(57)【要約】【課題】  バッファと抵抗の直列回路に並列にダイオードを接続し、この回路に入力信号が入力される増幅器の出力を入力する構成の電流クランプ回路は、負荷の電位が変動するとクランプ電位を一定値に保つことができなくなるという課題を解決する。【解決手段】  入力信号が入力される増幅器の出力を定電流回路に入力し、この定電流回路の出力を、バッファと抵抗の直列回路にダイオードを並列接続した回路に入力するようにした。負荷の電位が変化してもダイオードの順方向電流が変化しないのでその順方向電圧が変化せず、クランプ電流を一定値に保つことができるという効果がある。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力信号が入力される増幅器と、
前記増幅器の出力が入力される定電流回路と、
前記定電流回路の出力が入力されるバッファと、
前記バッファに直列に接続される抵抗と、
前記バッファおよび前記抵抗の直列回路に並列に接続されるダイオードと、
を具備したことを特徴とする電流クランプ回路。
【請求項２】
前記定電流回路は定電流ダイオードで構成されていることを特徴とする請求項１記載の電流クランプ回路。
【請求項３】
前記定電流回路は、ＦＥＴとこのＦＥＴに直列に接続され、他端が前記ＦＥＴのゲートに接続された抵抗とで構成されることを特徴とする請求項１記載の電流クランプ回路。
【請求項４】
前記ダイオードおよび前記定電流回路は双方向性であることを特徴とする請求項１乃至請求項３いずれかに記載の電流クランプ回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＣ検査装置や簡易的な電流クランプ回路を必要とする直流電圧印可回路等に用いられる電流クランプ回路の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
負荷に電力を供給する電流出力回路では、負荷に過大な電流が流れないように電流クランプ回路が用いられる。このような電流クランプ回路は特許文献１に記載されている。
【０００３】
図６は特許文献１に記載された電流クランプ回路と同等の、外付けダイオードを用いた電流クランプ回路の構成図である。図６において、信号源１０の出力信号は増幅器１１の非反転入力端子に入力され、この増幅器１１の出力は抵抗１２を介してバッファ１３の非反転入力端子に印可される。バッファ１３は増幅器の出力をその反転入力端子に帰還した電圧フォロア回路で構成されている。
【０００４】
バッファ１３の出力は抵抗１４を介して負荷１６に供給される。このバッファ１３と抵抗１４の直列回路に並列にダイオード１５が接続されている。また、負荷１６の電圧は増幅器１１の反転入力端子に帰還される。なお、この図のようなバッファ１３の代わりに電流バッファが用いられることもある。また、増幅器１１は正負両極性の電圧を出力するので、ダイオード１５は２つのダイオードを互いに逆極性に接続し、双方向性としている。
【０００５】
このような構成において、バッファ１３の出力電流のために抵抗１４両端には電圧降下が発生する。この降下電圧がダイオード１５の順方向電圧より低いときには、ダイオード１５はオンしない。このときは、電流クランプは機能しない。
【０００６】
負荷１６に供給する電流が増加し、抵抗１４の降下電圧がダイオード１５の順方向電圧に近くなると、電流クランプが機能し始める。バッファ１３はその出力電圧を増加させ、負荷１６に流れる電流を増加させようとするが、抵抗１４の降下電圧はダイオード１５の順方向電圧より大きくなることはできず、バッファ１３の出力電流は、下記（１）式のＩ２に制限される。なお、抵抗１４の抵抗値をＲ２とする。
Ｉ２＝（ダイオード１５の順方向電圧）／Ｒ２  ・・・・・・  （１）
【０００７】
ダイオード１５がオンになるので、負荷１６に流れる電流は増幅器１１からも供給されるようになる。この電流をＩ１、抵抗１２の抵抗値をＲ１とすると、電流Ｉ１は下記（２）式で求められる。
Ｉ１＝（増幅器１１の出力電圧−ダイオード１５の順方向電圧−負荷１６の電圧）
／Ｒ１  ・・・・・・・・・・  （２）
前記（１）、（２）式から、負荷に流れる電流Ｉは、下記（３）式になる。
Ｉ＝Ｉ１＋Ｉ２  ・・・・・・  （３）
【０００８】
増幅器１１の出力電圧には上限があるので、Ｉ１は一定値以下に制限される。前述したように、Ｉ２は前記（１）式に制限されるので、出力電流がクランプされる。なお、抵抗１２を用いない場合は、（２）式のＩ１は増幅器１１の最大出力電流になる。
【０００９】
図７に他の電流クランプ回路の構成を示す。なお、図６と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。この電流クランプ回路は、図６の電流クランプ回路に利得を持たせたものである。図７において、増幅器１１の非反転入力端子は共通電位点にされ、反転入力端子には、抵抗２１を介して信号源１０の出力信号が入力され、バッファ２０および抵抗２２を介して負荷１６の電圧が入力される。抵抗２１と２２の接続点は共通電位点になるので、抵抗２１と２２の比を変えることにより、信号源１０の出力信号の電圧と負荷１６の電圧の比を変えることができる。
