コンピュータを用いた簡易な電流‐電圧特性測定装置の開発

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(1)平成21年度修士論文. コンピュータを用いた. 簡易な電流一電圧特性測定装置の開発. 兵庫教育大学大学院学校教育研究科教科・領域教育学専攻生活・健康・総合内容系コース. M08218B 池田政也.

(2) 目. 次. 第1章緒論 1．1はじめに. 1．2電流一電圧特性の自動測定の現状 1．3開発の目的. 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 3. 2．1電流一電圧特性測定装置の構成. 3. 2．2USBインタフェ』ス. 4. 2．2，1USB−IO基板. 4. 2．2．2USB−IOの仕様. 5. 2．2．3USB一工Oの制御. 5. 2．3記憶部. 7. 2．4D／A変換部. 8. 215電圧バッファ部. 9. 2．6測定部. 10. 2．7電圧増幅部. 11. 2．8A／D変換部. 12. 2．9測定装置の制御. 13. 第3章各部の回路. 14. 3．1D／A変換：R−2Rラダー形回路のRの値の検討. 14. 3．1．1実験方法. 14. 3．1．2測定結果. 15. 3．1．3考察. 15. 3．2電圧バッファ部：ボルテージホロワの入出力特性. 23. 3．2．1実験方法（無負荷状態）. 23. 3．2．2理論値の計算. 24. 3．2．3測定結果. 24. 3．2．4考察. 25.

(3) 3．2，5実験方法（負荷状態）. 25. 3，216測定結果. 26. 3，2，7考察. 27. 29. 3．3電圧増幅：オフセット電圧 3．3．1実験方法. 29. 3．3．2理論値の計算. 30. 3．3．3測定結果. 31. 3．3．4考察. 32. 第4章システム全体の評価. 34. 4．1全体の回路図. 34. 4．2測定速度. 35. 4．3測定精度. 35. 第5章電流一電圧特性の測定例. 37. 5．1発光ダイオードの立ち上がり電圧. 37. 5．2光センサの評価. 38. 5．3検波用ダイオードの評価. 39. 5．4プランク定数の測定実験. 40. 第6章 A／D変換器の検討. 42. 6．1A／D変換器の構成. 42. 6．2A／p変換の動作. 43. 6．3測定システムヘの導入についての検討. 44. 第7章結論及び今後の課題本研究に関連する学会発表等謝辞. 資料. …. 46.

(4) 第1章緒論. 第1章緒論 1I1はじめに工業高校の電気・電子分野において，ダイオードやトランジスタなどの電子部品の学習は重要な領域を占めているI）。なぜなら，電子回路を設計・製作するためには，電子部品の特性や機能. を理解することが重要だからである。中でも，部品に流れる電流と部品に加えた電圧の関係（電流一電圧特性）は基本的なものであり，アナログ電子回路の設計に大きく関わるものである。. この電流一電圧特性を測定するためには，電子部品に直流電源を接続し，この電源電圧を変化させながら電圧計と電流計で，それぞれの電流・電圧を測定すればよい。しかし，何十箇所もの. 測定点について計測し，測定データを記録してグラフを作成する必要があり，さらに，測定結果を演算する場合も考えられる。これらの作業を，すべて手作業ですることは困難であり時間がかかるため，しばしばコンピュータによる自動測定が用いられる2〕。自動測定を導入することは，. 複数の電子部品を短時間で測定できるだけでなく，特性の評価や比較が容易に行える。さらに，アナログ電子回路の設計・製作に役立てることも可能となる。. 1．2電流一電圧特性の自動測定の現状電流一電圧特性が非直線的に変化する半導体やその他の電子部品を自動測定するために，しばしば市販のカーブトレーサが用いられる。しかし，教育現場で使用するには，数百万から数十万. するような非常に高価な機器である。そのため，一般に自動測定をする場合，ディジタルマルチメータ等を使用し，GP−IBなどによる制御システムを構築する方法や，D／A・A／D変換ボードを使用したシステムを構築する方法などが用いられる。大向（2000）らは，GP−IBで電圧計と電流計を制御するシステムを構築し，超伝導体のI−V特性測定の高速化を試みている3〕。田淵（2001）. らは，GP−IBを用いて，ディジタルマルチメータ3台と直流電源装置をLabVIEWで制御するシステムを構築している4）。また，相知（2008）らは，半導体素子のI−V特性をD／A・AD変換ボードを介し，C言語で作成したプログラムを用いて測定している5〕。山岡（2000）らは，A／Dコンバータカードを用いた，ダイオードのI−V特性計測処理システムを研究・開発している6〕。一方，. トランジスタなどの電流一電圧特性を測定する，オシロスコープを用いたカーブトレーサも報告されている7）. しかし，コンピュータ通信のできるディジタルマルチメータやGP−IB装置，オシロスコープなどは，比較的高価な機器である。また，測定回路を製作する場合は外部電源も必要となる。D／A・. A／D変換ボードについては，高価なものもあるが，数万円で入手できるものもある。しかし，パ. ・1・.

(5) 第1章緒論. 一ソテルコンピュータ上で，複数のドライバをインストールする必要があるものや，初期設定のパラメータが多く，動作環境を整えるために時間がかかるものも多い。また，専用のプログラム言語を必要とするため，ユーザーの目的に合ったシステムの構築や拡張が困難なものもある。仮に，これらの機器を使用してシステムを構築しても，大型化し易く限られた場所で測定を行わなければならない。. 1．3開発の目的. 最近では，パラレルのディジタルデータを容易に入出力できるインタフェースが，比較的低価格で入手できる。本研究では，これを利用した，低価格で高精度かつ汎用性や利便性の高い自動測定装置を開発することを目的とした。そのため，外部電源を使用せずにコンピュータから供給される電源のみを用いており，市場で入手できる汎用の安価な部品のみを使用することにした。さらに，各部の回路の評価を行うことにより測定精度の高いものとしている。制御プログラムは，. 広く普及しているソフトウェアを用いて開発し，汎用性を高めている。. 1）文部省，r高等学校学習指導要領解説工業編」，実教出版，pp127−204．2000 2）三好正二，「基礎テキスト電気・電子計測」，東只電気大学出版局，p207．2005 3）大向雅人，加地暁憲，東康則，「GP−IBを用いたYBC0超伝導体のI−V特性測定システム」，明石工業高等専門学校研究紀要，第43号，pp31−34．2000. 4）田淵正幸，大川竜矢，「LabVIEWによる電気抵抗測定システムの製作」，函館工業高等専門学校紀要，第36号，pp69−71．2001. 5）相知政司，吉富貴司，「V−I特性が観測可能な電子回路学習支援システムの設計と実装」，IEEJ Trans．FM， V01128，No．4．2008. 6）山岡大，藤原忠夫，「パソコンを利用した学生実験課題の開発研究一A／Dコンバータを用いたダイオード電圧一電流特性の測定一」，日本大学歯学部研究紀要，28，13−19．2000 7）比嘉善一，「トランジスタカーブトレーサの改良」，琉球大学教育学部紀要，第21集，pp183−188．. 1977. ・2・.

