JP3707483B2 - 電流発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、電流発生装置における負荷回路の破壊の回避に関する。

従来より、負荷回路に一定の電流を流し、負荷回路の両端の電圧を測定することにより、負荷回路の抵抗値を測定することが行なわれている。負荷回路に一定の電流を流すための電流発生装置が特許文献１（図６参照）に開示されている。

従来技術にかかる電流発生装置の構成を図３に示す。図３に示すような電流発生装置によれば、負荷回路に流れる電流ISは、IS=−（Vin／RS）×（R2／R1）となる。電流ISは、負荷回路の抵抗RLにかかわらず一定である。

特開２００２−３５１５５７号公報（図６）

ここで、電源電圧Vinを０Vにすることで、電流ISを０Aにすることがある。しかし、電源のゼロ誤差やアンプのオフセット誤差によって、電流ISが０Aにならないことがある。このとき、負荷回路の抵抗RLが大きいかあるいは負荷回路を切り離していると、出力電圧Vo_ROFは電流ISと抵抗RLとの積なので、出力電圧Vo_ROFが大きくなる。よって、負荷回路が破損する恐れがある。

負荷回路の破損を避けるために、図４に示すように、抵抗RSと負荷回路との間に抵抗Rxの一端を接続し、抵抗Rxの他端を接地することが考えられる。

しかしながら、抵抗Rxには大きな電圧が印加されるので、最大許容電力が大きい抵抗器を抵抗Rxとして使用しなければならない。これにより、電流発生装置が大きくなってしまうという問題が生じる。

しかも、負荷回路に様々な値の電流を流して、負荷回路の抵抗値を測定する必要があることがある。電源電圧Vinを可変としても電流ISの取り得る範囲は限られてしまう。そこで、図５に示すように、異なった抵抗値の抵抗RS1、RS2、RS3を用意して、所望の電流ISに応じて抵抗RS1、RS2、RS3のいずれかを負荷回路に接続することが考えられる。この場合、抵抗RS1、RS2、RS3に応じて別々の抵抗値Rx1、Rx2、Rx3の抵抗Rxを用意する必要がある。

このように、接地する抵抗Rxの最大許容電力を大きなものとしなければならず、しかも異なった抵抗値のものを複数用意しなければならない場合があるという問題がある。

そこで、本発明は、最大許容電力がさほど大きくない抵抗を少ない種類だけ用いて、負荷回路の破損を回避できる電流発生装置を提供することを課題とする。

請求項１に記載の発明は、電圧を供給する電源と、入力信号の電圧と接地電位との差を増幅して出力する第一差動増幅手段と、第一差動増幅手段の出力を受ける出力抵抗と、第一差動増幅手段の出力を受ける第一帰還抵抗と、第一差動増幅手段の出力の電圧と出力抵抗の出力の電圧との差を増幅して出力する第二差動増幅手段と、第二差動増幅手段の出力を受ける第二帰還抵抗とを備え、入力信号は、電源の出力、第一帰還抵抗の出力および第二帰還抵抗の出力を加算したものであるように構成される。

上記のように構成された発明によれば、電源は、電圧を供給する。第一差動増幅手段は、入力信号の電圧と接地電位との差を増幅して出力する。出力抵抗は、第一差動増幅手段の出力を受ける。第一帰還抵抗は、第一差動増幅手段の出力を受ける。第二差動増幅手段は、第一差動増幅手段の出力の電圧と出力抵抗の出力の電圧との差を増幅して出力する。第二帰還抵抗は、第二差動増幅手段の出力を受ける。入力信号は、電源の出力、第一帰還抵抗の出力および第二帰還抵抗の出力を加算したものである。

請求項２に記載の発明は、電圧を供給する電源と、第一入力信号の電圧と第二入力信号の電圧との差を増幅して出力する第一差動増幅手段と、第一差動増幅手段の出力を受ける出力抵抗と、第一差動増幅手段の出力を受ける第一帰還抵抗と、第一差動増幅手段の出力の電圧と出力抵抗の出力の電圧との差を増幅して出力する第二差動増幅手段と、第二差動増幅手段の出力を受ける第二帰還抵抗とを備え、第一入力信号は、第一帰還抵抗の出力および第二帰還抵抗の出力を加算したものであり、第二入力信号は、電源の出力であるように構成される。

