JPH0538577U - 電圧又は電流測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷の一端ｐ_b の共通電位点Ｇに対する電圧
ΔＶ_b が、Ｄ／Ａコンバータ及びＡ／Ｄコンバータの各
コールド側入出力端子Ｇ_A に印加されないようにして、
これらコンバータの誤差が増大しないようにする。 【構成】 各コンバータのコールド側入出力端子Ｇ_A は
電子回路部６のコールド側信号線Ｌ_C に接続され、かつ
接地端子Ｇ_D と共に共通電位点Ｇに接続される。Ｄ／Ａ
コンバータ１の出力はＲ₁ を介して演算増幅器Ａ₁ に入
力され、Ａ₁ の出力はＲ_M を介して負荷に与えられる。
負荷の一端ｐ_b は電子回路部６内の共通電位点Ｇに接続
される。負荷の他端ｐ_a は電圧フォロアＡ₂ 及びＲ₂ を
順次介してＡ₁ の反転入力端子に接続される。ｐ_b 点の
電圧は高入力抵抗の増幅回路７及びＲ₁₁を順次介してＡ
₁ の反転入力端子に接続される。Ｒ_M の両端の電圧は高
入力抵抗の差動増幅回路３に入力され、その出力がＡ／
Ｄコンバータ４に入力され、負荷電流に対応したディジ
タル信号５に変換される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

ＩＣ試験装置等に用いられる測定装置であって、Ｄ／Ａコンバータで発生した 直流電圧に応じた所定の電圧又は電流を負荷に供給し、負荷の電流又は電圧をＡ ／Ｄコンバータで測定するようにした電流又は電圧測定装置に関し、特に負荷の 一端を共通電位点に接続するための配線で降下した電圧が、各コンバータのコー ルド側入出力端子に印加されて、Ｄ／ＡコンバータやＡ／Ｄコンバータの誤差が 増大しないようにしたものである。

【０００２】

【従来の技術】

負荷の両端に所定電圧を発生させてそのときの負荷電流を測定する場合を図３ を参照して説明する。Ｄ／Ａコンバータ１より入力ディジタル信号２に応じた所 定の直流電圧Ｖ₁ が抵抗器Ｒ₁ を通じて、演算増幅器Ａ₁ の反転入力端子に供給 され、その増幅された出力電圧Ｖ₄ が、測定用抵抗器Ｒ_M を通じて、一端ｐ_b が 共通電位点Ｇに接続された負荷Ｒ_L の他端ｐ_a に供給される。負荷の他端ｐ_a が 電圧フォロアＡ₂ 及び抵抗器Ｒ₂ を順次介して、演算増幅器Ａ₁ の反転入力端子 に接続される。

【０００３】 測定用抵抗器Ｒ_M の入力端及び出力端は、電圧フォロアＡ₃ 及びＡ₄ をそれぞ れ介して、差動増幅回路Ａ₆ の入力抵抗器Ｒ₃ 及びＲ₄ にそれぞれ接続される。 電圧フォロアＡ₃ ，Ａ₄ 及び差動増幅回路Ａ₆ により高入力抵抗の差動増幅回路 ３が構成される。 差動増幅回路３の出力はＡ／Ｄコンバータ４に入力され、その入力電圧、従っ て負荷電流Ｉ_L に対応したディジタル信号５が出力される。

【０００４】 Ｄ／Ａコンバータ１及びＡ／Ｄコンバータ４には、共通電位点に接続される接 地端子Ｇ_D と、出力又は入力端のアナログ系の不平衡な電子回路部６のコールド 側信号線Ｌ_C に接続されるコールド側出力又は入力端子Ｇ_A がそれぞれ設けられ ている。演算増幅器Ａ₁ の非反転入力端子は、直接信号線Ｌ_C に接続される。負 荷Ｒ_L の一端ｐ_b も電圧フォロアＡ₅ を通じて信号線Ｌ_C に接続される。

