JPH0638098B2 - 素子特性測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は被測定素子の電圧・電流特性を表示する素子特
性測定装置に関する。

〔従来の技術〕

一般にカーブ・トレーサと呼ばれる素子特性測定装置
は、トランジスタやダイオード等の基本的な素子の特性
を測定するのに有効な装置である。従来の素子特性測定
装置を第５図に示す。この従来装置では、スイッチ１０
を介して外部商用電源からの交流電圧を電源回路１２及
び可変変圧器１４に供給する。電源回路１２は各回路用
の直流電圧を発生する。可変変圧器１４で振幅制御され
た交流電圧は変圧器１６の１次巻線に供給する。この変
圧器１６の２次巻線は複数のタップを有し、最下端のタ
ップ以外のこれらのタップをスイッチ１８により選択す
る。ダイオード２０はスイッチ１８からの交流電圧を半
波整流し、スイッチ２２で選択された負荷抵抗器２４を
介して、被測定素子（DUT）であるトランジスタ２６の
コレクタに供給する。このトランジスタ２６のベースに
はバイアス供給回路２８からのステップ状バイアス信号
を供給し、エミッタは接地する。変圧器１６の最下端の
タップは、スイッチ３０で選択された(コレクタ)電流検
出用抵抗器３２を介して、トランジスタ２６のエミッタ
に接続する。スイッチ３４で選択された分圧器３６はト
ランジスタ２６のコレクタ電圧Ｖ_Cを分圧し、増幅器３
８を介して表示手段である陰極線管（CRT）４０の水平
偏向板に供給する。一方、電圧検出回路４２は抵抗器３
０に発生した電圧（トランジスタ２６のコレクタ電流Ｉ
_Cに対応）を検出し、増幅器４４を介してCRT４０の垂直
偏向板に供給する。よってＣＲＴ４０には第２図に示す
如くトランジスタ２６のＶ_Ｃ−Ｉ_C特性曲線が表示され
る。なお、電圧検出回路４２には差動増幅器が利用でき
る。また、第５図ではＤＵＴがエミッタ接地型トランジ
スタであるが、他の接地型でもよいし、ダイオード等の
他の素子でもよく、そのＤＵＴの電圧・電流特性がCRT
４０に表示される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第５図に示すように従来の素子特性測定装置では、測定
レンジに応じてスイッチ３０及び３４を切替えている。
即ち表示の横軸の大きさはスイッチ３４で選択した分圧
器３４の分圧比で決まり、一方、表示の縦軸の大きさは
スイッチ３０で選択した抵抗器３２の値で決まる。ま
た、可変変圧器１４の調整及びスイッチ１８の切替えに
より、DUTに加わる最大電圧、即ち測定範囲が決まる。
よって、大電流の測定には小さな値の抵抗器３２を選択
し、大電圧の測定には分圧比の大きな分圧器３６を選択
する必要がある。

今、スイッチ３０及び３４により小さな抵抗器３２及び
大きな分圧比の分圧器３６を選択すれば、CRT４０の管
面に表示が行なえるのは、第２図の点線４６で示す範囲
であり、可変変圧器１４の出力振幅を大きくすれば、CR
T40の管面一杯に特性が表示される。この際、選択され
た抵抗器３２及び分圧器３６の抵抗器は高耐圧大電流用
のものでなければならない。次に、スイッチ３０及び３
４により大きな抵抗器３２及び小さな分圧比の分圧器３
６を選択すれば、CRT４０の管面に表示が行なえるのは
第２図の点線５０で示す範囲である。よって、もし範囲
５０内のみの測定ならば、抵抗器３２及び分圧器３６の
抵抗器は低耐圧小電流用のものでよい。しかし、可変変
圧器１４の調整により、範囲５０以上、例えば範囲４６
までの測定が行なえる。この際、CRT40に表示されるの
は範囲５０内であり、この範囲以上の特性は表示されな
い。よって、従来の素子特性測定装置では、すべての抵
抗器３２及びすべての分圧器３６の抵抗器に高耐圧大電
流用のものを使用しなければならなかった。また、スイ
ッチ３０及び３４として、リレーを用いた場合、すべて
のリレーに高耐圧大電流用のものを用いなければならな
い。高耐圧大電流用の抵抗器及びリレーは大形でかつ高
価であるという問題がある。またＤＵＴに不必要な高電
圧や大電流が加わるという問題もある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の素子特性測定装置では、可変電圧をDUTに供給
し、このDUTに供給される電圧及びDUTに流れる電流を検
出して、DUTの電圧・電流特性を表示手段に表示する際
に、DUTに供給される電圧及びDUTに流れる電流を夫々電
圧制御手段及び電流制御手段により表示手段の表示範囲
に応じた所定値以内に制限している。

