(57)【要約】【課題】印加電圧に応じて負荷に駆動される電流を、負荷に影響を与えることなく、正確かつ容易に測定することができる電流測定回路を提供する。【解決手段】電圧供給端子３から演算増幅器４の非反転入力端子に電圧が供給されると、該供給電圧に等しい電圧が反転入力端子に入力されるとともに、負荷１への電圧印加端子２に入力される。カレントミラーを構成するＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２が印加電圧に応答してオンされると、ＰＮＰトランジスタＱ１を介して負荷１にソース電流Ｉ１が流れるとともに、ソース電流Ｉ１のミラー電流Ｉ２がＰＮＰトランジスタＱ２を介して電流測定端子８へと流れる。ミラー電流Ｉ２を電流計６にて測定することにより、負荷１に駆動される電流Ｉ１を求めることができる。【選択図】        図１
2004226095.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧印加端子からの印加電圧によって負荷に駆動される電流を測定する電流測定回路であって、
第１の入力端子に供給される電圧に等しい電圧を前記負荷に印加するために、第２の入力端子と前記電圧印加端子とが接続された演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力端子と前記電圧印加端子との間に電気的に結合されるＰＮＰ型の第１のトランジスタと、
前記演算増幅器の出力端子と電流測定端子との間に電気的に結合され、前記ＰＮＰ型の第１のトランジスタとカレントミラーを構成するＰＮＰ型の第２のトランジスタとを備え、
前記ＰＮＰ型の第１および第２のトランジスタは、ベースが前記演算増幅器の前記第２の入力端子および前記電圧印加端子に接続され、前記印加電圧に応答して活性化すると、
前記ＰＮＰ型の第１のトランジスタは、前記電圧印加端子を介して前記負荷に電流を駆動し、
前記ＰＮＰ型の第２のトランジスタは、前記ＰＮＰ型の第１のトランジスタの駆動電流のミラー電流を前記電流測定端子に駆動する、電流測定回路。
【請求項２】
前記電圧印加端子にアノードが接続され、前記演算増幅器の出力端子にカソードが接続される第１のダイオード素子と、
前記電流測定端子にカソードが接続され、前記ＰＮＰ型の第２のトランジスタにアノードが接続される第２のダイオード素子とをさらに備える、請求項１に記載の電流測定回路。
【請求項３】
前記演算増幅器の出力端子と前記ＰＮＰ型の第１および第２のトランジスタのエミッタとの間にそれぞれ接続される抵抗をさらに備え、
前記抵抗での電圧降下は、前記ＰＮＰ型の第１および第２のトランジスタのベース−エミッタ間電圧よりも大きいとする、請求項１に記載の電流測定回路。
【請求項４】
前記演算増幅器の出力端子にベースが接続され、外部電源端子と前記ＰＮＰ型の第１および第２のトランジスタとの間に電気的に結合されるエミッタフォロワをさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載の電流測定回路。
【請求項５】
前記電流測定端子と接地電位との間に接続される抵抗または電流計をさらに備える、請求項１〜４のいずれかに記載の電流測定回路。
【請求項６】
電圧印加端子からの印加電圧によって負荷に駆動される電流を測定する電流測定回路であって、
第１の入力端子に供給される電圧に等しい電圧を第２の入力端子から前記電圧印加端子を介して前記負荷に印加するための演算増幅器と、
前記演算増幅器の出力端子と前記電圧印加端子との間に電気的に結合されるＰＮＰ型の第１のトランジスタと、
前記演算増幅器の出力端子と第１の電流測定端子との間に電気的に結合され、前記ＰＮＰ型の第１のトランジスタとカレントミラーを構成するＰＮＰ型の第２のトランジスタと、
前記演算増幅器の出力端子と前記電圧印加端子との間に電気的に結合されるＮＰＮ型の第１のトランジスタと、
前記演算増幅器の出力端子と第２の電流測定端子との間に電気的に結合され、前記ＮＰＮ型の第１のトランジスタとカレントミラーを構成するＮＰＮ型の第２のトランジスタとを備え、
前記ＰＮＰ型の第１および第２のトランジスタおよび前記ＮＰＮ型の第１および第２のトランジスタは、ベースが前記演算増幅器の前記第２の入力端子および前記電圧印加端子に接続され、
前記ＰＮＰ型の第１のトランジスタは、第１の電圧レベルの前記印加電圧に応答して活性化すると、前記電圧印加端子を介して前記負荷に電流を駆動し、
前記ＰＮＰ型の第２のトランジスタは、前記ＰＮＰ型の第１のトランジスタの駆動電流のミラー電流を前記第１の電流測定端子に駆動し、
前記ＮＰＮ型の第１のトランジスタは、第２の電圧レベルの前記印加電圧に応答して活性化すると、前記電圧印加端子を介して前記負荷に電流を駆動し、
前記ＮＰＮ型の第２のトランジスタは、前記ＮＰＮ型の第１のトランジスタの駆動電流のミラー電流を前記第２の電流測定端子に駆動する、電流測定回路。
【請求項７】
前記第１の電流測定端子と接地電位との間に接続される第１の抵抗と、
前記第２の電流測定端子と接地電位との間に接続される第２の抵抗と、
前記ＮＰＮ型の第２のトランジスタのコレクタと外部電源端子との間に電気的に結合されるＰＮＰ型の第３のトランジスタと、
前記第２の電流測定端子と前記外部電源端子との間に電気的に結合され、前記ＰＮＰ型の第３のトランジスタとカレントミラーを構成するＰＮＰ型の第４のトランジスタとをさらに備え、
前記ＮＰＮ型の第１のトランジスタは、第２の電圧レベルの前記印加電圧に応答して活性化すると、前記電圧印加端子を介して前記負荷に電流を駆動し、
前記ＮＰＮ型の第２のトランジスタは、前記ＮＰＮ型の第１のトランジスタの駆動電流のミラー電流を前記ＰＮＰ型の第３のトランジスタに駆動し、
前記ＰＮＰ型の第４のトランジスタは、前記ＰＮＰ型の第３のトランジスタの駆動電流のミラー電流を前記第２の電流測定端子に駆動する、請求項６に記載の電流測定回路。
【請求項８】
前記第２の電流測定端子は、前記第１の電流測定端子に結合され、
前記ＮＰＮ型の第２のトランジスタのコレクタと外部電源端子との間に電気的に結合されるＰＮＰ型の第３のトランジスタと、