上記のように構成された発明によれば、電源は、電圧を供給する。第一差動増幅手段は、第一入力信号の電圧と第二入力信号の電圧との差を増幅して出力する。出力抵抗は、第一差動増幅手段の出力を受ける。第一帰還抵抗は、第一差動増幅手段の出力を受ける。第二差動増幅手段は、第一差動増幅手段の出力の電圧と出力抵抗の出力の電圧との差を増幅して出力する。第二帰還抵抗は、第二差動増幅手段の出力を受ける。第一入力信号は、第一帰還抵抗の出力および第二帰還抵抗の出力を加算したものである。第二入力信号は、電源の出力である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明であって、出力抵抗の出力の電圧を測定するための出力電圧測定手段を備えるように構成される。

請求項４に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明であって、出力抵抗の出力の電圧が負荷回路に印加されるように構成される。

請求項５に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明であって、出力抵抗として複数種類の抵抗値の抵抗を選択する選択手段を備えるように構成される。

請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明であって、第一帰還抵抗を、第二差動増幅手段の出力に接続するか否かを決定する接続決定手段を備えるように構成される。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。

第一の実施形態
図１は、本発明の第一の実施形態にかかる電流発生装置の構成を示すブロック図である。電流発生装置は、負荷回路３０に所定の電流を与える。なお、負荷回路３０は抵抗RLを有する。

電流発生装置は、電源１０、第一差動増幅器１２、出力抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、第一帰還抵抗１６、第二差動増幅器１８、第二帰還抵抗２０、増幅器２２、Ａ／Ｄコンバータ２４、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ７を備える。

電源１０は、直流電源１０ａ、抵抗１０ｂを有する。直流電源１０ａは、陰極と陽極とを有する。陰極が接地されており、陽極が抵抗１０ｂに接続されている。抵抗１０ｂは、第一差動増幅器１２に接続されている。抵抗１０ｂの抵抗値はR1である。

第一差動増幅器１２は、反転入力端子、非反転入力端子、出力端子を有する。第一差動増幅器１２は、非反転入力端子に入力された信号の電圧から、反転入力端子に入力された信号の電圧を減じたものを増幅して（ゲインG1）、出力端子から出力する。反転入力端子は、抵抗１０ｂ、第一帰還抵抗１６および第二帰還抵抗２０に接続されている。非反転入力端子は接地されている。反転入力端子に入力される信号は、電源１０の出力、第一帰還抵抗１６の出力および第二帰還抵抗２０の出力を加算したものとなる。

出力抵抗１４ａ（抵抗値R3）は、その一端が第一差動増幅器１２の出力端子に、その他端がスイッチＳ１に接続されている。出力抵抗１４ｂ（抵抗値R4）は、その一端が第一差動増幅器１２の出力端子に、その他端がスイッチＳ２に接続されている。出力抵抗１４ｃ（抵抗値R5）は、その一端が第一差動増幅器１２の出力端子に、その他端がスイッチＳ３に接続されている。

スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、負荷回路３０に接続されている。スイッチＳ１がONにされると、出力抵抗１４ａと負荷回路３０とが接続される。スイッチＳ２がONにされると、出力抵抗１４ｂと負荷回路３０とが接続される。スイッチＳ３がONにされると、出力抵抗１４ｃと負荷回路３０とが接続される。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３はいずれか一つがONにされる。スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３は、出力抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃのいずれを負荷回路３０に接続するための選択手段として機能する。

第一帰還抵抗１６（抵抗値R9）は、その一端が、スイッチＳ７を介して、第一差動増幅器１２の出力端子に接続されている。第一帰還抵抗１６は、その他端が、第一差動増幅器１２の反転入力端子に接続されている。スイッチＳ７がONにされると、第一帰還抵抗１６と第一差動増幅器１２の出力端子とが接続される。スイッチＳ７は、第一帰還抵抗１６を、第一差動増幅器１２の出力端子に接続するか否かを決定する接続決定手段として機能する。