(6) 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 第2章電流一電圧特性測定装置の概要 2．1電流一電圧特性測定装置の構成. 本装置のブロック図を図II−1に示す。矢印はデータの流れを示しており、8個のブロックに分かれている。まず，パーソナルコンピュータ（PC）から8bitのディジタルデータを出力し，USB インタフェースでパラレルデータに変換される。USBインタフェースは同一ポート（Port0）を出. 力と入力の両方に用いているため，ディジタルデータを記憶部で一時的に記憶された後，D／A変換部でO∼5Vのアナログ電圧に変換される。電圧バッファ部は，測定部の影響により，出力したアナログ電圧が変化するのを防ぐために設置している。測定部では測定した電流を直列抵抗で電. 圧に変換される。この直列抵抗の値を低く設定しており，発生した電圧が微弱になるため，電圧増幅部で増幅する必要がある。この増幅した電圧をA／1）変換部でディジタルデータに変換し，USB. インタフェースでPCにデータを送る。測定結果は自動的にExcelのシートに記録され，同時にグラフで表示する。. D／A変換部. PC. US正インタフェース. 測定部. 記憶部. A㎜変換部図I−1電流一電圧特性測定装置のブロック図. 一3一. 電圧バッファ部. 電圧増幅部.

(7) 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 2．2USBインタフェースパラレルのディジタルデータを容易に入出力できるUSBインタフェースが，比較的低価格で入手できることから，本装置では，USB−IOを使用した。 2．2．1USB−10基板. USB−101）とは，基本プログラムを書き込んだ状態で販売している，USBインタフェース用マイクロコントローラである。簡単なプログラムで，USBを使用した計測・制御を行うことができる。. 図n−2に実際のUSB−10を，図Il−3にUSB−1O基板の回路図を示す。なお，ポリスイッチとターミナルはキットに付属していない。. 図I−2実際のUSB−lO. POLYSW 250mA. 戦 uSB. R1. R2. 7．5k. 5．1k. TERMINAL CY7C63001A−PXC POO 1 1 Vc〔. Vα：. D−. D−. D＋. D＋. Vss. GND. VpP. Vcc. PO1 P02 P03 PO．4. P05 P06. 7. PO16. P0．7. 6M X1. XTALIN. X2. XTALOuT. GND. P0．7 P1．O P1，1 P1．2 P1．3. P1O P11 Pi2 P13 1. 図I−3USB−IO基板の回路図. 一4一. PO．O PO．1 PO．2 PO．3 PO．4 P0．5. NC NC. GND.

(8) 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 2．2．2USB−1Oの仕様1〕. USB−I0は，パラレルのディジタルデータを容易に入出力することができる。Poれ0として8bit，. Prot1一として4bitの計12bitの入出力端子を持ち，すべての端子はIC（CY7C63001A）内部で16 kΩ程度の抵抗でプルアップされている。各端子はすべて入出力可能であるが，入力を行う場合. は，その端子を前もって「1」を出力しておく必要がある。Poれ0では約1mAのシンク電流（IC に流れ込む方向の電流）しか流せないが，Poれ1には，約15mAのシンク電流を流すことができる。. 2．2．3∪SB−10の制御. USB−IOはVBA，Visual Basic2005，Active Basicなどで制御が可能である。Excelは一般的に広. く使用されており，Basicはプログラミングが容易で扱いやすいため，ここでは，Exce1VBAを用. いることにした。USB−IOのCY7C63001AはUSBコネクタを接続した際にWindowsからrHID 準拠デバイス」として認識されるため，Windowsが用意している標準デバイスドライバが使用でき1），専用のドライバをインストールする必要がない。USB．I0の制御を行う準備としては，デバイスドライバと細やかなやり取りを行うために，関数のライブラリである”vbausbio．d112〕”のファイルを，PATH指定されているフォルダ（例えば”C：Windows”など）に入れる必要がある。次に，. Excelを起動しセキュリティレベルをr中」にする。最後に，VBAを起動し標準モジュールに以下のプログラム2〕を記入する。. Dec1are Function uio＿out Lib’’vbausbio．dllIl（ByVa−Port As Long，ByVa1OutDat As Long，ByVal p3As. Long）As Long Dec1are Function uio＿inp Lib’lvbausbio．dll”（ByRef InpDat As Byte，ByVal Port As Long，ByV吐1p3As. Long）As Long Declare Function uio＿丘nd Lib’’vbausbio．d11I’（）As Long. Declare Function uio＿丘ee Lib’，vbausbio．d11”O As Long Dec1are Function uio＿getdevs Lib’’vbausbio．d11’．（）As Long. Declare Function uio＿se1dev Lib”vbausbio・dIl■，（ByVa1pl As Long）As Long. Dec1are Sub Sleep Lib l1keme132’1（ByVa1dwMi11isecondsAs Long）. これは，USB−lOを制御するための関数を定義するためのものである。関数を使用するためには uioゴindでUSB−I0を検索・初期化する必要がある。その後，uio＿inp／outでディジタルデータを入出力することが可能となる。uio＿findを実行しなくても初めてuio＿inp／outを実行するときに. 一5一.

(9) 第2章. 電流一電圧特性測定装置の概要. は自動的にuio＿￡indが呼ばれる。ただし，最初だけなのでUSB−I0が一度外されて，もう一度挿された場合などは無視される。uio＿se1devは複数のUSB−I0を切り替えることが出来る。. 一6一.

(10) 第2章. 電流一電圧特性測定装置の概要. 2．3記憶部. 記憶部では，USB−IOから出力されるディジタルデータをDフリップフロップ（D−FF）IC （SN74HC574）で一時的に記憶している。これは，USB−IOの同一ポート（PortO）を入力と出力. に用いているため，ディジタルデータの入出力を同時に行えないからである。回路図を図Il−4 に示す。. SN74HC754 Vcc 20 PO．O PO．1. P0．2 PO．3. P0．4 PO．5 PO，6 P0．7 P1．0. 2 3. 4 5. 6 7 8 9 11. D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7. Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7. CK. 一〇E. 19 18 17 16 15 14 13 12 1. 10. GND P1．2. 図1I−4記憶部の回路図 P1．0とP1．2はD−FFICの制御用ポートとして用いている。OE（Pl，2）を「H」から「L」にする. ことにより，ディジタルデータを出力することが可能となり，CK（P1．O）を「H」から「L」にすることによって，ディジタルデータを記憶することができる。. ・7一.

(11) 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 2−4D／＾変換部. D／A変換部では，DフリップフロップICが記憶したディジタルデータを，アナログ電圧に変換. する。ここでは，市販のD／A変換ICを使用せずに金属皮膜抵抗（以下抵抗）を用いて，電圧加算方式のR−2Rラダー形回路を用いることにした。市販のD／A変換ICは，5V単電源動作で出力電流が十数mAの条件を満たすICが少なく，他の電子部品に比べて非常に高価であるため，この. ICを使用していない。また，USBの5V単電源で0∼5Vのアナログ電圧を出力し，電流を十数m Aまで流す必要があるためである。回路図を図■一5に示す。この回路は，抵抗Rと2Rによるはしご型に組み合わせたものと，アナログスイッチ（a7∼a0）を合わせた回路で構成されている。このスイシーチがディジタル信号によって制御され，その結果が出力電圧（Vbut）からアナログ出. 力として得られる。基準電圧は電源電圧Eとなり，Voutは次式で表される。 1 1 1 1 1 1 1 1 吻〃＝亙・（一・α7＋一・α6＋一・α5＋一・α4＋一・α3＋一・α2＋一・α1＋一・α0）（2・1）. 248163264128256. ここで，a7∼a0はディジタルデータの対応するbitが，「1」のときは1を，rO」のときはOとする。R−2Rラダー形回路であると抵抗を組み合わせるだけで，D／A変換が可能であり，市販のIC に比べ非常に低価格で済む。また，斗5Vの単電源動作であるため，負の電圧で出力される電流加算方式や重み抵抗方式では動作しない。他にも，正の電圧を出力する抵抗分圧方式や重み電流方式があるが，それぞれn bitのD／大変換に対し，2n個の抵抗とスイッチやn個のトランジスタが必要となり，回路が複雑になるだけでなく，部品の数も多くなる。よって，電圧加算方式のR−2R ラダー形回路を採用した。. R. Vout. R. 2R. 0. R. 1. R. 2R. 2R a6. a7 i. R. 1. R. 2R a4. a5 O. R. 0. a3. O. i. 1. a2 0. 1. a1 O. E. 図II−5電圧加算方式R−2Rラダー形回路. 一8一. 2R. 2R. 2R. 1. 2R aO. o. 1. O. 2R.