前記第２の電流測定端子と前記外部電源端子との間に電気的に結合され、前記ＰＮＰ型の第３のトランジスタとカレントミラーを構成するＰＮＰ型の第４のトランジスタとをさらに備え、
前記ＰＮＰ型の第１のトランジスタは、第１の電圧レベルの前記印加電圧に応答して活性化すると、前記電圧印加端子を介して前記負荷に電流を駆動し、
前記ＰＮＰ型の第２のトランジスタは、前記ＰＮＰ型の第１のトランジスタの駆動電流のミラー電流を前記第１の電流測定端子に駆動し、
前記ＮＰＮ型の第１のトランジスタは、第２の電圧レベルの前記印加電圧に応答して活性化すると、前記電圧印加端子を介して前記負荷に電流を駆動し、
前記ＮＰＮ型の第２のトランジスタは、前記ＮＰＮ型の第１のトランジスタの駆動電流のミラー電流を前記ＰＮＰ型の第３のトランジスタに駆動し、
前記ＰＮＰ型の第４のトランジスタは、前記ＰＮＰ型の第３のトランジスタの駆動電流のミラー電流を前記第１の電流測定端子に駆動する、請求項６に記載の電流測定回路。
【請求項９】
前記第１の電流測定端子と接地電位との間に接続される抵抗または電流計をさらに備える、請求項８に記載の電流測定回路。
【請求項１０】
前記演算増幅器の出力端子にベースが接続され、前記外部電源端子と前記ＰＮＰ型の第１および第２のトランジスタとの間に電気的に結合される第１のエミッタフォロワと、
前記演算増幅器の出力端子にベースが接続され、接地電位と前記ＮＰＮ型の第１および第２のトランジスタとの間に電気的に結合される第２のエミッタフォロワとをさらに備える、請求項６〜９のいずれかに記載の電流測定回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電流測定回路に関し、より特定的には、直流または交流電源によって負荷に駆動された電流を測定するための電流測定回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、被測定ＩＣの電流測定試験に用いる電流測定回路においては、被測定ＩＣで構成される負荷に流れる電流を精度良く測定するために、さまざまな方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１８は、特許文献１に提案される従来の電流測定回路の一例の構成を示す図である。
【０００４】
図１８を参照して、従来の電流測定回路は、負荷１と、負荷１に印加電圧を印加するための電圧印加端子２と、負荷１の印加電圧を決定する第１の電圧Ｖ１を供給するための電圧供給端子３と、演算増幅器４と、ＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０と、抵抗Ｒ１，Ｒ２と、第２の電圧Ｖ２を供給して流れる電流を電流計６にて測定する電圧供給電流測定端子５とを含む。
【０００５】
負荷１は、電圧印加端子２と接地電位との間に接続され、電圧印加端子２の印加電圧に応じて電流を駆動する。
【０００６】
ＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０は、ＮＰＮトランジスタＱ９のベースがＮＰＮトランジスタＱ９のコレクタおよびＮＰＮトランジスタＱ１０のベースに接続され、カレントミラー回路を構成する。ＮＰＮトランジスタＱ９のベースおよびコレクタとＮＰＮトランジスタＱ１０のベースとは、さらに演算増幅器４の出力端子に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ１０のコレクタは外部電源端子ＶＣＣに接続される。
【０００７】
抵抗Ｒ１は、一端がＮＰＮトランジスタＱ９のエミッタに接続され、他端が演算増幅器４の反転入力端子に接続されるとともに、負荷１の電圧印加端子２に接続される。
【０００８】
一方、抵抗Ｒ２は、一端がＮＰＮトランジスタＱ１０のエミッタに接続され、他端が電圧供給電流測定端子５に接続される。電圧供給電流測定端子５は、電流計６と、電流計６と接地電位との間に接続され、電圧Ｖ２を供給する電圧源７とで構成される。
【０００９】
以上の構成において、電圧供給端子３に供給される第１の電圧Ｖ１が演算増幅器４の非反転入力端子に入力されると、差動利得が十分に大きい演算増幅器４の差動入力は近似的にゼロであることから、反転入力端子の入力電圧は、電圧Ｖ１に等しいとみなすことができる。よって、反転入力端子に接続される負荷１の電圧印加端子２には、電圧Ｖ１に等しい電圧が印加されることとなる。
【００１０】
また、負荷１を流れる電流は、演算増幅器４の出力端子からＮＰＮトランジスタＱ９および抵抗Ｒ１を経由して電圧印加端子２に流れ込む電流Ｉ９となる。ここで、ＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０は、カレントミラー回路を構成していることから、ＮＰＮトランジスタＱ９を流れる電流Ｉ９のミラー電流Ｉ１０が、ＮＰＮトランジスタＱ１０および抵抗Ｒ２を介して流れる。
【００１１】
ここで、電圧供給電流測定端子５において電圧源７の電圧Ｖ２を第１の電圧Ｖ１と等しく設定してやることによって、負荷１の電流Ｉ９とミラー電流Ｉ１０とは、抵抗Ｒ１，Ｒ２の逆数の比に比例し、Ｉ１０＝（Ｒ１／Ｒ２）・Ｉ９と表わすことができる。したがって、ミラー電流Ｉ１０を電圧供給電流測定端子５内部の電流計６で測定してやれば、負荷１に流れる電流Ｉ９を求めることができる。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２３６６４号公報（第１図）
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
このように、図１８に示す従来の電流測定回路においては、カレントミラー構成を採用し、負荷１に電圧を印加する端子と負荷１を流れる電流を測定する端子とを別々に設けたことにより、電流測定レンジを切り換えても電圧の供給は途切れることがなく維持されるため、電圧印加端子２を流れる様々なレベルの電流を適性な電流測定レンジで測定でき、高精度の測定が可能となる。
【００１４】
しかしながら、一方で、従来の電流測定回路においては、負荷１の電流Ｉ９の測定は、負荷１の印加電圧Ｖ１と電圧供給電流測定端子５内部の電圧源７の電圧Ｖ２とが等しいことが前提とされることから、負荷１の印加電圧Ｖ１を変更する場合は、これに伴なって電圧源７の電圧Ｖ２をも変更する必要が生じ、測定に手間が掛かるという問題があった。
