と静電容量測定装置６の間
の接続関係の等価回路を示す。

この等価回路から明らかなように直流電圧発生装置４は
装置全体の共通電位点ＡＳから電気的に絶縁された、い
わゆるフローテング型直流電圧発生装置が用いられる。

このフローテング型直流電圧発生装置はこれの共通電位
点を装置全体の共通電位点ＡＳに接続できないため、そ
の絶縁のために構造が複雑になり高価である。

また装置全体の共通電位点ＡＳに装置できないためノイ
ズが発生し易く、測定精度を向上できない不都合がある
。

更に直流電圧発生装置４は高精度および高速度に電圧を
変化させることが要求される。高速度に出力電圧を変化
させるためには直流電圧発生装置４の出力インピーダン
スを低くする必要がある。

出力インピーダンスを小さくするには出力できる電流容
量を大きくしなければならない。この点でも高価になる
欠点を持っている。

この発明の目的は安価でしかも高精度の測定を行うこと
ができる静電容量対電圧特性測定装置を提供しようとす
るものである。

「課題を解決するための手段」 この発明においてはフローテング型直流電圧発生装置を
用いることなく正弦波に直流電圧を重畳させる構成を提
案するものである。

つまり、この発明では、 被測定静電容量に印加すべき正弦波を発生する正弦波発
生装置と、 被測定静電容量に印加すべき直流電圧を発生する直流電
圧発生装置と、 この正弦波発生装置から出力される正弦波に直流電圧発
生装置から出力される直流電圧に対応した直流電圧を加
算する直流電圧加算回路と、被測定静電容量に印加され
る正弦波を除去して直流電圧だけを取り出す正弦波除去
回路と、この正弦波除去回路が取り出した直流電圧を直
流電圧発生装置から出力される直流電圧と比較し、偏差
信号を出力する電圧比較器と、 この電圧比較器から出力される直流電圧の偏差値を増幅
して直流電圧加算回路の直流電圧入力端子に印加する偏
差増幅器と、 同期検波器を具備し被測定静電容量を流れる正弦波電流
を上記正弦波発生装置から出力される正弦波の位相から
９０°異なる位相を持つ基準信号によって同期検波し、
虚数部の電流値を計測し静電容量を測定する静電容量測
定装置と、によって静電容量対電圧特性測定装置を構成
したものである。

この発明の構成によれば正弦波発生装置から出力される
正弦波は直流電圧加算回路で直流電圧発生装置から出力
される直流電圧に加算され直流電圧に重畳した正弦波信
号に変換されて被測定Ｆｐ電電量量印加される。

被測定静電容量に印加した電圧を正弦波除去回路に取り
出し、この正弦波除去回路において正弦波を除去し、被
測定静電容量に与えられた直流電圧を取り出す。この直
流電圧を直流電圧発生装置から出力される直流電圧と電
圧比較器によって比較し、偏差電圧を求める。

この偏差電圧を偏差増幅器によって増幅し、直流加算回
路の直流電圧入力端子に与える。

結局、直流加算回路と正弦波除去回路、電圧比較器、偏
差増幅器は閉ループを構成し、この閉ループの帰還動作
によって正弦波に直流電圧を重畳させている。

従って、この発明によればフローテング型直流電圧発生
装置を使わなくても済むため安価に作ることができる。

しかも帰還動作によって直流電圧を発生させているから
ノイズの発生を抑えることができる。よって精度のよい
測定を行うことができる。

ｒ実施例］ 第１図にこの発明の一実施例を示す。図中１は正弦波Ｖ
、を出力する正弦波発生装置を示す。正弦波発生装置ｌ
から出力される正弦波■１は直流加算回路３に入力され
る。直流加算回路３は演算増幅器によって構成すること
ができ、一方の入力端子３Ａに正弦波ｖ１を入力し・、
他方の入力端子３Ｂに直流電圧Ｖ、を与える。

従って、この直流加算回路３の出力側には第４図に示し
た直２ｉｔ電圧Ｖ、に正弦波ｖ１が重畳した電圧信号が
得られる。この電圧信号はバッファ増幅Ｈ２で増幅され
て被測定静電容量５に印加される。

電圧信号の印加によって被測定静電容量５を流れる電流
ｉを取り出し、この電流ｉを静電容量測定装置６に与え
る。静電容量測定装置６では基準となる位相（正弦波発
生装置１から出力される正弦波の位相）から９０°位相
が異なる基準信号で電流ｉの正弦波成分を同期検波し、
電流ｉの虚数部を取り出す。電流ｉの虚数部を求めるこ
とによって被測定静電容量５の静電容量に対応した値を
得ることができる。

電流ｉの虚数部と静電容量値との間の関係を標準コンデ
ンサによって校正しておくことによって電流ｉの虚数部
から静電容量値を算出することができる。

電流ｉの虚数部の値を持つアナログ電圧をＡＤ変換器７
に与え、ＡＤ変換器して制御器８に入力し、制御器８に
おいて直流電圧■、を変化させるごとに、静電容量に対
応した値をＡＤ変換器７から取り込みメモリに記憶する
と共に表示器９に出力し、静電容量対直流電圧特性Ｃｖ
を表示する。

ここで、この発明では被測定静電容量５に印加する電圧
信号を正弦波除去回路１１に取り出し、この正弦波除去
回路１１で被測定静電容量５に与えられる正弦波Ｖ′８
を除去し、直流電圧Ｖ′、だけを取り出す。