第二差動増幅器１８は、反転入力端子、非反転入力端子、出力端子を有する。反転入力端子は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３と負荷回路３０との間に接続されている。非反転入力端子は、第一差動増幅器１２の出力端子に接続されている。第二差動増幅器１８は、第一差動増幅器１２の出力端子から出力される信号の電圧から、出力抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃの内の負荷回路３０に接続されているものから出力される信号の電圧を減じたものを増幅して（ゲインG2）、出力端子から出力する。

第二帰還抵抗２０（抵抗値R2）は、その一端が、第二差動増幅器１８の出力端子に接続されている。第二帰還抵抗２０（抵抗値R2）は、その他端が、第一差動増幅器１２の反転入力端子に接続されている。

増幅器２２およびＡ／Ｄコンバータ２４は、出力抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃから出力される電圧Voを測定するためのものである。

増幅器２２（ゲインG3）は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３と負荷回路３０との間から信号（電圧Vo）を取得して増幅する。

Ａ／Ｄコンバータ２４は、増幅器２２の出力（電圧Vm）を受けて、デジタル信号に変換する。このデジタル信号は、図示省略した電圧測定回路へ送られ、電圧Vm、Voが測定される。

次に、第一の実施形態の動作を説明する。

負荷回路３０に所定の電流を流す場合は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の内のいずれか一つをONにし、スイッチＳ７をOFFにする。

直流電源１０ａから出力された電気信号は、抵抗１０ｂを介して、第一差動増幅器１２の反転入力端子に入力される。第一差動増幅器１２は、反転入力端子に入力された信号と、接地電位との差を増幅して（ゲインG1）、出力端子から出力する。スイッチＳ１をONにしたときは、出力端子から出力された信号は、第二差動増幅器１８の非反転入力端子および出力抵抗１４ａに与えられる。出力抵抗１４ａから出力された信号はスイッチＳ１を通って、第二差動増幅器１８の反転入力端子に与えられる。第二差動増幅器１８は、非反転入力端子に与えられた信号と、反転入力端子に与えられた信号の差を増幅して（ゲインG2）、出力端子から出力する。この出力は、第二帰還抵抗２０に与えられる。第二帰還抵抗２０からの出力は、第一差動増幅器１２の反転入力端子に入力される。なお、出力抵抗１４ａから出力された信号の電圧Voは、負荷回路３０に印加される。電圧Voは、増幅器２２（ゲインG3）により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ２４によりデジタル信号に変換される。そして、電圧Voが測定される。

ここで、第一差動増幅器１２は、反転入力端子における電位と、非反転入力端子における電位とが等しくなるように動作する。よって、Vin／R1＋G2×IS×R3／R2＝０となるため、IS=−（Vin／R3）×（R2／R1）／G2となる（スイッチＳ１をONにしたとき）。このように、電流ISは、負荷回路３０の抵抗RLにかかわらず一定である。また、負荷回路３０にかかる電圧Voは、増幅器２２により増幅され、電圧Vmとして、Ａ／Ｄコンバータ２４および図示省略した電圧測定回路により測定される。よって、負荷回路３０の抵抗RLを、RL=Vo／ISとして求めることができる。

負荷回路３０に与える電圧Voを０ボルトにする場合（リファレンスOFF）、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の内のいずれか一つをONにし、スイッチＳ７をもONにする。スイッチＳ７をOFFにしてしまうと、電源１０のゼロ誤差や第一差動増幅器１２および第二差動増幅器１８のオフセット誤差によって、電流ISが０Aにならないことがある。このとき、負荷回路の抵抗RLが大きいかあるいは負荷回路を切り離していると、出力電圧Voは電流ISと抵抗RLとの積なので、出力電圧Voが大きくなる。よって、負荷回路３０が破損する恐れがある。

そこで、スイッチＳ７をもONにする。スイッチＳ７をONにすると、第一差動増幅器１２の出力端子から出力された信号は、第一帰還抵抗１６に与えられる。第一帰還抵抗１６の出力は、第一差動増幅器１２の反転入力端子に与えられる。これは、スイッチＳ７をOFFにしてスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３と負荷回路３０との間に、接地した抵抗Rxを接続した回路と等価になる。スイッチＳ１をONにしたとき、抵抗Rx＝R3((R9／R2)×G2−1)となる。抵抗Rxは、例えば100R3程度でよい。Rx＝100R3とする場合、R9＝101R2／G2となる。このように、第一帰還抵抗１６の抵抗値R9は大きく、かつ消費電力は小さい。