【００１５】
また、負荷１の印加電圧Ｖ１が交流電圧の場合、または負荷１が容量性の場合は、たとえ演算増幅器４の接地電圧端子ＶＥＥを負電源に変更しても、電圧印加端子２から負荷１に流れ込む電流（以下、ソース電流と称す）は測定できるが、負荷１から流れ出す電流（以下、シンク電流と称す）については、ＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０がオフとなって電流を流し得ないことから測定できないという不具合が生じていた。
【００１６】
それゆえ、この発明の目的は、負荷に影響を与えることなく、負荷を流れる電流を正確かつ容易に測定することができる電流測定回路を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電流測定回路は、電圧印加端子からの印加電圧によって負荷に駆動される電流を測定する電流測定回路であって、第１の入力端子に供給される電圧に等しい電圧を前記負荷に印加するために、第２の入力端子と電圧印加端子とが接続された演算増幅器と、演算増幅器の出力端子と電圧印加端子との間に電気的に結合されるＰＮＰ型の第１のトランジスタと、演算増幅器の出力端子と電流測定端子との間に電気的に結合され、ＰＮＰ型の第１のトランジスタとカレントミラーを構成するＰＮＰ型の第２のトランジスタとを備える。ＰＮＰ型の第１および第２のトランジスタは、ベースが演算増幅器の第２の入力端子および電圧印加端子に接続され、印加電圧に応答して活性化すると、ＰＮＰ型の第１のトランジスタは、電圧印加端子を介して負荷に電流を駆動し、ＰＮＰ型の第２のトランジスタは、ＰＮＰ型の第１のトランジスタの駆動電流のミラー電流を電流測定端子に駆動する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一符号は同一または相当部分を示す。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００２０】
図１を参照して、電流測定回路は、負荷１と、負荷１に電圧を印加するための電圧印加端子２と、負荷１の印加電圧を決定する電圧を供給するための電圧供給端子３と、演算増幅器４と、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２と、電流測定端子８と、電流計６とを含む。
【００２１】
本実施の形態の電流測定回路は、図１８に示す従来の電流測定回路に対して、ＮＰＮトランジスタＱ９，Ｑ１０がＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２からなるカレントミラー回路に置き換えられた点と、抵抗Ｒ１，Ｒ２および電圧源７が削除された点とで異なっており、共通する部分については説明を省略する。なお、電圧源７が削除されたことから、図１８の電流測定回路の電圧供給電流測定端子５は、電流測定端子８に置き換えられる。
【００２２】
負荷１は、電圧印加端子２と接地電位との間に接続され、被測定ＩＣで構成される。
【００２３】
ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２は、ＰＮＰトランジスタＱ１のベースがＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタおよびＰＮＰトランジスタＱ２のベースに接続され、カレントミラー回路を構成する。さらに、ＰＮＰトランジスタＱ１のベースとコレクタおよびＰＮＰトランジスタＱ２のベースの接続ノードは、演算増幅器２の反転入力端子に接続される。ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタは、いずれも演算増幅器４の出力端子に接続される。
【００２４】
ＰＮＰトランジスタＱ１のコレクタは、電圧印加端子２に接続されるとともに、演算増幅器４の反転入力端子に接続される。一方、ＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタは、電流測定端子８と接地電位との間に設けられた電流計６に接続される。
【００２５】
図１の構成において、演算増幅器４の差動入力はゼロとみなすことができることから、電圧供給端子３から非反転入力端子に供給される電圧に等しい電圧が反転入力端子に入力されるとともに、電圧印加端子２に入力される。すなわち、負荷１への印加電圧は、電圧供給端子３の電圧によって決定される。
【００２６】
次に、印加電圧がＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のベースに入力されると、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２はオンされ、ＰＮＰトランジスタＱ１を介して負荷１にソース電流Ｉ１が流れるとともに、ソース電流Ｉ１のミラー電流Ｉ２がＰＮＰトランジスタＱ２を介して電流測定端子８へと流れる。ここで、ミラー電流Ｉ２は、カレントミラー回路を構成するＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のトランジスタサイズによってその大きさが決まるが、両者のトランジスタサイズを同じくすることによって、ソース電流Ｉ１と同じ電流を得ることができる。
【００２７】
したがって、ミラー電流Ｉ２を電流計６にて測定することにより、負荷１に流れる電流Ｉ１を求めることができる。
【００２８】
［変更例］
図２は、この発明の実施の形態１の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００２９】
図２を参照して、電流測定回路は、図１の実施の形態１の電流測定回路における電流計６を、電流測定端子８と接地電位との間に接続される電流−電圧変換用の抵抗９に置き換えた点で異なっており、共通する部分については、説明を省略する。
【００３０】
この構成において、ＰＮＰトランジスタＱ２を流れるミラー電流Ｉ２は、電流測定端子８と接地電位との間の電圧を計測し、計測した電圧値を抵抗９の抵抗値で割ったときの商として求めることができる。したがって、負荷１の電流Ｉ１は、この商と等しいことから、容易に求めることができる。