【０００５】 いま、一例として、Ｄ／Ａコンバータ１の出力電圧Ｖ₁ ＝１０Ｖ，Ｒ₁ ＝１Ｋ Ωとすれば、Ｉ₁ ＝Ｖ₁ ／Ｒ₁ ＝１０mAの電流がＲ₁ −Ｒ₂ を流れて電圧フォロ アＡ₂ に吸い込まれる。反転入力端子は仮想接地点であるから、その電圧Ｖ₂ ≒ ０である。Ｒ₂ ＝２ＫΩとすれば、Ｒ₂ による電圧降下はＩ₁ Ｒ₂ ＝２０Ｖであ るから、電圧フォロアＡ₂ の出力端の電圧Ｖ₃ は、Ｖ₃ ＝−Ｉ₁ Ｒ₂ ＝−Ｖ₁ （ Ｒ₂ ／Ｒ₁ ）＝−２０Ｖとなる。電圧フォロアＡ₂ ，Ａ₅ の電圧降下はゼロであ るので、負荷Ｒ_L の一端ｐ_b の電位は信号線Ｌ_C の電位に等しく、又他端ｐ_a の 電位は演算増幅器Ａ₂ の出力端の電位に等しい。従って負荷Ｒ_L の端子電圧Ｖ₀ は電圧フォロアＡ₂ の出力電圧Ｖ₃ ＝−２０Ｖに等しい。従って、 Ｖ₀ ＝Ｖ₃ ＝−Ｉ₁ Ｒ₂ ＝−Ｖ₁ （Ｒ₂ ／Ｒ₁ ） …… （１） （１）式より明らかなように、Ｄ／Ａコンバータ１が所定圧Ｖ₁ を出力すれば、 負荷の抵抗値と無関係に、一定の電圧Ｖ₀ を負荷の両端に発生できる。

【０００６】 測定用抵抗器Ｒ_M の端子電圧Ｖ₄ −Ｖ₅ は差動増幅回路３に入力される。同回 路３においてＲ₃ ＝Ｒ₄ ＝Ｒ₅ ＝Ｒ₆ とすれば、出力電圧Ｖ₆ は、Ｖ₆ ＝−（Ｖ ₄ −Ｖ₅ ）となる。負荷電流Ｉ_L は Ｉ_L ＝（Ｖ₄ −Ｖ₅ ）／Ｒ_M ＝−Ｖ₆ ／Ｒ_M …… （２） より求められる。 Ａ／Ｄコンバータ４より負荷電流Ｉ_L に対応したディジタル 信号５が外部に供給される。

【０００７】 なお、電圧フォロアＡ₂ ，Ａ₃ ，Ａ₄ ，Ａ₅ は入力インピーダンスが極めて高 く、入力電流は無視できる。 負荷Ｒ_L と測定装置の電子回路部６との間の距離Ｌは比較的長く、その間を結 ぶ配線（抵抗分をＲ_a ，Ｒ_b とする）を負荷電流Ｉ_L が流れるので、電圧降下Δ Ｖ_a ，ΔＶ_b がそれぞれ発生する。そのΔＶ_b は両コンバータのコールド側入出 力端子Ｇ_A に印加されるが、その値が許容範囲内であれば両コンバータは許容誤 差内で動作できる。

【０００８】 この測定装置によれば、（１），（２）式より明らかなように、Ｄ／Ａコンバ ータ１及びＡ／Ｄコンバータ４が所定の誤差内で動作できる限りにおいて、負荷 Ｒ_L に所定の一定電圧Ｖ₀ を許容誤差内で発生させることができ、その時の負荷 電流Ｉ_L を許容誤差内で測定することができる。 次に負荷に所定電流を流して負荷の端子電圧を測定する場合を図３と対応する 部分に同じ符号を付した図４を参照して説明する。

【０００９】 いま、Ｖ₁ ＝0.１Ｖ，Ｒ₁ ＝１ＫΩ，Ｒ₂ ＝２ＫΩとすれば、Ｖ₂ ≒０である から、Ｉ₁ ＝Ｖ₁ ／Ｒ₁ ＝0.１mA，Ｖ₃ ＝−Ｉ₁ Ｒ₂ ＝−Ｖ₁ （Ｒ₂ ／Ｒ₁ ）＝ −0.２Ｖとなる。差動増幅回路３において、Ｒ₃ ＝Ｒ₄ ＝Ｒ₅ ＝Ｒ₆ とすれば、 その利得は−１であるから、その入力電圧Ｖ₅ −Ｖ₄ ＝−Ｖ₃ ＝0.２Ｖである。 測定用抵抗器Ｒ_M ＝0.２ＫΩとすれば、負荷電流Ｉ_L は Ｉ_L ＝（Ｖ₄ −Ｖ₅ ）／Ｒ_M ＝Ｖ₃ ／Ｒ_M ＝−Ｖ₁ （Ｒ₂ ／Ｒ₁ Ｒ_M ） ＝−１mA …… （３） （３）式から明らかなように、Ｄ／Ａコンバータ１が所定電圧Ｖ₁ を出力すれば 、負荷Ｒ_L の抵抗値の大きさと無関係に、一定の電流Ｉ_L を流すことができる。