第一の実施形態によれば、抵抗Rxを使用するかわりに、消費電力が小さい第一帰還抵抗１６を使用することにより、負荷回路３０の破損を回避することができる。

第二の実施形態
第二の実施形態は、第一の実施形態における第一差動増幅器１２に入力される信号を変更したものである。

図２は、本発明の第二の実施形態にかかる電流発生装置の構成を示すブロック図である。電流発生装置は、負荷回路３０に所定の電流を与える。なお、負荷回路３０は抵抗RLを有する。

電流発生装置は、直流電源１０ａ、第一差動増幅器１２、出力抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、第一帰還抵抗１６、第二差動増幅器１８、第二帰還抵抗２０、増幅器２２、Ａ／Ｄコンバータ２４、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ７を備える。以下、第一の実施形態と同様な部分は同一の番号を付して説明を省略する。

直流電源１０ａは、陰極と陽極とを有する。陰極が接地されており、陽極が第一差動増幅器１２に接続されている。

第一差動増幅器１２は、反転入力端子、非反転入力端子、出力端子を有する。第一差動増幅器１２は、非反転入力端子に入力された信号（第二入力信号）の電圧から、反転入力端子に入力された信号（第一入力信号）の電圧を減じたものを増幅して（ゲインG1）、出力端子から出力する。反転入力端子は、第一帰還抵抗１６および第二帰還抵抗２０に接続されている。非反転入力端子は直流電源１０ａに接続されている。反転入力端子に入力される信号（第一入力信号）は、第一帰還抵抗１６の出力および第二帰還抵抗２０の出力を加算したものとなる。非反転入力端子に入力される信号（第二入力信号）は、直流電源１０ａの出力となる。

出力抵抗１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、第一帰還抵抗１６、第二差動増幅器１８、第二帰還抵抗２０、増幅器２２、Ａ／Ｄコンバータ２４、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ７は第一の実施形態と同様である。

次に、第二の実施形態の動作を説明する。

負荷回路３０に所定の電流を流す場合は、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の内のいずれか一つをONにし、スイッチＳ７をOFFにする。

直流電源１０ａから出力された電気信号は、第一差動増幅器１２の非反転入力端子に入力される。第一差動増幅器１２は、非反転入力端子に入力された信号と、反転入力端子に入力された信号との差を増幅して（ゲインG1）、出力端子から出力する。スイッチＳ１をONにしたときは、出力端子から出力された信号は、第二差動増幅器１８の非反転入力端子および出力抵抗１４ａに与えられる。出力抵抗１４ａから出力された信号はスイッチＳ１を通って、第二差動増幅器１８の反転入力端子に与えられる。第二差動増幅器１８は、非反転入力端子に与えられた信号と、反転入力端子に与えられた信号の差を増幅して（ゲインG2）、出力端子から出力する。この出力は、第二帰還抵抗２０に与えられる。第二帰還抵抗２０からの出力は、第一差動増幅器１２の反転入力端子に入力される。なお、出力抵抗１４ａから出力された信号の電圧Voは、負荷回路３０に印加される。電圧Voは、増幅器２２（ゲインG3）により増幅され、Ａ／Ｄコンバータ２４によりデジタル信号に変換される。そして、電圧Voが測定される。

ここで、第一差動増幅器１２は、反転入力端子における電位と、非反転入力端子における電位とが等しくなるように動作する。これにより、電流ISは、負荷回路３０の抵抗RLにかかわらず一定となる。また、負荷回路３０にかかる電圧Voは、増幅器２２により増幅され、電圧Vmとして、Ａ／Ｄコンバータ２４および図示省略した電圧測定回路により測定される。よって、負荷回路３０の抵抗RLを、RL=Vo／ISとして求めることができる。