【００３１】
なお、電流測定端子８と接地電位との間に図示しないオシロスコープを接続し、これらの間の電流波形を観測することによっても、負荷１を流れる電流Ｉ１の波形を求めることができる。
【００３２】
以上のように、この発明の実施の形態１の電流測定回路に従えば、カレントミラー回路を構成するＰＮＰトランジスタのミラー電流を測定することで、負荷を流れる電流を容易に求めることができる。従来の電流測定回路のように変化する印加電圧に追随して電圧源への同一電圧を供給することを必要としないことから、より簡易に負荷電流を測定することが可能となる。
【００３３】
また、ＰＮＰトランジスタのミラー電流は、コレクタ出力であるので、従来の電流測定回路に含まれる測定端子と接地電位との間の抵抗および電圧源が不要となる。よって、従来の電流測定回路よりも部品点数を少なく抑えることができることから、回路規模を小型化でき、コスト面においても有利である。
【００３４】
［実施の形態２］
図３は、この発明の実施の形態２に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００３５】
図３を参照して、電流測定回路は、負荷１と、電圧印加端子２と、電圧供給端子３と、演算増幅器４と、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２と、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４と、電流計６，１１と、ダイオード１４とを含む。
【００３６】
本実施の形態の電流測定回路は、図１の実施の形態１の電流測定回路に対して、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４と、電流計１１と、ダイオード１４とが付加された構成となっており、共通する部分については説明を省略する。
【００３７】
ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４は、いずれもエミッタが演算増幅器４の出力端子に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ３は、ベースがＮＰＮトランジスタＱ３のコレクタおよびＮＰＮトランジスタＱ４のベースに接続されており、ＮＰＮトランジスタＱ４とカレントミラー回路を構成する。ＮＰＮトランジスタＱ３のベースおよびコレクタとＮＰＮトランジスタＱ４のベースとは、さらに、演算増幅器４の反転入力端子に接続される。ＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタと外部電源端子ＶＣＣとの間には電流測定端子１０を介して電流計１１が接続されており、ＮＰＮトランジスタＱ４に流れる電流Ｉ４を計測することができる。
【００３８】
ダイオード１４は、カソードが電流測定端子８に接続され、アノードがＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタに接続される。接地電位から電流計６を介してＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタへ、さらに、コレクタからベースへと電流が流れ込むのを阻止するためにある。
【００３９】
以上の構成において、電圧供給端子３に正の電圧が供給されたときには、電圧印加端子２から負荷１に該正電圧が印加される。この場合は、実施の形態１で述べたように、カレントミラー回路を構成するＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２において、ＰＮＰトランジスタＱ２を流れるミラー電流Ｉ２を電流計６でモニタすることにより、負荷１のソース電流Ｉ１を求めることができる。
【００４０】
一方、電圧供給端子３に負電圧が供給されたときには、電圧印加端子２から負荷１に該負電圧が印加される。負荷１からは、これに応じて、シンク電流が流れ出すこととなるが、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２はいずれもベース−エミッタ間電圧が逆バイアスとなってオンされないことから、電流計６においては負荷１の電流量を求めることができない。
【００４１】
そこで、この場合は、同じくカレントミラー回路を構成するＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４によって負荷１のシンク電流を求めることができる。すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４が負電圧の印加によってベース−エミッタ間電圧が順バイアスとなって、ともにオンされると、ＮＰＮトランジスタＱ３を流れる負荷１のシンク電流Ｉ３に等しいミラー電流Ｉ４がＮＰＮトランジスタＱ４を流れる。したがって、このミラー電流Ｉ４を電流計１１でモニタすれば、負荷１のシンク電流を求めることができる。
【００４２】
このように、正／負電圧のそれぞれに応じて駆動されるカレントミラー回路を備えた図３の構成とすることによって、交流電圧印加時の負荷１の電流を正確かつ容易に求めることができる。
【００４３】
また、負荷１への印加電圧が正のみであっても、電圧が高電位と低電位との間を変化する場合は、負荷１が容量性であれば、印加電圧が高電位から低電位に変化したことによって、放電電流としてのシンク電流が負荷１から流れ出すこととなる。図３の構成の電流測定回路において、このシンク電流は、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２を流れ得ず、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４を流れることから、電流計１１をモニタすることによって、このシンク電流を容易に求めることができる。
【００４４】
［変更例］
図４は、この発明の実施の形態２の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００４５】