【特許文献１】特開２００１−１２７５７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような電流クランプ回路には次のような課題があった。電流がクランプされている状態で負荷１６の電位が変化するとダイオード１５の順方向電流が変化し、その結果順方向電圧も変化する。順方向電圧が変化すると、前記（１）式からＩ２が変化し、（３）式からクランプ電流が変化する。増幅器１１の出力は飽和しているので、（２）式からＩ１も変化する。そのため、負荷１６の電位によってクランプ電流が変化してしまうという課題があった。特に、出力電圧範囲が広い場合には、この電圧変化も大きくなる。なお、負荷１６の電位が下がるとクランプ電流は大きくなり、負荷１６の電位が上がると、クランプ電流は小さくなる。
【００１１】
図８にダイオードのＩ−Ｖ特性の一例を示す。ダイオードは種類によって、３０のように順方向電圧が変化したときの順方向電流の変化率が大きいものと、３１のように変化率が小さいものがある。３１のような変化率が小さいダイオードを用いると、順方向電流が変化したときの順方向電圧の変化が大きくなり、クランプ電流の変化も大きくなる。
【００１２】
クランプ電流の変化を小さくするためには抵抗１２の抵抗値を大きくしてダイオード１５の順方向電流を小さくすればよいが、そうするとクランプ電流が小さくなり、大きな電流を出力することができなくなるという課題もあった。
【００１３】
従って本発明の目的は、負荷の電位に関わらず、クランプ電流を一定にすることができる電流クランプ回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような課題を解決するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
入力信号が入力される増幅器と、
前記増幅器の出力が入力される定電流回路と、
前記定電流回路の出力が入力されるバッファと、
前記バッファに直列に接続される抵抗と、
前記バッファおよび前記抵抗の直列回路に並列に接続されるダイオードと、
を具備したものである。クランプ電流を一定にすることができる。
【００１５】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記定電流回路を定電流ダイオードで構成するようにしたものである。構成が簡単になる。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、
前記定電流回路を、ＦＥＴとこのＦＥＴに直列に接続され、他端が前記ＦＥＴのゲートに接続された抵抗とで構成するようにしたものである。構成が簡単になる。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３いずれかに記載の発明において、
前記ダイオードおよび前記定電流回路を双方向性としたものである。正負の信号を扱うことができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
請求項１，２、３および４の発明によれば、信号が入力される増幅器の出力を定電流回路に入力し、この定電流回路の出力をバッファと抵抗の直列回路にダイオードを並列接続した回路に入力するようにした。
【００１９】
ダイオードに流れる順方向電流が一定になるので順方向電圧が変化しないため、負荷の電位が変動してもクランプ電流が変動しないという効果がある。特に、Ｉ−Ｖ特性が緩やかなダイオードを使用した場合であっても、クランプ電流を一定値に保つことができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る電流クランプ回路の一実施例を示す構成図である。なお、図７と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１において、４０は定電流回路であり、増幅器１１の出力が入力され、一定の電流（定電流）をダイオード１５に出力する。増幅器１１の出力が正のときはダイオード１５に定電流を出力し、増幅器１１の出力が負のときはダイオード１５から定電流を吸い込む。
【００２１】
抵抗１４による降下電圧がダイオード１５の順方向電圧より低いときは、ダイオード１５はオフになる。負荷１６にはバッファ１３から電流が供給される。抵抗１４による降下電圧がダイオード１５の順方向電圧に等しくなると、ダイオード１５がオンになり、負荷１６には定電流回路４０とバッファ１３の両方から電流が供給される。抵抗１４の降下電圧とダイオード１５の順方向電圧は一致するので、バッファ１３から供給される電流は一定になる。また、ダイオード１５を介して負荷１６に流れる電流は、定電流回路４０の作用により一定になる。このようにして、電流がクランプされる。
【００２２】
次に、図２に基づいて電流クランプ時の動作を詳細に説明する。図２はダイオードのＩ−Ｖ特性であり、横軸は順方向電圧、縦軸は順方向電流である。定電流回路４０が出力する定電流をＩａとすると、ダイオード１５の動作点は黒丸５０になり、順方向電圧はＶａになる。負荷１６の電位が変化しても、定電流回路４０の作用によって順方向電流は変化しないので、順方向電圧もＶａに固定される。そのため、バッファ１３から負荷１６に供給される電流は、負荷１６の電位に関わらず一定になる。負荷１６に供給される電流をＩ、抵抗１４の抵抗値をＲ２とすると、負荷１６の電位に関わらず、