〔作用〕

よって本発明によれば、仮え可変電圧を大きくして、表
示手段の表示範囲以上の電圧をDUTに供給しようとして
も、電圧制限手段により制限され、表示範囲で決まる電
圧までしかDUTには加わらない。また、表示範囲以上の
電流をDUTに流そうとしても、電流制限手段により制限
され、表示範囲で決まる電流までしかDUTに流れない。
よって、第２図の範囲５０のように表示範囲が狭い場合
は、電流検出用抵抗器、分圧器の抵抗器及びリレーは低
耐圧小電流用のものであり、装置全体を安価かつ小形に
できる。これは、電流検出用抵抗器及び分圧器の数が多
い程、顕著になる。またDUTに不必要な高電圧や大電流
が加わるという問題もない。なお、電圧及び電流を制限
しても、これら制限された特性は表示手段に表示されな
いので問題はない。

〔実施例〕

以下、本発明の好適な実施例を説明する。第１図は本発
明の好適な一実施例のブロック図である。第１図は第５
図と類似しており、同じ回路及び素子には同じ参照番号
を付け、異なる部分についてのみ説明する。電源回路１
２は電源変圧器を含んでおり、その２次巻線の１つをタ
イミング回路５２に接続し、商用電源周波数に同期した
種々のタイミング・パルスを発生する。正現波発生器５
４はタイミング回路５２からのタイミング・パルスに応
答して、商用電源と同相の正弦波電圧を発生する。これ
は、第５図の如く商用電源電圧を直接利用すると、商用
電源電圧波形が完全な正弦波ではなく、種々のノイズを
含んであるため、測定精度に悪影響を与えるからであ
る。また、正弦波発生器の出力電圧が商用電源と同相な
のは、電源のリップルの影響を除くためである。

正弦波発生器５４からの正弦波電圧は、可変増幅器５
６、電圧制限手段である電圧リミッタ５８、バッファ増
幅器６０、電流制限手段である電流リミッタ６２、ノイ
ズ除去フィルタを含んだ増幅器６４を介して変圧器１６
の１次巻線に供給する。可変増幅器５６は第５図の可変
変圧器１４に対応し、その可変電圧出力の振幅は制御回
路６６が制御する。なお、この可変増幅器５６の代わり
に、デジタル・アナログ（Ｄ／Ａ）変換器を用い、この
D/A変換器の基準電圧として正弦波発生器５４の出力電
圧を利用し、制御回路６６からデジタル入力信号を受
け、アナログ出力信号を電圧リミッタ５８に供給しても
よい。なお、これら正弦波発生器５４及び可変増幅器５
６が可変電圧発生手段を構成する。

スイッチ１８，２２，３０及び３４はリレーを用い、制
御回路６６により、それらの動作を制御する。また、制
御回路６６はスイッチ３０及び３４の選択、即ち表示範
囲の選択に応じて、電圧リミッタ５８及び電流リミッタ
６２の制限値を切替える。バイアス供給回路２８は、そ
のバイアス信号のステップの切替えタイミングがタイミ
ング回路５２に制御され、各ステップの振幅は制御回路
６６により制御される。制御回路６６はマイクロプロセ
ッサ、メモリ、キーボード等を含んだシステムでもよ
い。

制御回路６６によるスイッチ３０及び３４の切替えによ
り、CRT４０の表示範囲を第２図の範囲５０とし、CRT４
０の上端が電流Ｉ_Sに対応し、右端が電圧Ｖ_Sに対応した
場合、制御回路６６は電流リミッタ５８の制限値をＩ_S
よりもわずかに大きいＩ_Lに対応する値に設定し、電圧
リミッタ５８の制限値をＶ_Sよりもわずかに大きいＶ_Lに
対応する値に設定する。よって、仮え可変増幅器５６の
利得をどんなに大きくしても、DUTであるトランジスタ
２６にはＶ_L以上の電圧は加わらず、またＩ_L以上の電流
も流れない。したがって、このときの抵抗器３０、分圧
器３６の抵抗器及びリレー（スイッチ３０及び３４）は
Ｖ_L及びＩ_Lで決まる電圧及び電流に耐えられるものでよ
く、測定の全範囲をカバーする高耐圧大電流用にする必
要はない。またトランジスタ２６に不必要な高電圧や大
電流が加わることもない。なお、電圧リミッタ５８及び
電流リミッタ６２による制限値（Ｖ_L，Ｉ_L）がCRT４０
の表示範囲の値（Ｖ_S，Ｉ_S）よりも大きいのは、余裕を
持たせたためであり、これら値が互いに等しくしてもよ
い。

ところで、電圧リミッタ５８及び電流リミッタ６２が変
圧器１６の１次側に設けられているため、制限値を設定
する際には、変圧器１６の１次巻線及び２次巻線の巻数
比を考慮する必要がある。また、電圧リミッタ及び電流
リミッタを変圧器１６の２次側に設けた場合、回路構成
の複雑な２次側が一層複雑となり、種々の付加回路が必
要となる。しかし、変圧器１６の１次側に電圧リミッタ
及び電流リミッタを設けているので、変圧器１６の２次
側の電圧及び電流を簡単かつ確実に制限できる。