【００１０】 負荷Ｒ_L の端子電圧Ｖ₀ は電圧フォロアＡ₂ を介して反転増幅回路Ａ₇ に入力 される。Ａ₂ とＡ₇ で測定用増幅回路８が構成される。同回路８の抵抗値Ｒ₇ ＝ Ｒ₈ とすれば、利得は−１であるので、出力電圧Ｖ₆ は Ｖ₆ ＝−Ｖ₀ （Ｒ₈ ／Ｒ₇ ）＝−Ｖ₀ …… （４） となる。負荷の端子電圧Ｖ₀ と対応したディジタル信号５がＡ／Ｄコンバータ４ より外部に出力される。

【００１１】 図４の装置では負荷Ｒ_L と電子回路部６とを接続する配線の抵抗分Ｒ_a ，Ｒ_b に負荷電流Ｉ_L が流れて、電圧降下ΔＶ_a ，ΔＶ_b が発生し、そのΔＶ_b がＤ／ Ａコンバータ１及びＡ／Ｄコンバータ４のコールド側入出力端子Ｇ_A に印加され るが、その値が許容範囲内であれば、両コンバータは所定の誤差内で動作でき、 負荷Ｒ_L に所定の一定電流Ｉ_L を所定の誤差内で流すことができ、その時の負荷 の端子電圧Ｖ₀ を許容誤差内で測定することができる。

【００１２】

【考案が解決しようとする課題】

測定装置によってはその電子回路部６と負荷Ｒ_L との距離Ｌを長くせざるを得 ない場合があり、負荷電流Ｉ_L が配線抵抗Ｒ_b に流れて発生する電圧降下ΔＶ_b が例えば0.５Ｖにも達する場合がある。この電圧は負荷の一端ｐ_b の共通電位点 （Ｇ）に対する電圧である。不平衡な電子回路部６のコールド側信号線Ｌ_C は電 圧フォロアＡ₅ を介して負荷の一端ｐ_b に接続されているので、その共通電位点 （Ｇ）に対する電圧は、ｐ_b 点の電圧ΔＶ_b と等しくされる。従って、Ｄ／Ａコ ンバータ１及びＡ／Ｄコンバータ４ではそのコールド側入出力端子Ｇ_A の共通電 位点に接続された接地端子Ｇ_D に対する電圧はΔＶ_b に等しくなる。この電圧が 例えば0.２Ｖ以下であれば許容範囲内で、特に問題ないが、例えば0.５Ｖ程度以 上になると、Ｄ／Ａコンバータ１のアナログ出力電圧Ｖ₁ 及びＡ／Ｄコンバータ ４のディジタル出力５の誤差が可なり大きくなって、測定精度が低下する。

【００１３】 この考案の目的は、負荷の一端ｐ_b の共通電位点（Ｇ）に対する電圧が可なり 大きい場合でも、Ｄ／Ａコンバータ１及びＡ／Ｄコンバータ４のコールド側入力 端子Ｇ_A の接地端子（共通電位点に接続される）Ｇ_D に対する電圧が許容範囲を 外れないようにして、これらコンバータの誤差が増加しないようにしようとする ものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

請求項１の電流測定装置では、Ｄ／Ａコンバータ及びＡ／Ｄコンバータの各コ ールド側入出力端子Ｇ_A が、接地端子Ｇ_D と共に共通電位点に接続される。負荷 の一端の共通電位点に対する電圧が、高入力抵抗の反転増幅回路で検出され、そ の検出出力が、第３抵抗器を通じて演算増幅器の反転入力端子に供給される。

【００１５】 請求項２の電圧測定装置では、同様にＤ／Ａコンバータ及びＡ／Ｄコンバータ の各コールド側入出力端子Ｇ_A が、接地端子Ｇ_D と共に共通電位点に接続される 。また測定用増幅回路が、高入力抵抗の差動増幅回路で構成され、その二つの入 力端子が負荷の両端にそれぞれ接続される。