このためには正弦波除去回路１工を演算増幅器によって
ｖＩ威し、この演算増幅器の一方の入力端子１１Ａに被
測定静電容量５に与える電圧信号を入力し、他方の入力
端子１１Ｂに正弦波発生装置１から正弦波■、を与える
。

入力端子１１ＡとＩＩＢに与られた電圧信号に含まれる
正弦波Ｖ′、は正弦波Ｖ１によって減算され打ち消され
る。従って正弦波除去回路１１の出力側には直流電圧Ｖ
′、だけが出力される。

正弦波除去回路１１から出力された直流電圧ｖ′ゎは電
圧比較器１２に入力される。電圧比較器１２も演算増幅
器によって構成することができ、一方の入力端子に正弦
波除去回路１１から出力される直流電圧ｖ′、を与え、
他方の入力端子に直流電圧発生装置１３から直流電圧Ｖ
。を与える。

この直流電圧発生装置１３は制御器８によって例えば＋
ｌＯ■〜−１０Ｖの範囲内の任意の電圧を出力すること
ができ、例えば−１ＯＶから＋ｌ０ＶＯ間を１０ｍＶ程
度のピッチで順次変化するように制御され、その各電圧
値ごとに制御器８はＡＤ変換器７から出力される静電容
量値を取り込む。

電圧比較器１２は正弦波除去回路１１と直２ｉ！電圧発
生装置１３から与えられる直流電圧Ｖ′、とｖｂｈの偏
差信号Ｖ、を出力する。この偏差信号■。

は偏差増幅器１４で増幅されて直流加算回路３の直流電
圧入力端子３Ｂに与えられる。

この回路構造において偏差増幅器１４の利得Ａが充分大
きい値であれば正弦波発生装置ｌから出力される正弦波
Ｖ、と直流電圧発生装置１３から出力される直流電圧ｖ
ｂｂは偏差増幅器Ｉ４の利得Ａの値に関わりなく、その
ま覧の値で被測定静電容量５に与えられる。

この様子を第２図に示す等価回路を用いて説明する。第
２図に示した各部の符号は第１図に示した各部の符号と
一致している。

正弦波発生装置ｌの出力をＸ、直流電圧発生装置１３の
出力をｙ、被測定静電容量５に与えられる電圧を２とし
た場合、 Ｚ　　　　　Ｉ　　　　　　Ａ　　　　　１＋ＡＸ　　
　　１＋Ａ　　　　１＋Ａ　　　　Ｉ＋Ａとなり、偏差
増幅器１４の利得への値に関わりなく　ｘ＝ｚが維持さ
れる。

また、 ｙ　　　　　　１＋Ａ となる。従って、Ａが充分大きい値であれば２＝ｙが維
持され直流電圧を被測定静電容量５に安定に印加するこ
とができる。

「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば直流電圧発生装
置１３はフローテング型直流電源でなくてよく、装置の
共通電位ＡＳと同一の電位ＡＳに接続することができる
。よって通常の電源回路を用いることができ、安価に作
ることができる。

また直流電圧発生装置１３の共通電位を装置全体の共通
電位点に接続できることからノイズの発生を抑えること
ができる。このために精度の高い直流電位を発生させる
ことができる。

また、この発明によれば閉ループを構成して直流電圧Ｖ
、を正弦波Ｖ、に加算する構成としたから直流電圧発生
装置１３から出力される直流電圧ｖｂｂの変化に対して
被測定静電容量５に与える直流電圧Ｖ′、の変化を高速
度で追従させることができる。よって一つの被測定静電
容量の電圧特性を短時間に測定することができる利点が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す接続図、第２図は第
１図の動作を説明するための等価回路図、第３図は従来
の技術を説明するためのブロック図、第４図は第３図の
動作を説明するための波形図、第５図は第３図の動作を
説明するための等価回路図である。 １：正弦波発生装置、３：直流加算回路、５：被測定静
電容量、６−静電容量測定装置、７：ＡＤ変換器、８：
制御器、９：表示器、１１：正弦波除去回路、１２．電
圧比較器、１３：直流電圧発生装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａ、被測定静電容量に印加すべき正弦波を発生す
   る正弦波発生装置と、 Ｂ、被測定静電容量に印加すべき直流電圧を発生する直
   流電圧発生装置と、 Ｃ、この正弦波発生装置から出力される正弦波に上記直
   流電圧発生装置から出力される直流電圧に対応した直流
   電圧を加算する直流電圧加算回路と、 Ｄ、被測定静電容量に印加される正弦波を除去して直流
   電圧だけを取り出す正弦波除去回路と、 Ｅ、この正弦波除去回路が取り出した直流電圧を上記直
   流電圧発生装置から出力される直流電圧と比較し、偏差
   信号を出力する電圧比較器と、 Ｆ、この電圧比較器から出力される直流電圧の偏差値を
   増幅して上記直流電圧加算回路の直流電圧入力端子に印
   加する偏差増幅器と、 Ｇ、同期検波器を具備し被測定静電容量を流れる正弦波
   電流を上記正弦波発生装置から出力される正弦波の位相
   から９０°異なる位相を持つ基準信号によって同期検波
   し、虚数部の電流値を計測し静電容量を測定する静電容
   量測定装置と、 によって構成した静電容量対電圧特性測定装置。