(12) 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 2．5電圧バッファ部. 電圧バッファ部では，ボノレテージ・ホロワ回路を用いており，回路図を図■一7に示す。これは，D／A変換されたアナログ電圧（Vin）が，測定対象となる電子部品の接続によって変化するのを防ぐためである。なお，ここでは入出力RailtoRai1オペアンプ（TLV2426CP）を使用している。. このRailとは，電源のことを示しており，入出力Railto Rai1オペアンプとは，入出力共に最低電. 位（単電源では接地電位）から最高電位（電源電圧）までの信号を入出力が可能となり，入力段. と出力段をRai1to Rai1化されている。入力段では，NPNダーリントン接続差動増幅器とPNPダーリントン接続差動増幅器を組み合わせることによって，Rail to Rai1化できる。入力信号が中心. 電圧からプラス側電源電圧まではNPNトランジスタによる差動増幅が受け持ち，中心電圧からマイナス電源まではPNPトランジスタによる差動増幅器が受け持つ仕組みとなっている。出力段で. は，NPNコレクタ出力回路とPNPコレクタ出力回路を相補的に組み合わせた，プッシュプル回路で構成されている。一このコレクタ出力回路は出力可能電圧領域が電源電圧の下限から上限まできわめて広いからである3〕。よって，入出力Rai1toRailオペアンプを用いたボルテージ回路が，. VinのO∼5Vをそのまま出力（Vbut）させることができる。. Vcc TLV2426Cl〕. 8. Vin. ・。. 1. 2. 図■一7 ボルテージ・ホロワ回路. 一g一. Vout.

(13) 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 2．6測定部. 測定部では，図Il−8に示すように，測定対象となる電子部品（Rx）を測定用の直列抵抗（10 Ω）と直列に接続している。0∼5Vのアナログ電圧（Vin）を印加して，測定対象から流れる電流を，この抵抗で出力電圧（Vout）に変換し測定している。ここで，直列抵抗を10Ωより低くすれば，電圧増幅度を高くする必要があり，オフセット電圧の影響が大きくなるだけなく，増幅度の設定にも限りがでてくる。一方，直列抵抗を10Ωより高くすれば，測定対象に加わる電圧が低くなるため，測定範囲が狭くなる。なお，抵抗による電圧降下分の補正は，測定結果が出力される際に行っている。. 敗 Vin. 10. Vout. ユ. エ図■一8 測定部の回路. 一10一.

(14) 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 2．7電圧増幅部. 電圧増幅部では，測定部の出力電圧を図■一9の非反転増幅回路で増幅している。非反転増幅回路とは，入力信号に対して出力信号が同相で現れる。本装置では，電源電圧が斗5V単電源なので，入出力Rail toRai1オペアンプを使用し，増幅時に負の電圧を出力させないために，非反転増. 幅回路を用いている。この回路の増幅度は，31倍と301倍に設定できるようにしており，基板上. のDIPスイッチで切り替える。この31倍の増幅度は，発光ダイオードを測定することを想定して決定した。また，301倍の増幅度は，31倍で測定できない電流値と電圧値を測定するために設けている。. Vα＝. 1k. Vin. 5. 8. TLV2426CI〕. ＋. 7. 6＿ 1k. 30k. 300k. 図Il−9 電圧増幅部の回路図. 一11一. Vout.

(15) 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 2．8＾／D変換部. A／D変換部では，市販の逐次比較方式A／D変換ICを使用し，増幅された電圧を8bitのディジタルデータに変換している。この方式のICは，性能とコストのバランスが良く，計測・制御の分. 野では，最も広く使用されている4）。また，このA／D変換ICはD／A変換ICより比較的低価格で，製作時間を短縮する理由からこのICを採用した。回路図を図■一10に示す。P1．1とPl．3を. Aの変換ICの制御用端子と使用しており，Pl．3からWRにパルスを送ることによってAり変換を開始する。この変換されたディジタルデータを読み込むために，RDにP1．1から「H」から「L」. の信号を送ることで可能となる。なお，変換速度はAD変換ICのデータシートを参考にして，抵抗（10kΩ）とコンデンサ（150p）の値を決めている5）。参照電圧（V㎜F）は，USBの電源電圧である十5V単電源としている。. 10K. 工’50p. ADC0804LCN 1. CS. P11. 2. RD. P13. 3. WR. 4. VCC. 20. VcC. CLK. 1. DBO. 18. PO O. PO i. iしS8）. CLK IN. DB1. 17. INTR. DB2. 1. P02. VIN＋. DB3. 工5. P03. VIN一. DB4 14. P04. AGND. DB5. i. P05. 9. VRFFρ. DB6. 工2・. 10. DGND. D87. 11. 6. （MSB）. 図n−10AD変換部の回路. 一12一. P06 1〕07.

(16) 第2章電流一電圧特性測定装置の概要. 2．9測定装置の制御. 制御の全体の流れは，初期条件を設定し，O∼5Vの電圧を増加させて測定する。電圧デ］タが. 最大値の5Vを超えるか，電流データが最大値の約17mAを超えると，電圧を減少させて測定する。電圧減少時の測定は電圧デ］タが0Vになると，測定を終了するようになっている。図Il− 11は電圧増加と電圧減少の処理の詳細を示す。なお，素子電圧の計算は，電子部品に加えられた電圧を算出するところで，測定部の直接抵抗（10Ω）の電圧降下分を補正している。. 電圧を減少させて測定. 電圧を増加して測定. 電圧データ＝O. 電圧データを出力. 電圧データを出力. 電流データを読み込み. 電流データを読み込み. 電流値の計算. 電流値の計算. 素子電圧の計算. 素子電圧の計算. 電圧データの減少. 電流データく最大値. N. Y. 電圧データく0. Y. 電圧データの増加. Y. N. 終了. 電圧データ＜最大値 N. 終了. 図Il−11A／D変換ICの回路. 〈文献〉. 1）永島智二，「手作りUSB機器 USB−I0で作る電子ルーレットからWebカメラまで」，RlBB P肥SSノオーム社，PP53−54．2005 2）バケさんの趣味の部屋，http：〃bake−san．com／（2009，現在）. 3）渡辺嘉二郎，中村哲夫，「アナログLSI設計の基礎」，オーム社，p134−137．2006 4）米山寿一，「図解A／Dコンバータ入門」オーム社，p82．1993 5）Nationa1Semiconductor，ADC08048−BitμP compatibIeA／D Conveれers，p2，November1999. 一／3一.