【００１６】

【実施例】

請求項１の考案の実施例を図１に図３と対応する部分に同じ符号を付し、重複 説明を省略する。この考案では、Ｄ／Ａコンバータ１及びＡ／Ｄコンバータ４の コールド側入出力端子Ｇ_A は、電子回路部６のコールド側信号線Ｌ_C に接続され ると同時に、接地端子Ｇ_D と共に共通電位点Ｇに接続される。また負荷の一端ｐ _b が高入力抵抗の反転増幅回路７の入力端子に接続され、その出力端子が抵抗器 Ｒ₁₁を介して演算増幅器Ａ₁ の反転入力端子に接続される。反転増幅回路７は電 圧フォロアＡ₇ と反転増幅回路Ａ₈ との２段で構成される。Ｒ₉ ＝Ｒ₁₀とすれば 反転増幅回路７の利得は−Ｒ₁₀／Ｒ₉ ＝−１である。

【００１７】 いま、一例としてＶ₁ ＝１０Ｖ，Ｒ₁ ＝１ＫΩ，Ｒ₂ ＝Ｒ₁₁＝２ＫΩとし、Δ Ｖ_b ＝0.５Ｖとすると、Ｖ₂ ≒０であるから、Ｉ₁ ＝Ｖ₁ ／Ｒ₁ ＝１０mA，Ｖ₇ ＝−ΔＶ_b ＝−0.５Ｖとなる。従ってＲ₁₁の電流Ｉ₂ は、Ｉ₂ ＝−Ｖ₇ ／Ｒ₁₁＝ ΔＶ_b ／Ｒ₁₁＝0.２５mAとなる。よって、Ｒ₂ の電流Ｉ₃ は、Ｉ₃ ＝Ｉ₁ −Ｉ₂ （＝Ｖ₁ ／Ｒ₁ −ΔＶ_b ／Ｒ₁₁）＝9.７５mAとなる。従って、電圧フォロアＡ₂ の出力端の電圧Ｖ₃ は、 Ｖ₃ ＝−Ｉ₃ Ｒ₂ ＝−9.７５×２＝−１9.５Ｖ となる。或いは、上式を変形すれば、 Ｖ₃ ＝−Ｉ₃ Ｒ₂ ＝−（Ｖ₁ ／Ｒ₁ −ΔＶ_b ／Ｒ₁₁）Ｒ₂ ＝−Ｖ₁ （Ｒ₂ ／Ｒ₁ ）＋ΔＶ_b ＝−１０×２＋0.５＝−１9.５Ｖ …… （５） と求められる。負荷の端子電圧Ｖ₀ は Ｖ₀ ＝Ｖ₃ −ΔＶ_b ＝−Ｖ₁ （Ｒ₂ ／Ｒ₁ ）＋ΔＶ_b −ΔＶ_b ＝−Ｖ₁ （Ｒ₂ ／Ｒ₁ ） …… （６） となる。（５）式より明らかなように、負荷の一端ｐ_b が共通電位点Ｇに対して 電圧ΔＶ_b だけ高くなれば、負荷の他端ｐ_a 点の共通電位点Ｇに対する電圧（＝ Ｖ₃ ）もΔＶ_b だけ高くなり、負荷の両端間にはΔＶ_b と無関係に、一定の電圧 Ｖ₀ ＝−Ｖ₁ （Ｒ₂ ／Ｒ₁ ）が印加される。

【００１８】 測定用抵抗器Ｒ_M を流れる負荷電流Ｉ_L の測定は差動増幅回路３及びＡ／Ｄコ ンバータ４により従来技術で述べたのと同様に行われる。 負荷に所定電流を流して、そのときの負荷の端子電圧を測定する請求項２の考 案の実施例を図２を参照して説明する。図２には図３及び図４と対応する部分に 同じ符号を付してある。Ｄ／Ａコンバータ１及びＡ／Ｄコンバータ４のコールド 側の入出力端子Ｇ_A は図１の場合と同様に、コールド側信号線Ｌ_C に接続される と同時に共通電位点Ｇに接続される。負荷の両端ｐ_a ，ｐ_b は高入力抵抗の差動 増幅回路８の別々の入力端子にそれぞれ接続される。ｐ_a ，ｐ_b 点の共通電位点 に対する電圧Ｖ_a 及びΔＶ_b は差動増幅回路８の電圧フォロアＡ₁₁，Ａ₁₂にそれ ぞれ入力される。Ａ₁₂の出力は反転増幅回路Ａ₁₃に入力される。電圧フォロアＡ ₁₁ の出力及び反転増幅回路Ａ₁₃の出力は加算増幅回路Ａ₁₄にそれぞれ入力される 。いまＲ₁₂＝Ｒ₁₃とすれば反転増幅回路Ａ₁₃の利得は−１であり、加算増幅回路 Ａ₁₄の２つの入力はＶ_a 及び−ΔＶ_b となる。いまＲ₁₄＝Ｒ₁₅＝Ｒ₁₆とすれば、 加算増幅回路Ａ₁₄の出力電圧Ｖ₆ は Ｖ₆ ＝−（Ｖ_a −ΔＶ_b ）＝−Ｖ₀ …… （７） となる。従って差動増幅回路８の利得は−１となる。負荷の一端ｐ_b に配線抵抗 による電圧降下ΔＶ_b に等しい電圧が発生していても、差動増幅回路８及びＡ／ Ｄコンバータ４によって、負荷の端子電圧が測定できる。