負荷回路３０に与える電圧Voを０ボルトにする場合（リファレンスOFF）、スイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３の内のいずれか一つをONにし、スイッチＳ７をもONにする。スイッチＳ７をOFFにしてしまうと、第一の実施形態と同様に、負荷回路３０が破損する恐れがある。

そこで、スイッチＳ７をもONにする。スイッチＳ７をONにすると、第一差動増幅器１２の出力端子から出力された信号は、第一帰還抵抗１６に与えられる。第一帰還抵抗１６の出力は、第一差動増幅器１２の反転入力端子に与えられる。これは、スイッチＳ７をOFFにしてスイッチＳ１、Ｓ２、Ｓ３と負荷回路３０との間に接地した抵抗Rxを接続した回路と等価になる。スイッチＳ１をONにしたとき、抵抗Rx＝R3((R9／R2)×G2−1)となる。抵抗Rxは、例えば100R3程度でよい。Rx＝100R3とする場合、R9＝101R2／G2となる。このように、第一帰還抵抗１６の抵抗値R9は大きく、かつ消費電力は小さい。

第二の実施形態によれば、抵抗Rxを使用するかわりに、消費電力が小さい第一帰還抵抗１６を使用することにより、負荷回路３０の破損を回避することができる。

本発明の第一の実施形態にかかる電流発生装置の構成を示すブロック図である。

本発明の第二の実施形態にかかる電流発生装置の構成を示すブロック図である。

従来技術にかかる電流発生装置の構成を示す図である。

従来技術にかかる電流発生装置に、接地抵抗Rxを付加した場合を想定したものを示す図である。

従来技術にかかる電流発生装置に、異なった抵抗値の抵抗RS1、RS2、RS3を使用した場合を想定したものを示す図である。

符号の説明

１０ 電源
１０ａ 直流電源
１０ｂ 抵抗
１２ 第一差動増幅器
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ 出力抵抗
１６ 第一帰還抵抗
１８ 第二差動増幅器
２０ 第二帰還抵抗
２２ 増幅器
２４ Ａ／Ｄコンバータ
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ７ スイッチ

Claims (6)

1. 電圧を供給する電源と、
   入力信号の電圧と接地電位との差を増幅して出力する第一差動増幅手段と、
   前記第一差動増幅手段の出力を受ける出力抵抗と、
   前記第一差動増幅手段の出力を受ける第一帰還抵抗と、
   前記第一差動増幅手段の出力の電圧と前記出力抵抗の出力の電圧との差を増幅して出力する第二差動増幅手段と、
   前記第二差動増幅手段の出力を受ける第二帰還抵抗と、
   を備え、
   前記入力信号は、前記電源の出力、前記第一帰還抵抗の出力および前記第二帰還抵抗の出力を加算したものである、
   電流発生装置。
2. 電圧を供給する電源と、
   第一入力信号の電圧と第二入力信号の電圧との差を増幅して出力する第一差動増幅手段と、
   前記第一差動増幅手段の出力を受ける出力抵抗と、
   前記第一差動増幅手段の出力を受ける第一帰還抵抗と、
   前記第一差動増幅手段の出力の電圧と前記出力抵抗の出力の電圧との差を増幅して出力する第二差動増幅手段と、
   前記第二差動増幅手段の出力を受ける第二帰還抵抗と、
   を備え、
   前記第一入力信号は、前記第一帰還抵抗の出力および前記第二帰還抵抗の出力を加算したものであり、
   前記第二入力信号は、前記電源の出力である、
   電流発生装置。
3. 請求項１または２に記載の電流発生装置であって、
   前記出力抵抗の出力の電圧を測定するための出力電圧測定手段、
   を備えた電流発生装置。
4. 請求項１または２に記載の電流発生装置であって、
   前記出力抵抗の出力の電圧が負荷回路に印加される、
   電流発生装置。
5. 請求項１または２に記載の電流発生装置であって、
   前記出力抵抗として複数種類の抵抗値の抵抗を選択する選択手段、
   を備えた電流発生装置。
6. 請求項１または２に記載の電流発生装置であって、
   前記第一帰還抵抗を、前記第二差動増幅手段の出力に接続するか否かを決定する接続決定手段、
   を備えた電流発生装置。

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