図４を参照して、電流測定回路は、図３の実施の形態２の電流測定回路に対して、ＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタに電流測定端子１０を介して接続される電流計１１が、カレントミラー回路を構成するＰＮＰトランジスタＱ５，Ｑ６に置き換えられた点および電流測定端子１０と接地電位との間に電流−電圧変換用の抵抗１２が配設された点で異なる。さらに、ＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタに電流測定端子８を介して接続される電流計６が電流−電圧変換用の抵抗９に置き換えられた点で異なり、共通する部分については説明を省略する。
【００４６】
ＰＮＰトランジスタＱ５，Ｑ６は、ＰＮＰトランジスタＱ５のベースがＰＮＰトランジスタＱ５のコレクタおよびＰＮＰトランジスタＱ６のベースに接続され、カレントミラー回路を構成する。ＰＮＰトランジスタＱ５のコレクタは、さらに、ＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタに接続される。ＰＮＰトランジスタＱ５，Ｑ６のエミッタはいずれも外部電源端子ＶＣＣに接続される。
【００４７】
以上の構成において、電圧供給端子３から演算増幅器４の非反転入力端子に供給される電圧が正電圧のときには、図２の実施の形態１の変更例で示したのと同様に、ＰＮＰトランジスタＱ１から負荷１へと流れるソース電流Ｉ１に等しいミラー電流Ｉ２がＰＮＰトランジスタＱ２を介して抵抗９に流れる。したがって、電流測定端子８と接地電位との間の電圧と、抵抗９の抵抗値からミラー電流Ｉ２を求めることができ、負荷１のソース電流Ｉ１を得ることができる。
【００４８】
一方、電圧供給端子３に供給される電圧が負電圧のときには、図３の実施の形態２と同様に、負荷１からのシンク電流Ｉ３がＮＰＮトランジスタＱ３を流れると、カレントミラー対をなすＮＰＮトランジスタＱ４にこれと等しいミラー電流Ｉ４が流れる。さらに、ＮＰＮトランジスタＱ４を流れるミラー電流Ｉ４は、ＰＮＰトランジスタＱ５を流れる電流Ｉ５となる。したがって、ＰＮＰトランジスタＱ５とカレントミラー対をなすＰＮＰトランジスタＱ６には、ミラー電流Ｉ４に等しい電流Ｉ６が流れ、抵抗１２へと流れることとなる。すなわち、ＮＰＮトランジスタＱ３を流れる負荷１のシンク電流Ｉ３に等しい電流Ｉ６がＰＮＰトランジスタＱ６を介して抵抗１２を流れることとなり、電流Ｉ６を求めることによってシンク電流を得ることができる。
【００４９】
なお、電流測定端子１０と接地電位との間に図示しないオシロスコープを設けることによって、シンク電流の電流波形を観測することができる。
【００５０】
図５は、負荷１が容量性であるときに、電圧供給端子３の電圧変化に応じて、電流測定端子８，１０と接地電位との間に設けたオシロスコープで観測される電流波形である。
【００５１】
図５（ａ）に示すように、電圧供給端子３に供給される電圧は、高電位と低電位との間を遷移する。これに応じて電流測定端子８で観測される電流波形は、図５（ｂ）に示すように、供給電圧が高電位となったことに応答して所定の期間ソース電流が検出される。一方、電流測定端子１０で観測される電流波形は、図５（ｃ）に示すように、供給電圧が低電圧となったことに応答して負荷１が放電し、シンク電流が検出される。このようにして、負荷１を流れるソース電流とシンク電流とを分別して測定することができる。
【００５２】
以上のように、この発明の実施の形態２に従えば、正／負電圧で駆動されるカレントミラー回路を備えた簡易な構成からなる電流測定回路によって、交流電圧印加時における負荷の電流特性を容易に求めることができる。
【００５３】
また、交流電圧印加時や負荷が容量性であるときの電流特性を、負荷を流れるソース電流とシンク電流とを分別して測定することができる。
【００５４】
［実施の形態３］
図６は、この発明の実施の形態３に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００５５】
図６を参照して、電流測定回路は、図４の実施の形態２の変更例の電流測定回路に対して、カレントミラー回路を構成するＰＮＰトランジスタＱ５，Ｑ６のうちのＰＮＰトランジスタＱ６のコレクタを電流測定端子８に接続した点で異なり、共通する部分については説明を省略する。
【００５６】
この構成において、電圧供給端子３に供給される電圧が正電圧のときには、図３，４に示す実施の形態２と同様に、ＰＮＰトランジスタＱ１を介して負荷１に流れるソース電流Ｉ１のミラー電流Ｉ２がカレントミラー対をなすＰＮＰトランジスタＱ２を介して電流測定端子８に流れることとなる。したがって、ミラー電流Ｉ２を電流計６をモニタすることで、負荷１のソース電流Ｉ１を求めることができる。
【００５７】
一方、電圧供給端子３に供給される電圧が負電圧のときには、図４の実施の形態２の変更例に示すように、負荷１から流れ出すシンク電流Ｉ３がＮＰＮトランジスタＱ３に流れると、カレントミラー対をなすＮＰＮトランジスタＱ４にシンク電流Ｉ３に等しいミラー電流Ｉ４が流れる。さらに、ＮＰＮトランジスタＱ４を流れるミラー電流Ｉ４がＰＮＰトランジスタＱ５を流れる電流Ｉ５となり、電流Ｉ５のミラー電流Ｉ６がＰＮＰトランジスタＱ６を流れる。すなわち、負荷１のシンク電流Ｉ３に等しい電流がＰＮＰトランジスタＱ６を流れることとなる。さらに、電流Ｉ６は、電流測定端子８を介して電流計６を流れることから、電流計６をモニタすればシンク電流Ｉ３を求めることができる。
【００５８】
なお、本実施の形態の電流測定回路は、電流計６にソース電流およびシンク電流のいずれもが流れる構成としたことから、電流計６をモニタして得られる電流は、負荷１のソース電流およびシンク電流の絶対値の和となる。
【００５９】
［変更例］
図７は、この発明の実施の形態３の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００６０】
図７を参照して、電流測定回路は、図６の実施の形態３の電流測定回路における電流計６を電流−電圧変換用の抵抗９に置き換えたものであり、共通する部分については、説明を省略する。
【００６１】