(17) 第3章各部の回路. 第3章各部の回路第2章で電流一電圧特性測定装置を提案した。ここでは，各部の回路の設計を行う。. 3．1D／＾変換部＝R−2Rラダー形回路のRの値の検討. 外部電源を使用せずUSBの電源のみでO∼5Vの電圧を出力し，電流を約17mAまで流すことができるようにするために，本装置のD／A変換部に電圧加算方式のR−2Rラダー形回路を用いることにした。ここでは，最適なRの値を明らかにするために，検討した結果を報告する。. 3．1．1実験方法. R−2Rラダー形回路の出力電圧を測定するために，図㎜一1の実験回路を製作した。パーソナルコンピュータ（PC）からUSB−I0を介してディジタルデータを送り，D−FF IC（SN74HC574）で. 記憶させ，R−2Rラダー形回路の出力電圧をO∼5Vまで変化させる。このとき，Rの値をlOΩから10倍ずつ増加させ1MΩまで変更し，R−2Rラダー形回路から出力した電圧を，Exce1VBAで自動測定が行えるディジタルマルチメータ（ADCMT7351E）を用いて測定した。 SN74HC754 VCC. 2. 20. 2R. 19. Vout. PO・0 3DO QO18 Po・1 4D1 Q117. PO・26 D3 5D2 Q3 i5 Q216 PO・4 7D4 Po・5 8 D5 Q5 13Q414. R. P0・3. P0．6. 9. PO・7. P1，0. D6. Q6 12. D7 Qフ. 11CK 籠1. 2R R. 2R. y. 10. GND P12. ＾DCMT7351E. 2R. Digital Multim6ter. R 2R. 2R. 2R. 2R. 2R. 図I皿一1案．験回路. 一14一. 十.

(18) 第3章各部の回路. 3．1．2測定結果. 図皿一2に，R−2Rラダー形回路のRの値を，種々変化させたときの出力電圧の値を示す。Rの値が100Ω以下の場合，出力電圧に脈動が見られた。一方，Rの値がlkΩ以上の場合，直線性が維持され5Vまで出力されている。なお，100kΩと1MΩは，lkΩと同じ結果となったため，図皿一2には記載していない。. 5. （ 4 ≧. 出3. 醜. ・R 2 …目. 0 0. 50. 100. 150. 200. 250. ディジタルデータ図m−2 R−2Rラダー形回路が出力電圧に及ぼす影響. 3．1．3考察. 図皿一2より，lOΩと100Ωの場合，出力電圧が脈動する原因として，D−FF IC（SN74HC574）の出力抵抗が，Rに比べて無視できないためと考えられる。そこで，D−FFICの「H」レベルと「L」. レベルの出力抵抗を求め，R−2Rラダー形回路の理論的な出力電圧を算出し，実測値と理論値を比較することにした。. 一方，1kΩ以上の値は，直線性が維持されており，5Vを出力していることが確認できた。また，. lMΩでも問題なく動作した。Rの値が大きいほど流れる電流が少なく，消費電力が抑えられる。しかし，後段に接続されているオペアンプの人カインピーダンスが低いと，R−2Rラダー形回路の出力電圧が低下する可能性がある。. 一15一.

(19) 第3章各部の回路. （1）D斗F1Cの出力抵抗 D−FF IC（SN74HC574）の出力抵抗は，出力電流と出力電圧のグラフの傾きから求める。この出力電流と出力電圧は，D−FF ICの出力ピンに値が明確な測定抵抗を接続して求めた。「H」レベ. ル時の測定回路を図皿一3に，「L」レベル時の測定回路を図皿一4に示す。「H」レベル時の出力抵抗（RH）を求める場合，まず，出力端子一GND間に測定抵抗（㎞）を接続する。次に，D−FFIC の出力を「H」にし，㎞に発生した電圧（Vx）を測定して，出力電流（Ix）を求める。この作業を，Rxの値を変更しながら繰り返し，IxをX軸、VxをY軸にしたグラフを作成（図1V−4）し，近似式の傾きからRHを求める。「L」レベルの場合，V㏄一山カ端子間に㎞を接続する。あとは，. 「H」レベルと同様にしてRLを求めた（図1V−5）。以上の結果より求めたRHとRLは，それぞれ 37．0及び24．5（Ω）であった。この値は，SH74シリーズのデータシートに記載されている出力抵抗30Ω∼40Ωとおおむね一致している1〕。. Vcc 1一一一．一■一一一・■■一一・・一一■一・一一一1 ＝. 1. RH. ；. ：. 1 I. I. r V。一→. ト・、H. H. Vcc. RX. 1 1. L. I. ：. 一一＿一一〉. IX. R．. 1 1. 1. 一一. @一一一一 D−FF IC. ‘. ■. 一. 一. 一. ・. ■. 図皿一3 D−FF ICの出力部分の等価回路（「H」レベル）. 一16一.

(20) 第3章. 「一一一・一・■一■一一… @ 1. RH. 1. 各部の回路. 一一■一■一■一一・・l. ：. I. 1. 1←V・→1. 1 ■. ■. I. 趾. Vcc. I l I. Vcc. トV。→. l ■. L. RL. I. l. IX. ■. l I. I l. 一一一一一一. 図皿一3. c−FF IC D−FF ICの出力部分の等価回路（「L」レベル）. 5．0. 4．8 灘. （＞）4．6 x. 附＝一36．63x〃十4．984. ＞. 4．4. 4．2. 0. 0．006. 0．012. 0．018. 0．024. 1x（A）図皿一4. D−FF IC（SH74HC574）の出力電圧一出力電流特性（出力rH」時）一17一.

(21) 第3章各部の回路. 0．4. 府＝24．46×血十0．002. 0．3. （＞）0．2. x. ＞ 0．1. 0≒ 0. 0．004. 0．008. 0．012. 0．016. 1x（A）図皿一5. D−FF IC（SH74HC574）の出力電圧一出力電流特性（出力rL」時）. 一18一.

(22) 第3章各部の回路. （2）D＋F1Cの出力抵抗を考慮したR−2Rラダー形回路の出力電圧求めた出力抵抗を用いて，図皿一6に示すD−FF ICとR−2R形ラダー回路から，理論的な出力電圧を求める。この出力電圧は式（3．1）で示すように，各bit（a7∼a0）に表れる電圧（Va7∼Va0）. を算出し，1個のディジタルデータ（例えば”10000000”）の状態に対応して出力電圧（Vbut）を. 求める。なお，W7∼物0の電圧を算出するために，あるbitに表れる電圧（Vax）とおく。まず，図皿一7より，出力する抵抗（2R＋Rx）を取り除き，その両端に表れる開放電圧（Vo）を求める。. 次に，図皿一8より，電源を取り除いた状態の合成抵抗（Ro）を求める。WとRoを式（3．2）と式（3．3）に示す。なお，D−FFの出力抵抗を，rH」かrL」の状態によって出力抵抗（RH，RL）が変. 化するのでRxとする。最後に，図皿I−9に示すように，求めたVbとRoを電源と内部抵抗に置き換え，2R＋Rxを直列に接続し，この回路から2R＋㎞に流れる電流（I）求め，Vaxを算出する。 IとVaxを式（3．4）と式（3．5）に示す。以上の計算をVa7∼Va0の電圧が求まるまで繰り返し，. 式（3．1）に代入して，ディジタルデータに対応したVoutを求める。なお，ディジタルデータが 255個あるため，計算にはコンピュータを援用した。. 吻〃C＝物7×α7＋吻6×α6＋物5×α5＋物4×α4＋物3×o3＋吻2×α2÷物1×α1＋物0×α0. 式（3．1）. 吻＝ノδx（2五十鮒）. 式（3．2）. 2次×（2五十沢x）. R0＝. ∫＝. 式（3．3）. 十五（2R＋2仏ル）. 吻. 式（3．4）. （沢。＋2五十地）式（3．5）. 吻x＝∫x（2次÷ル）. 一19一.