【００１９】 図１，図２いずれの場合にもＤ／Ａコンバータ１及びＡ／Ｄコンバータ４のコ ールド側の入出力端子Ｇ_A は接地端子Ｇ_D と共に共通電位点に接続されているの で、両者間に電位差は生じない。従って、従来のように許容範囲を外れる恐れは ない。

【００２０】

【考案の効果】

この考案では、Ｄ／Ａコンバータ１及びＡ／Ｄコンバータ４のコールド側入出 力端子Ｇ_A は接地端子Ｇ_D と共に共通電位点に接続されるので、電子回路部６内 の共通電位点Ｇと負荷の一端ｐ_b とを結ぶ信号線の電圧降下ΔＶ_b が従来のよう に前記Ｇ_A とＧ_D との間に発生することはない。よって、Ｄ／Ａコンバータ１及 びＡ／Ｄコンバータ４のＧ_D 〜Ｇ_A 間電圧が許容範囲をオーバーする恐れはなく 、従って、測定精度が低下する恐れもない。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１の考案の実施例を示す回路図。

【図２】請求項２の考案の実施例を示す回路図。

【図３】従来の電流測定装置の回路図。

【図４】従来の電圧測定装置の回路図。

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ｄ／Ａコンバータより入力ディジタル信
   号に応じた所定の直流電圧が、第１抵抗器を通じて演算
   増幅器の反転入力端子に供給され、 その演算増幅器の出力電圧が、測定用抵抗器を通じて、
   一端が共通電位点に接続された負荷の他端に供給され、 その負荷の他端が、電圧フォロア及び第２抵抗器を順次
   介して前記演算増幅器の反転入力端子に接続され、 前記測定用抵抗器の端子電圧が、高入力抵抗の差動増幅
   回路を通じてＡ／Ｄコンバータに入力され、負荷電流に
   対応したディジタル信号を出力するように構成された電
   流測定装置において、 前記Ｄ／Ａコンバータ及びＡ／Ｄコンバータの各コール
   ド側入出力端子Ｇ_Aが、接地端子Ｇ_D と共に共通電位点
   に接続され、 前記負荷の一端の共通電位点に対する電圧が、高入力抵
   抗の反転増幅回路で検出され、その検出出力が、第３抵
   抗器を通じて前記演算増幅器の反転入力端子に供給され
   ていることを特徴とする、 電流測定装置。
2. 【請求項２】 Ｄ／Ａコンバータより入力ディジタル信
   号に応じた所定の直流電圧が、第１抵抗器を通じて、演
   算増幅器の反転入力端子に供給され、 その演算増幅器の出力電圧が、測定用抵抗器を通じて、
   一端が共通電位点に接続された負荷の他端に供給され、 前記測定用抵抗器の端子電圧が、高入力抵抗の差動増幅
   回路で増幅され、その出力電圧が第２抵抗器を介して前
   記演算増幅器の反転入力端子に供給され、 前記負荷の端子電圧が、測定用増幅回路を通じてＡ／Ｄ
   コンバータに入力され、負荷の端子電圧に対応したディ
   ジタル信号を出力するように構成された電圧測定装置に
   おいて、 前記Ｄ／Ａコンバータ及びＡ／Ｄコンバータの各コール
   ド側入出力端子Ｇ_Aが、接地端子Ｇ_D と共に共通電位点
   に接続され、 前記測定用増幅回路が、高入力抵抗の差動増幅回路で構
   成され、その二つの入力端子が前記負荷の両端にそれぞ
   れ接続されていることを特徴とする、電圧測定装置。