すなわち、図７の構成とすることにより、抵抗９には、ＰＮＰトランジスタＱ２よりソース電流Ｉ１のミラー電流Ｉ２が流れ、かつＮＰＮトランジスタＱ６よりシンク電流Ｉ３に等しい電流Ｉ６が流れることとなる。
【００６２】
したがって、負荷１の電流は、電流測定端子１０の電圧と抵抗９の抵抗値とから求めることができる。なお、求めた電流値は、負荷１のソース電流とシンク電流との絶対値の和に相当する。
【００６３】
以上のように、この発明の実施の形態３に従えば、負荷への印加電圧が交流電圧のとき、または負荷が容量性であるときにおいて、負荷を流れるソース電流およびシンク電流の絶対値の和を正確かつ容易に求めることができる。
【００６４】
［実施の形態４］
図８は、実施の形態４に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００６５】
図８を参照して、電流測定回路は、図１の実施の形態１の電流測定回路に対して、カレントミラー回路を構成するＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のベースと演算増幅器４の出力端子との間に接続されたダイオード１３と、ＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタと電流測定端子８との間に接続されたダイオード１４とが付加された構成であり、共通する部分については説明を省略する。
【００６６】
ダイオード１３は、カソードが演算増幅器４の出力端子に接続され、アノードがＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のベースに接続される。これによって、電圧供給端子３に供給される電圧が負電圧となったときに、負荷１から電圧印加端子２を介して流れ出すシンク電流は、演算増幅器４の出力端子へと流れることから、シンク電流のパスが形成される。
【００６７】
ダイオード１４は、カソードが電流測定端子８に接続され、アノードがＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタに接続される。接地電位から電流計６を介してＰＮＰトランジスタＱ２のコレクタへ、さらにコレクタからベースへと電流が流れ込むのを阻止するためにある。
【００６８】
このような構成とすることにより、負荷１のシンク電流を測定する必要のない場合は、図３，４に示すＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４およびＰＮＰトランジスタＱ５，Ｑ６を用いることなく、ダイオード１３，１４のみを設けることによって、ソース電流のみを容易に測定することができる。
【００６９】
［変更例］
図９は、この発明の実施の形態４の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００７０】
図９を参照して、電流測定回路は、図８の実施の形態４の電流測定回路における電流計６を電流−電圧変換用の抵抗９に置き換えたものであり、共通する部分については、説明を省略する。
【００７１】
この構成においても、ダイオード１３，１４を配設することによって、負荷１を流れるソース電流のみを容易に測定できる。ソース電流の測定については、図２の実施の形態１の変更例と同様に、電流測定端子８と接地電位間の電圧と抵抗９の抵抗値とから容易に求めることができる。
【００７２】
以上のように、この発明の実施の形態４に従えば、負荷への印加電圧が交流電圧のとき、または負荷が容量性であるときにおいても、簡単な構成からなる電流測定回路によって、負荷を流れるソース電流のみを容易に求めることができる。
【００７３】
［実施の形態５］
図１０は、この発明の実施の形態５に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００７４】
図１０を参照して、電流測定回路は、図１の実施の形態１の電流測定回路において、カレントミラー回路を構成するＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタと演算増幅器４の出力端子との間に抵抗１５，１６を挿入した構成であり、共通する部分については説明を省略する。
【００７５】
ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２は、カレントミラー回路を構成することから、同じトランジスタサイズとすることで、ＰＮＰトランジスタＱ２には、ＰＮＰトランジスタＱ１の電流Ｉ１に等しいミラー電流Ｉ２を流すことができる。しかしながら、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のベース−エミッタ間電圧は、プロセスばらつき等に起因して必ずしも同電位になるとは限らないことから、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタ電流に不一致が生じうる。この場合は、負荷１の電流の正確な測定が保証されないこととなる。
【００７６】
そこで、図１０のように、演算増幅器４の出力端子とＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタとの間にそれぞれ抵抗１５，１６を配設し、かつ、これらの抵抗による電圧降下を無視できない抵抗値に設定することにより、ベース−エミッタ間の電圧差によるコレクタ電流の差を小さくすることができる。
【００７７】
［変更例］
図１１は、この発明の実施の形態５の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００７８】
図１１を参照して、電流測定回路は、図１０の実施の形態５の電流測定回路における電流計６を電流−電圧変換用の抵抗９に置き換えた構成であり、共通する部分については説明を省略する。
【００７９】
本構成においても、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２と演算増幅器４との間に接続された抵抗１５，１６によってＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２を流れる電流の差を低減して、負荷１のソース電流Ｉ１を正確に測定することができる。ソース電流Ｉ１の測定については、電流測定端子８と接地電位との間の電圧と抵抗９の抵抗値とから容易に求めることができる。