第３図は電圧リミッタ（電圧制御手段）５８の一例の回
路図である。可変増幅器５６から増幅器６０への信号線
６８にダイオード７０のアノード、増幅器７２の反転入
力端、ダイオード７４のカソード、増幅器７６の反転入
力端を接続する。また増幅器７２の出力端をダイオード
７０のカソードに接続すると共に、増幅器７６の出力端
をダイオード７４のアノードに接続する。よって、ダイ
オード７０及び増幅器７２は信号線６８の電圧が増幅器
７２の非反転入力端の電圧以上にならないようにする。
また、ダイオード７４及び増幅器７６は信号線６８の電
圧が増幅器７６の非反転入力端の電圧以下にならないよ
うにする。

スイッチ７８は制御回路６６の制御により、分圧器８０
からの複数の正の基準電圧の１つを選択して、増幅器７
２の非反転入力端に加える。同様に、スイッチ８０は制
御回路６６の制御により分圧器８２からの複数の負の基
準電圧の１つを選択して、増幅器７６の非反転入力端に
加える。なお、増幅器７２及び７６は除去してもよい。

第４図は電流リミッタ（電流制限手段）６２及び増幅器
６４の一例である。増幅器６０の出力信号は抵抗器８４
を介して増幅器６４に供給する。この増幅器６４は１対
のベース接地型トランジスタ８６及び８８と、１対のエ
ミッタ接地型トランジスタ９０及び９２とを含むプシュ
プル増幅器である。トランジスタ８６及び８８のエミッ
タは略一定電圧なので、トランジスタ９４及び９６が非
導通の場合、抵抗器８４を流れる電流は増幅器６４によ
り電圧に変換されて変圧器１６の１次巻線に加わる。制
御回路６６の制御により、スイッチ９８は電圧源＋＋Ｖ
及び増幅器６４間の抵抗値を制御し、スイッチ１００は
電圧源−−Ｖ及び増幅器６４間の抵抗値を制御する。よ
って、＋＋Ｖから増幅器６４に所定値以上の電流が流れ
るとトランジスタ９４が導通し、抵抗器８４を流れる電
流をトランジスタ９４及び増幅器６４に分流し、変圧器
１６に所定値以上の正の電流が流れないようにする。同
様に、増幅器６４から−−Ｖに所定値以上の電流が流れ
るとトランジスタ９６が導通し、抵抗器８４を流れる負
の電流をトランジスタ９６及び増幅器６４に分流し、変
圧器１６に所定値以下(絶対値では所定値以上)の負の電
流が流れないようにする。よって、スイッチ９８及び１
００の選択に応じた値で電流を制限できる。

上述で本発明の好適な実施例について説明したが、本発
明の要旨を逸脱することなく種々の変更及び変形が可能
である。例えば可変増幅器５６の代わりに可変変圧器を
用いてもよい。また、実施例では可変電圧は正弦波の繰
返し電圧であるが、３角波電圧等の繰返し電圧でもよい
し、変圧器１６及びダイオード２０を除去して直列電圧
をDUTに印加してもよい。更に、増幅器３８及び４４の
夫々の前段にアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器、メ
モリ及びD/A変換器の組合せを挿入して、デジタル・ス
トレージ機能を設けてもよい。表示手段はCRT以外にフ
ラット・ディスプレイ等種々のものが利用できる。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明によれば、DUTの特性が表示される際
の表示範囲が狭い場合、電流検出用抵抗器、分圧器及び
リレー等のスイッチは低耐圧小電流用のものでもよく、
安価かつ小形になる。またDUTに不必要な高電圧が加わ
ったり大電流が流れることもなく、DUTを保護できる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の好適な一実施例のブロック図、第２図
は本発明を説明するためのＤＵＴの特性図、第３図は本
発明に用いる電圧制限手段の一例を示す回路図、第４図
は本発明に用いる電流制限手段の一例を示す回路図、第
５図は従来技術を示すブロック図である。 図において、２６は被測定素子、４０は表示手段、５４
及び５６は可変電圧発生手段、５８は電圧制限手段、６
０は電流制限手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】可変電圧発生手段からの可変電圧を被測定
   素子に供給し、複数の異なる分圧比の分圧器から選択し
   た分圧器により上記被測定素子に供給される電圧を分圧
   して検出し、複数の異なる抵抗値の抵抗器から選択した
   抵抗器により上記被測定素子に流れる電流を電圧として
   検出し、上記選択した分圧器及び上記選択した抵抗器か
   らの電圧を用いて上記被測定素子の電圧・電流特性を表
   示手段に表示する素子特性装置において、 上記可変電圧発生手段から上記被測定素子への可変電圧
   供給路に挿入され、上記被測定素子に供給される電圧を
   制限する電圧制限手段及び上記被測定素子に流れる電流
   を制限する電流制限手段と、 上記分圧器の選択、上記抵抗器の選択、上記電圧制限手
   段の制限電圧の制御、及び上記電流制限手段の制限電流
   の制御を行う制御手段とを具え、 上記可変電圧発生手段が発生する上記可変電圧の大きさ
   にかかわらず上記被測定素子の電圧・電流特性を上記表
   示手段の表示範囲内に表示するため、上記制御手段は上
   記分圧器及び上記抵抗器の選択に応じて上記電圧制限手
   段の制限電圧及び上記電流制限手段の制限電流を制御す
   ることを特徴とする素子特性測定装置。