Ｉ＝Ｉａ＋Ｖａ／Ｒ２
になる。
【００２３】
図３に、本発明による電流クランプ回路と従来の電流クランプ回路の特性の比較を示す。図３において、横軸は出力電圧、縦軸は出力電流であり、斜線部は出力させたい電流・電圧の範囲を示す。負荷の状態（出力電圧の大きさ）に関わらず、出力電流はＩｏ以下にしなければならない。曲線５１は図７の電流クランプ回路の電流クランプ時の特性であり、出力電圧（＝負荷にかかる電圧）が小さいほど、出力電流が大きくなる特性を示す。負荷にかかる電圧が小さくなるほどダイオード１５の順方向電流が大きくなり、その結果順方向電圧も大きくなってバッファ１３の出力電流が増加するためである。
【００２４】
曲線５２は本発明による電流クランプ回路の特性である。出力電流の大きさに関わらず、クランプ時の出力電流は一定になる。定電流回路４０のために、負荷にかかる電圧が小さくなってもダイオード１５の順方向電流は変化しないので、順方向電圧も変化しない。そのため、バッファ１３の出力電流は一定になるので、クランプ電流も一定になる。
【００２５】
なお、この図は出力電圧と出力電流の両方が正の場合のみを表しているが、出力電流と出力電圧のいずれか、あるいは両方が負の場合でも同様の特性を示す。
【００２６】
図４に本発明の他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図４において、６１、６２は定電流ダイオードであり、定電流回路６０を構成している。定電流ダイオード６１のアノードは増幅器１１の出力端子に接続され、定電流ダイオード６２のアノードはダイオード１５に接続される。定電流ダイオード６１と６２のカソードは共通接続される。すなわち、定電流ダイオード６１と６２は、互いに逆向きに直列接続される。
【００２７】
定電流ダイオードは、その両端電圧に関わらず一定の電流をアノードからカソードに流すダイオードである。この実施例でも、クランプ状態になったときにダイオード１５に流れる電流は一定値に制限されるので、図１実施例と同様の理由でクランプ電流を一定にすることができる。なお、定電流ダイオード６１、６２の向きは逆にしてもよい。すなわち、定電流ダイオード６１、６２のカソードをそれぞれ増幅器１１の出力端子、ダイオード１５に接続し、アノードを共通接続するようにしてもよい。
【００２８】
図５（Ａ）に定電流ダイオードの等価回路の一例を示す。定電流ダイオードはディプリーション型ＦＥＴ７０のソースＳと抵抗７１の一端を接続し、この抵抗７１の他端をＦＥＴ７０のゲートＧに接続したものである。ＦＥＴ７０のドレインＤが定電流ダイオードのアノードＡ、抵抗７１の他端（ＦＥＴ７０のゲートＧが接続されている側）がカソードＫである。
【００２９】
アノードＡとカソードＫの間に電圧をかけるとＦＥＴ７０のドレイン電流が流れ、抵抗７１の電圧降下でゲート電圧が供給される。ＦＥＴ７０は飽和するので、アノードＡとカソードＫ間の電圧が変化しても、ドレイン電流は一定値を保つ。ＦＥＴ７０は、通常接合型ＦＥＴを用いる。
【００３０】
図５（Ｂ）に定電流ダイオードの特性の一例を示す。横軸は印可電圧、縦軸は出力電流である。印可電圧がＶｔ以下では出力電流は印可電圧にほぼ比例して増加するが、Ｖｔ以上では一定値Ｉｔを維持する。
【００３１】
図４実施例では定電流ダイオード６１、６２を用いたが、定電流ダイオードの代わりに図５（Ａ）等価回路のようにＦＥＴと抵抗を用いて定電流回路を構成してもよい。このようにすると、抵抗７１の抵抗値を変えることにより、出力電流を調整することができる。
【００３２】
なお、図１、図４実施例共に、ダイオード１５および定電流回路４０、６０に双方向性のダイオードおよび定電流回路を用いたが、負荷１６に供給する電流が１方向のみの場合は片方向のものでよい。例えば、負荷１６が電流吸い込み型の場合は、ダイオード１５は定電流回路４０、６０から負荷１６に電流を流すものであればよく、定電流回路４０、６０も増幅器１１からダイオード１５に電流を流すものであればよい。また、図７従来例に適用することとして説明したが、図６従来例に適用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の動作点を説明するための特性図である。
【図３】本発明と従来例の特性の比較図である。
【図４】本発明の他の実施例を示す構成図である。
【図５】定電流ダイオードの等価回路と特性図である。
【図６】従来の電流クランプ回路の構成図である。
【図７】従来の電流クランプ回路の構成図である。
【図８】ダイオードのＩ−Ｖ特性図である。
【符号の説明】
【００３４】
１０  信号源
１１  増幅器
１３、２０  バッファ
１４、２１、２２、７１  抵抗
１５  ダイオード
１６  負荷
４０、６０  定電流回路
５０  動作点
５１、５２  電流クランプ回路のＩ−Ｖ特性
６１、６２  定電流ダイオード
７０  ＦＥＴ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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