【００８０】
以上のように、この発明の実施の形態５に従えば、カレントミラー回路を構成するトランジスタ間でのベース−エミッタ間電圧差によるコレクタ電流の差を低減することができ、負荷の電流特性をより正確に測定することができる。
【００８１】
［実施の形態６］
図１２は、この発明の実施の形態６に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００８２】
図１２を参照して、電流測定回路は、図１の実施の形態１の電流測定回路において、演算増幅器４の出力端子とＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタとの間にＮＰＮトランジスタＱ７を配設した構成であり、共通する部分については、説明を省略する。
【００８３】
ＮＰＮトランジスタＱ７は、ベースが演算増幅器４の出力端子に接続され、コレクタが外部電源端子ＶＣＣに接続され、エミッタがＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタに接続される。この構成において、ＮＰＮトランジスタＱ７は、ベースに演算増幅器４の出力を受けると、エミッタに接続されるカレントミラー回路に駆動される電流を増幅するエミッタフォロワとして機能する。
【００８４】
すなわち、エミッタフォロワは電流駆動能力が高いことから、演算増幅器４の出力電流は、エミッタフォロワであるＮＰＮトランジスタＱ７で電流増幅されてＰＮＰトランジスタＱ１を流れ、カレントミラー対をなすＰＮＰトランジスタＱ２にも、これに等しいミラー電流Ｉ２が流れる。したがって、ミラー電流Ｉ２を電流計６にて測定することによって、負荷１のソース電流を求めることができる。これは、負荷１のソース電流Ｉ１に対して演算増幅器４の電流駆動能力が低いときにおいて有効である。
【００８５】
［変更例１］
図１３は、この発明の実施の形態６の変更例１に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００８６】
図１３を参照して、電流測定回路は、図１２に示す電流測定回路に対して、負荷１のシンク電流を測定するためのＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４および電流計１１と、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタと演算増幅器４との間に接続されたエミッタフォロワとしてのＰＮＰトランジスタＱ８とが付加された構成であり、共通する部分については説明を省略する。
【００８７】
この構成において、カレントミラー回路を構成するＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４およびＮＰＮトランジスタＱ４のコレクタと外部電源端子ＶＣＣとの間に接続された電流計１１は、図３に示す実施の形態２の電流測定回路と同様の構成である。負荷１からのシンク電流Ｉ３がＮＰＮトランジスタＱ３に流れると、これに等しいミラー電流Ｉ４がＮＰＮトランジスタＱ４を流れ、この電流値を電流計１１で測定することによって、シンク電流を求めることができる。
【００８８】
本実施の形態では、さらに、ＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタと演算増幅器４の出力端子との間にエミッタフォロワとしてのＰＮＰトランジスタＱ８を挿入することにより、演算増幅器４の電流駆動能力が負荷１の駆動能力より低い場合であっても、ＰＮＰトランジスタＱ８にて電流増幅されることから、負荷１のシンク電流を正確に測定することができる。
【００８９】
［変更例２］
図１４は、この発明の実施の形態６の変更例２に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００９０】
図１４を参照して、電流測定回路は、図１３に示す実施の形態６の変更例１の電流測定回路において、電流計６，１１をそれぞれ電流−電圧変換用の抵抗９，１２に置き換えたものであり、共通する部分については説明を省略する。なお、抵抗１２については、ＮＰＮトランジスタＱ４を流れるミラー電流をさらに抵抗１２を介して接地電位に流すためのＰＮＰトランジスタＱ５，Ｑ６とが配設される。詳細な構成については、図４の実施の形態２の変更例と同様である。
【００９１】
本実施の形態の電流測定装置においても、ＰＮＰトランジスタＱ１，Ｑ２のエミッタと演算増幅器４の出力端子との間、およびＮＰＮトランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタと演算増幅器４の出力端子との間には、それぞれエミッタフォロワとしてのＮＰＮトランジスタＱ７およびＰＮＰトランジスタＱ８が接続されており、演算増幅器４の電流駆動能力が負荷１の電流駆動能力よりも劣る場合において、演算増幅器４の出力電流を増幅する働きをする。
【００９２】
これによって、ＰＮＰトランジスタＱ２には、エミッタフォロワによって増幅されたミラー電流Ｉ２が流れる。この電流量は、電流測定端子８と接地電位との間の電圧および抵抗９の抵抗値から容易に求めることができる。
【００９３】
同様に、ＰＮＰトランジスタＱ６には、エミッタフォロワによって増幅されたシンク電流Ｉ３に等しい電流Ｉ６が流れる。この電流量についても、電流測定端子１０と接地電位との間の電圧と抵抗１２の抵抗値とから求めることができる。
【００９４】
［変更例３］
図１５は、この発明の実施の形態６の変更例３に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００９５】
図１５を参照して、電流測定回路は、図１４に示す実施の形態６の変更例２の電流測定回路に対して、ＰＮＰトランジスタＱ６のコレクタが電流測定端子８に接続される点で異なり、共通する部分については説明を省略する。
【００９６】