(23) 第3章各部の回路. RH. 1. 1. R. 0. RH. 1. RL. RH RL. RH RL. Vcc. RH RL. RH RL. RH RL. RH RL. a7. 2R. Vout. R a6. 2R Va6. 0. 1. R a5. 2R Va5. 0. 1. Va7. R a4. 2R Va4. 0. R 1. a3. 2R Va3. 0. R 1. a2. 2R V白2. O. 1. R a1. 2R Val. 0. R 1. 0. a0. 2R Va0. 2R. 図皿一6. D−FFICの等価回路とR−2R形ラダー回路. 一20一.

(24) 第3章. 各部の回路. Ia. Vo. RO. 2R＋Rx. Vcc. 図皿一7. 開放電圧（Vo）を算出する回路. R. R0. R. 2R＋Rx. 2R＋賊. 図皿一8. 2R＋Rx. ．．．. 合成抵抗（Ro）を算出する回路. I. Vax. 2R＋Rx. RO. Vo. 図皿一9. あるbitの出力電圧（Vax）を算出する回路. 一21一. 2R.

(25) 第3章各部の回路. 計算した結果と実測値を比較したものを図皿一10に示す。計算値を100Ω以下にすると出力電圧が脈動し，実測値どおおむね一致していることがわかる。しかし，計算値と実測値の出力電圧. に差が見られる。これは，D冊1Cが出力する電流一電圧特性の非線形性に原因があると考えられる。実験で求めた出力抵抗は，限られた範囲から出力する電流一電圧特性の直線の傾きで求めている。しかし，0V∼5Vの範囲での出力する電流一電圧特性は非線形状であり，D−FF lCに流れる電流によって出力抵抗が変動する。この変動により，出力電圧に差ができていると考えられる。. 5. ノ計算値（R＝100Ω）．、〆. 4 R＝10Ω. （ ≧ 出. 3. 牌一R. 2 計算値（R＝10Ω）. …目. 一一土. 0. @. R＝100Ω. ．．グ. 0. 50. 100. 150. 200. 250. ディジタルデータ図皿一10 実測値と計算値の比較. （4）まとめ. 脈動を除去するためには，D−FF lCの出力抵抗に比べて十分大きい抵抗を使用してR−2Rラダー. 形回路を組めばよい。実際，Rの値を1kΩ以上にすると，計算値・測定値ともに脈動が見られなくなった。本装置では，後段のオペアンプの人カインピーダンスの影響を考慮し，測定の誤差が. 1％以内となるようにRの値を10kΩとすることにした。この誤差1％の基準は，R−2R形ラダー回路に使用されている金属皮膜抵抗の誤差とした。. 一22一.

(26) 第3章各部の回路. 3．2電圧バッファ部1ボルテージホロワの入出力特性電圧バッファ部において，D／A変換部の出力した電圧が測定部の影響を受けないように，入出力Rai1toRailオペアンプ（TLV2462CP）で，ボルテージホロワ回路を構成している。この回路の入出力特性を実際に評価した。. 3．2．1実験方法（無負荷状態）. 電圧バッファ部の入出力特性を評価するために，図皿一1のD／A変換回路に無負荷状態のボル. テージホロワ回路を接続した図皿一11の回路を製作した。R−2Rラダー形回路のRの値を10kΩ とし，パーソナルコンピュータ（PC）からUSB−IOを介してディジタルデータを送り，D／A変換部からO∼5Vのアナログ電圧を出力させる。このD／A変換部の電圧を入力電圧とし，ボルテージホロワ回路から出力した電圧をディジタルマルチメータ（ADCMT7351E）で自動測定した。なお，オペアンプの特性にばらつきがあるので，同じ型番の4つのオペアンプを使用した。 SN74HC754 VC⊂. PO O Po・1. P02 P03. 2 DO 3 4 D1 5 6 D3D2. 20. Q0 Q1. Q2 Q3. POそ. 7. Dそ. Q4. P05 PO．6. 8. D5 D6. Q5 Q6. P07. P10. 9. D7. 19 18 17 i6 15 14 13 12. Q7. 20k. 8 TLV2426CP 3 ＋ 1 2＿ 10k 4. VOut. 20k. 10k 1. 11CK 籠. 20k. 10. 十. GND P12. 。。。 20k. V ADCMT7351E Digital Multimeter. 10k. 20k. 10k ．. 20k. 1Ok. 20k. 1Ok. 20k. 20k. 図皿一11 電圧バッファ部の実験回路（無負荷）. 一23一.

(27) 第3章各部の回路. 3．2．2理論値の計算. 電圧バッファ部の理論的な入出力電圧の値は次式で表される。. 〃固η＝万x一. （3．6）. 256. 吻〃高小×ηη. （3．7）. VinはD／A変換部の出力電圧を示しており，Eは電源電圧5V，nは0∼255のディジタルデータである。怖utは電圧バッファ部の出力電圧を示しており，Avは増幅度である。なお，ボルテージ. ホロワ回路の増幅度は1倍である。nの値をO∼255まで変更させながら，理論的な入出力電圧を算出した。. 3．2．3測定結果. 図皿一12に，実験回路の測定結果と理論値の計算結果を示す。Voutは4．9636V，Vinは4．9592V まで出力されているのが確認できた。なお，オペアンプによる特性の違いは見られなかった。. 5. （＞ 3 二. 一一ﾀ測値計算値. ＝5 2. ◎. ＞. O. 0. 1. 2. 3. 4. Vin（V）図皿一12 電圧バッファ部の入出力特性（無負荷）. 一24一. 5.

(28) 第3章各部の回路. 3．2．4考察. 電圧バッファ部の無負荷状態おける入出力特性は，外部電源を用いずにVin，Voutともに4．96V. まで出力されていることがわかった。また，同じ型番の3つのオペアンプも4．96Vとほぼ同様の結果が得られた。測定結果の出力電圧をデータシートに記載されてい一る25℃での出力電圧と比較してみたところ，4．9Vと同様の値とな？た。2〕。. 3．2．5実験方法（負荷状態）. 電圧バッファ部の負荷状態の入出力特性を測定するため，1OOΩ∼900Ωの負荷抵抗（Rx）を接続した。図㎜一13に実験回路図を示す。実験の方法は，3．2．1と同様である。. SN7そHC754 VCC. 0・. 2. 0・1. P02. 20 ヨ. 5. そ. DO. D1. D2. 20k. 9. Q0. 8. Q1. Q2. 7. 6. P03 6D3 Q4Q34 5 P04 7 D4 P05 8D5 Q5 3 P06 g D6 Q6 2 P07 D7 Q7. 10k. TLV2426CP 8. 3 ＋ 1 2. ㎞. 20k. 1Ok. P1，0 11CK 匪. 20k. 1o. GND Pi2. Vout. そ. 1Ok. 20k. y. 十. ADCMTフ351E. Digital Mu1timeter. 10k. 20k. ユOk. 20k. 工Ok. 20k. 1Ok. 20k. 20k. 図皿一13電圧バッファ部の実験回路（負荷）. 一25一.

(29) 第3章各部の回路. 3．2．6測定結果. 図皿一14に負荷抵抗を種々変化させたときの測定結果を、特性が比較しやすいように，電流一電圧特性の関係で表した。負荷抵抗値が低くなるにしたがって，出力電流（lout）が飽和しているのがわかる。図皿一15に，入出力電圧特性の測定結果を無負荷状態と比較して示す。負荷状態. のVinは5Vまで出力されているのが確認できる。一方，Voutは4．7V付近で出力電圧が飽和していることがわかる。また，同じ型番の3つのオペアンプも同様の特性を示した。. 45. 40. 一100 Q00 ・・一・. 35 400. ∼ ε. 二 …；. 口. 30. □500 ・600 −700 □800. 25. 20. 900. 15. 10 5. 0 0. 1. 2. 3. 4. Vin（V）図㎜一14. 電圧バッファ部の電流一電圧特性（負荷）. 一26一. 5.

(30) 第3章各部の回路. 5 無負荷. （＞ 3 盲. 負荷（300Ω）. 冒. ＞2 0. 0. 1. 2. 3. 4. 5. Vin（V）図皿一15 電圧バッファ部の測定結果（負荷）. 3．2．7考察. 図皿一14より，負荷抵抗300Ωで4．5Vで20mA以上の電流を流すことができた。しかし，800 Ω以下の負荷抵抗において，出力電圧が飽和する現象が見られた。この出力電圧が飽和する原因. は、入出力Rai1toRailオペアンプ（TLV2462CP）の出力抵抗での電圧降下によるものと考えられ. る。ただし，この出力抵抗はオペアンプ内部3〕の出力投MOSFETのドレインーソース間抵抗であるため，流れる電流値に依存する。よって，この電流値をあらかじめ設計に加える必要があるが4），オペアンプ（TLV2462CP）の内部回路が公開されておらず，’これらを考慮して設計に加え. るのは困難である。そこで，出力電圧と飽和が始まる電流値（飽和電流値）との関係を実際に測定し，飽和電流値を多項近似で電圧の関数として表した。出力電圧と飽和電流の関係を図皿一13 の回路で，値の明確な抵抗（Rx）を接続し種々変更させながら，ディジタルマルチメータで測定した。その結果とオペアンプの25℃で「H」レベル時の電流一電圧特性のデータ5）を図皿一16 に示す。非直線性が類似しており，この測定結果は妥当であるといえる。以上の測定結果から求めた電圧の関数を式（3．8）に示す。本装置では求めた電圧の関数をもとに，ソフトウェアを用い. て問題を解決することにした。具体的には，測定時に電流が飽和レベルを超えた場合，電圧が5V. 一27一.

(31) 第3章. 各部の回路. に達していなくても電圧を減少させるルーチンに移行するようにプログラムを改良した。なお，本装置のソフトウェアで用いた電圧の関数は，5％ほど測定データをカットするようにした。補正した関数とその測定結果を式（3．9）と図皿一17に示す。. ∫＝＿0，742×γ3＋＿0．9863×γ2＋0．4573x17＋113．1. 式（3．8）. ∫＝＿0，742x，73＋＿O．9863xγ2＋014573×一7＋108．566. 式（3，9）. 160. データシート. 140. （く120 ξ ’100. 煤. 脚80 便60. 実測値. 屈. 40 20 0 0. 1. 2. 3. 4. 出力電圧（V）図皿一16. 出力電圧と飽和電流の関係. 一28一. 5.

(32) 第3章各部の回路. 5. 4. 改善後. ＼. 93. 改善前. 言 …；. ＞2. 0 0. 1. 2. 3. 4. 5. Vin（V）図皿一17 関数を補正した測定結果（300Ω）. 3．3電圧増幅部：オフセット電圧. 電圧増幅部では，測定部の直列抵抗の電圧を増幅するのだが，USBの電源が5V単電源であるため，入出力Rai1to Railオペアンプ（TLV2462CP）で，非反転形増幅回路を構成している。一般的にオペアンプによる増幅回路は，オフセット電圧の影響を考慮しなくてはならず，誤差の原因ともなる。ここでは，本測定装置の回路において，オフセット電圧の影響を調査し，その改善を行った。. 3．3．1案験方法. 非反転増幅回路の出力電圧を測定するために，図皿一18の実験回路を製作した。この電圧増幅. 部の入出力特性を評価するため，測定部に300Ωの抵抗（Rx）を接続し，D／A変換部の出力電圧（Vin）と電圧増幅部の出力電圧（Vbut）の関係を調べた。直列抵抗がlOΩであり，電圧増幅度. が31倍であるため，理論的には両者の電圧は等しくなるはずである。なお，電圧増幅度が301 倍の場合は，3kΩの抵抗（Rx）を接続した。測定方法は，R−2Rラダー形回路のRの値を10kΩとし，パーソナルコンピュータ（PC）からUSB−IOを介してディジタルデータを送り，D／A変換部. 一29一.

(33) 第3章各部の回路. から0∼5Vまで出力させる。このD／A変換部の電圧を入力電圧とし，」非反転増幅回路から出力し. た電圧をディジタルマルチメータ（ADCMT7351E）で自動測定した。ここでも，同じ型番の4 つのオペアンプについ亡測定した。. TLV2462CP 3 2. T1＿V2462CP. 十 1 欧. 5. I. 心. →； 7. VO∪t. 一. Ii. If. Rf. Vf. Vin V10. V. 10. 十. 一 ADCMT7351E A D19ital Multimeter Di. Ia. Ra. Va. ユ図皿一18電圧増幅部の実験回路. 3．3．2理論値の計算. 電圧増幅部の理論的な入出力電圧の値は次式で表される。. 吻〃C＝ノvx−710. （3．10）. 研. 小＝（1＋一）沢α. 五10. γ10＝（. （3．11）. ）×吻. （3．12）. 沢10＋ル. Ψ ”0 π0〃＝（1＋一）X（）×吻沢α. （3．13）. 沢10＋伽. Voutは電圧増幅部の出力電圧をAvは電圧増幅度である。式（3．12）のV10は直列抵抗（10Ω）から発生した電圧を示しており，式（3，6）のVinを分圧して求めている。式（3．13）は式（3，10）に式（3．l1）と式（3．12）を代入したものである。なお，オペアンプの入カオフセット電圧（Vi）や入カバイアス電流（Ii）の値は無視した。. 一30一.

(34) 第3章各部の回路. 3．3．3測定結果. 図皿一18に，増幅度が31倍の実験回路の測定結果と計算値を比較して示す。オペアンプ（OP1 ∼OP4）のオフセット電圧の影響が最大0．05Vあることがわかる。次に，増幅度が301倍のときの測定結果を図皿一19に示す。こちらは，計算値との差が最大0．6Vであった。TLV2462CPのデータシートより，25℃でのオフセット電圧は，2000μVである2〕。増幅度が31倍の場合，オフセ. ット電圧の計算値はO．062Vであり，301倍の場合は0，602Vであるため，測定結果とほぼ一致している。. 0．20 一、．. （＞竜コ. 0. ／. 0P4. 0．15. OP3. ㎜＼・・／. 0，10. 計算値. ＞. 一．ノ. 0．05 OP1. ／ 0．00 0，00. 0，05. 0，10. 0．15. Vin（V）図皿一18 増幅度31倍の測定結果. 一31一. 0．20.