このような構成とすることにより、ＰＮＰトランジスタＱ６には、エミッタフォロワによって増幅された負荷１のシンク電流に等しい電流が流れ、さらに電流測定端子８を介して電流計６に流れることとなる。電流計６には、さらに、ＰＮＰトランジスタＱ２からのソース電流に等しい電流が流れることから、負荷１のソース電流およびシンク電流の絶対値の総和に相当する電流を測定することができる。
【００９７】
［変更例４］
図１６は、この発明の実施の形態６の変更例４に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【００９８】
図１６を参照して、電流測定回路は、図１５の実施の形態６の変更例３の電流測定回路において、負荷１のソース電流およびシンク電流の絶対値の和を計測する電流計６を電流−電圧変換用の抵抗９とした点で異なり、共通する部分については説明を省略する。
【００９９】
このような構成とすることにより、図１５において電流計６で測定されていた負荷１のソース電流およびシンク電流の総和は、電流測定端子８と接地電位との間の電圧と、抵抗９の抵抗値とから容易に求めることができる。また、電流測定端子８にオシロスコープを設けることにより、電流波形を容易に観測することができる。
【０１００】
以上のように、この発明の実施の形態６に従えば、負荷の電流駆動能力が電流測定回路の演算増幅器の電流駆動能力よりも大きい場合において、エミッタフォロワによって演算増幅器の電流駆動能力を高めてやることにより、負荷の電流を正確に測定することができる。
【０１０１】
［実施の形態７］
図１７は、この発明の実施の形態７に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【０１０２】
図１７を参照して、電流測定回路は、図１２に示す実施の形態６の電流測定回路において、ダイオード１３，１４を挿入した構成であり、共通する部分については説明を省略する。
【０１０３】
ダイオード１３は、演算増幅器４の出力端子と電圧印加端子２と間に接続され、負荷１のシンク電流を演算増幅器４の出力端子に流すパスを形成している。一方、ダイオード１４は、ＰＮＰトランジスタＱ２のエミッタと電流測定端子８との間に接続され、抵抗９からＰＮＰトランジスタＱ２への逆方向電流を阻止する働きをする。これによって、負荷１のソース電流のみを測定することが可能となる。
【０１０４】
また、実施の形態６と同様に、エミッタフォロワであるＮＰＮトランジスタＱ７を設けたことから、ＰＮＰトランジスタＱ２には、電流増幅されたミラー電流Ｉ２が流れることとなり、電流測定端子８と接地電位との間の電圧と抵抗９の抵抗値とからその電流値を求めることができる。
【０１０５】
以上のように、この発明の実施の形態７に従えば、負荷１の電流駆動能力が演算増幅器４の電流駆動能力よりも高い場合においても、エミッタフォロワであるＰＮＰトランジスタＱ７で電流増幅されたソース電流に等しいミラー電流が抵抗９を流れることとなり、正確なソース電流を測定できる。
【０１０６】
また、ダイオード１３，１４を配設した簡易な構成によって、シンク電流は抵抗９には流れないことから、負荷１のソース電流のみを容易に測定することができる。
【０１０７】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【０１０８】
【発明の効果】
以上のように、この発明に従う電流測定回路によれば、カレントミラー回路を基本とする簡易な構成によって、負荷を流れる電流を負荷への影響を与えることなく正確かつ容易に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に従う電流測定装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態２の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図５】図４の電流測定回路において観測される負荷電流の波形図である。
【図６】この発明の実施の形態３に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態４に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態４の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態５に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態５の変更例に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態６に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図１３】この発明の実施の形態６の変更例１に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態６の変更例２に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態６の変更例３に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態６の変更例４に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態７に従う電流測定回路の構成を示す図である。
【図１８】従来の電流測定回路の構成の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  負荷、２  電圧印加端子、３  電圧供給端子、４  演算増幅器、５  電圧供給電流測定端子、６  電流計、７  電圧源、８  電流測定端子、９  抵抗、１０  電流測定端子、１１  電流計、１２  抵抗、１３，１４  ダイオード、１５，１６  抵抗、Ｑ１，Ｑ２，Ｑ５，Ｑ６，Ｑ８  ＰＮＰトランジスタ、Ｑ３，Ｑ４，Ｑ７，Ｑ９，Ｑ１０  ＮＰＮトランジスタ。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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