(35) 第3章各部の回路. 0．8. （＞盲. 0．6. ＞. 0．4. コ ◎. 計算値 0．2. 0 0. 0．2. 0．4. 0．6. 0．8. Vin（V）. 図皿一19増幅度301倍の測定結果. 3．3．4考察. 図皿一18，図皿一19より使用するオペアンプによりオフセット電圧の値が違うことがわかる。このオフセット電圧のぱらつきは，入力部の内部にあるトランジスタや抵抗の特性に，ばらつきがあるためである6）。まず，オフセット電圧の小さい単電源動作する入出力Rai1toRailオペアンプを使用した場合を考える。表m−1と表皿一2は、オフセット電圧を無視した電圧の値（理想値）と各オフセット電圧（Vi）の最大出力電圧（Wut）を計算し，その誤差を比較したものである。. Vinを5V，Avを31倍と301倍，V10を㎞が300Ωと3kΩのときの値とし，Viを含めたVoutの計算を式（3．14）で求めた。なお，2mV，1mV，0．5mVは，市場で入手できる入出力Rai1to Rail オペアンプのオフセット電圧を参考にしている。. （3．14）. 脆〃C＝■4v×（一／10一η）. 一32一.

(36) 第3章各部の回路. 表皿一1. 理論値によるオフセット電圧を変化させたときの誤差（31倍） Vi 2（mV） 1（mV） O．5（mV）理想旦との（V） 0．062 0．031 0．0155 誤差（％） 1，24 0，62 0．31. 表皿一2. 理論値によるオフセット電圧を変化させたときの誤差（30I倍） Vi. 理想値との（V）誤差（％）. 2（mV） 1（mV） 0．5（mV） 0．602. 0．301. 0．1505. 12，04. 6，02. 3．01. 以上の結果より，31倍の場合，Viが1mV以下であれば，誤差が1％以内に収まることがわかる。しかし，増幅度が301倍の場合，Viが0．5mV以下であっても，誤差が1％を維持できないことがわかった。そこで，抵抗の電流一電圧特性を測定することによりオフセット電圧を求め，それを利用して測定値を補正するようにプログラムの改良を行った。. ＜文献〉. 1） Texas Instruments，Input lmd Output Characteristics of Digita1Integrated Circuits at5−V Supp1y. V〕1tage，p10，SZZA008． 1999. 2）Texas Instruments，TLV2462FAMILY OF LOW−POWER RAIL−TO−MIL INPUT／OUTPUT. OPERATIONAL，p9，SLOS220J，］UUr1998−R￡VISED，FEBRUARY2004 3） Texas Instruments，App1ication Report，p3，SLOA039A， 1999. 4）渡辺嘉二郎，中村哲夫，rアナログLSI設計の基礎」，p138，オーム社，2006. 5）Texas Instruments，FAMILYOF LOW−POWERRAIL−TO−MIL1NPUT／OUTPUTOPEMTIONAL. AMPLIFIERSWITH SHUTDOWN，p13 6）川田章弘，「oPアンプ活用成功のかぎ」，cQ出版株式会社，PP106−107．2009. 一33一.

(37) 第4章システム全体の評価. 第4章システム全休の評価第3章では，各部の回路の検討をし，測定精度を高めるための最適化を行った。この章では，本装置のシステム全体を評価した。. 4．1全体の回路図. 図1V−1に全体の回路図を示す。具体的な抵抗値を表示しており，D−FF IC（SN74HC754）と. A／1）変換IC（ADC0804LCN）はUSBインタフェース用マイクロコントローラ（CY7C63001A）IC に接続しており，各ポート（P0．O∼Pl．3）からはUSB−IOの回路図と同様である。この回路図か. ら製作した本装置を図1V−2に示す。本装置で使用した電子部品は，縦72mm，横95mmのユニバーサル基板上で製作することができた。縦80mm，横工08mm，高さ32mmの大きさのケースに基板を入れている。入出力Rai1toRailオペアンプ（TLV2426CP）は2つ入りのICを使用しており，測定部には，電子部品を接続するために，複数のターミナルを設けている。また，回路が短. 絡したときのために，ポリヒューズを設置し，コンピュータを保護している。本装置にかかる部品代は3000円ほどである。. 犠蝋、妻 20. ＋. m1 兀皿・ 20k. Po11. P．2 P Po14. DO QO 01 Q1 D2 Q2 D3. qヨ. 説. Q4. P. D5 D6 D7. P1．. 〔K. P． Po1フ. 20k. Q5 Q6 Q7 20k. 歴. 10k. T㌣2伽P. 舳 4. 工帥芋㎜他. 10k. ．1 P1．3. 10. GND PI．2. SN74HC754. 10k. 8. 1Ok. ・Tし㌢㈹ 4. 10. 20k. INTR. D32 16. 、、、、、日ヨ. V−N−. Po．. PO．1. P．. D日→ Po．4. 1k. ＾OND 10k. CLKR. DBO （Ls3〕 4⊂LK州 D31. 韻■腱対象 tk. 20k. RO WR. ヨOk. DB5. VR肝ρ. D日6. DG咄D DB7 ｛同s日〕. 2砒. ヨ。ok. 10k. 20k. 1眺. 20k. 20k. 図1V−1全体の回路図. 一34一. PO．5. P．．プ.

(38) 第4章システム全体の評価. 図1V−1電流一電圧特性測定装置. 4．2測定速度. 本装置の測定速度は，時間を取得するため関数を用いて制御プログラムに記入し計測した。具体的には，測定を開始した時間と測定を終了した時間を取得し，これら時間の差を求め，結果を. 自動的に表示するようにした。結果，電圧が5Vまで出力されるか，ディジタルデータが255ま. で出力された場合，測定時間は20秒かかる。発光ダイオードでは，赤色が9秒，青色で18秒を要している。これは，出力電流の違いによるもので，赤色は青色よりも出力電流が17mAに達するのが早いためである。なお，増幅度による測定速度の違いは見られなかった。. 4．3測定精度. 測定精度を確認するために，本装置で測定した電流・電圧とディジタルマルチメータ（ADCMT7351E）で測定した電流・電圧を比較し誤差を算出した。なお，本装置では電圧値と電流値を連続的に算出するので，ある一定の電圧を出力し電子部品に加わる電圧値と電流値を求めるプログラムを作成した。これを用いて，値の明確な抵抗を本装置に接続し，3Vを出力し電流値. を測定している。ディジタルマルチメータでは，正確な抵抗値と本装置に3Vを出力させた状態で抵抗を接続し，そこに加わる正確な電圧値を測定した。電流値は，抵抗値と電圧値を用いて求める。. 31倍と301倍の電流の測定結果を，それぞれ表1V−1と表1V−2に示す。本装置の総合的な誤差は，31倍のlkΩ以外はすべて±1％以内となった。この1kΩは，Aの変換の量子化による誤差ではないかと考えられる。そこで，電流の最大誤差である1／2LSBの精度（1．m、）を式（4．1）で求. めた。V、。fは参照電圧（5V）を，Avは増幅度（31倍）を，R10は直接抵抗（10Ω）を示す。計算. 一35一.

(39) 第4章. システム全体の評価. した結果，±0．0315mAであったので，この値をもとに，ディジタルマルチメータの値を補正した。. 表1V−3に示すように，誤差が±1％以内となるので，量子化による誤差であるといえる。. ㌦一 m・ノ島、。左6. 式（、、）. 増幅度を31倍と301倍にしたときの出力電圧を測定した。結果を，それぞれ表1V−4と表1V− 5に示す。31倍，301倍ともに大きな誤差はなく±1％以内の精度が確認できる。評価した測定点が少ないが，本装置に使用されている電子部品による誤差を考慮しても，測定する電流値・電圧値が1％以内の誤差であることは，精度が高い装置といえる。. 増幅度31倍（電流）. 表1V−1. 300. 抵抗（Ω）. 560. 1k. 電流一電圧特性装置（mA）. 10．035. ディジタルマルチメータ（mA）. 9．967. 5．364. 2．999. 0．68. 0．17. 1．37. 誤差（％）. 5．373. 増幅度301倍（電流）. 表1V−2. 3k. 抵抗（Ω）. 電流一電圧特性斗置（mA）. 10k 1．002. ディジタルマルチメータ（mA）. 0．998. 誤差（％）. 0．40. 表1V−3. 3．04. 20k O．302. 0．152. 0．3. 0．151 0．66. 0．67. 増幅度31倍（補正電流）. 抵抗（Ω）. 電流一電圧特性装置（mA）補正値（mA）. 3，04. 3．030. 誤差（％）. 表1V−4. 0．33. 増幅度31倍（電圧）. 300. 抵抗（Ω）. 電流一電圧特性装置（V）. 3．005. ディジタルマルチメータ（V）. 2．982 0177. 誤差（％）. 表1V−5. 560 2．993. 2．997. 2，995. 2．979. −O．07. 0．60. 増幅度301倍（電圧）. 抵抗（Ω）. 電流一電圧特性装置（V）. 2．998. 3．005. 3．006. ディジタルマルチメータ（V）. 2．982. 2．989. 2．997. 誤差（％）. 0．54. 一36一.

(40) 第5章. 電流一電圧特性の測定例. 第5章電流一電圧特性の測定例第4章では，本装置のシステム全体について評価を行った。この章では，本装置を用いて実際に電子部品の電流一電圧特性を測定した例を示す。. 5．1発光ダイオードの立ち上がり電圧発光色の違う複数の発光ダイオード（LED）を用いて31倍の増幅度で測定を行った。結果を図 V−1に示す。発光色の違いによって，立ち上がり電圧が変化している様子が明確にわかる。. 16. 14. 赤（HLMP−C115）. 12. （〈 10 ε. 煤胸. 8 6. 4. ＼. 緑（E1L51−3GOA2）. 2. 青（E1L51−3BOA2）. 0 0. 1. 2. 3. 4. 電圧（V）図V−1. LEDによる立ち上がり電圧の比較. 一37一. 5.

(41) 第5章. 電流一電圧特性の測定例. 5．2光センサの評価. フォトトランジスタ（PT380）の電流一電圧特性を異なる光強度で測定した。光源には白色LED. を用いており，増幅度を301倍にしている。測定結果を図V−2に示す。光強度に比例して光電流が増加している様子がわかる。. O．8. （くO．6 ε. ）煤0．4 脚 0−2. O 0. 2. 1. 3. 4. 電圧（V）図V−2. 光強度に対する電流の特性. 一38一. 5.

(42) 第5章. 電流一電圧特性の測定例. 5．3検波用ダイオードの評価. 図V−3は，増幅度31倍で測定した，ゲルマニウム（Ge）ダイオードとシリコン（Si）ダイオー一. hの電流一電圧特性である。ラジオなどの検波用に用いられるGeダイオードの立ち上がり電. 圧が低いことがよくわかる。このように，検波用ダイオードの評価にも用いることができる。. 16 14. Si（1S2076A）. ＼. 12. （く. E10. ）. 煤8 嘔曲 6 4. Ge（1N60）. 2 0. 0. 0．5. 1. 1．5. 電圧（V）図V−3. 検波ダイオードの評価. 一39一. 2.

(43) 第5章電流一電圧特性の測定例. 5．4プランク定数の測定実験複数の発光ダイオード（LED）の立ち上がり電圧と発光波長から，プランク定数を求める実験が行われているユ）。従来の方法で同様の実験を行う場合，ある発光ダイオードの電流・電圧を測定する回路を製作し，直流電源を変更させながら，電流計と電圧計で測定しなければならない。また，測定データをもとにグラフ化して立ち上がり電圧を求めるので時間と手間を要する。さらに，複数の発光ダイオードを同じ手順で繰り返し作業する必要もある。一方，本装置を用いれば，. 発光ダイオードを接続するだけで電流・電圧が測定でき，グラフ化も同時に行うため，測定の手間と時間が短縮することができる。. プランク定数（h）は，LEDの発光振動数（v）と光エネルギー（E）の比例定数（E＝hv）である。vはLEDのデータシートに記載されている発光波長（λ）の値と真空中の光速（c）からv＝cノ. λの式により求めた。Eは，電子の電荷（e）とLEDの立ち上がり電圧（VF）との積からE＝eVF で求めた1）。なお，ここでのVFは，電流値が1．5mAのときの電圧とした。測定結果を表V−I と図V−4に示す。図より直線の傾きは6．5×1O■34（J・s）となり，実際のhの値である6，626× 10．34（J・s）と非常に近い値が得られた。. 表V−1 各LEDの測定結果色圭胃. LED MV8B01. 縁黄橦. TLOH157P. 赤. HしMP−C115. E1L51−3GOA HLMP−C323. 主R. E1L51−3BOA. 縁黄橦. HLMP−C623 HLMP−C323. TLOH180P. 赤. HLMP−C215. 波長（nm）振動数（PHz） VF（V）. 430 530 583 612 645 475 558 583 612 635. ．40∵. 0．697. 3．425. 0．566. 2．85. 0．514. 1．825. 0．490. 1．79. 0465. 1．6. 01631. 2．84. 0，537. 1．9. 0．514. 1．825. 0．490. 1．7. 0．472. 1．79. ・V。（・J）. 0．548685 0．45657 0．292365 0．286758 0．25632 0．454968 0．30438 0．292365 0．27234 0．286758.

(44) 第5章. 電流一電圧特性の測定例. 0．6. h＝6．5x10−34（J・s）. 黄. （「. 。。. 令一. 鍵禽. 0．4. T・. O F. 青. 赤. ×. …｝. ）. 」 0−2 ＞. 緑. o. 0．O 0．0. 0．2. 0．4. 0．6. 0．8. 振動数（×1015Hz）図V−4 プランク定数. ＜文献＞. 1）根本和昭，「LEDを用いたプランク定数の測定実験」，pp545−547，物理教育，第49巻，第6. 号，2001. 一41一.

(45) 第6章 A／D変換部の検討. 第6章 A／D変換部の検討開発した本装置では，製作時間短縮のため，A／D変換部に市販の専用ICを使用していた。しか. し，汎用の電子部品でAD変換部を構成できれば，更なる低コスト化が期待でき，AD変換の仕組みを理解することにも役立つと考えられる1〕。ここでは，このようなA／1）変換器を試作した結. 果について報告し，本装置のAの変換部として使用することの可能性について検討する。. 6．1＾／D変換器の構成. 本装置のAの変換部では，逐次比較方式のA／D変換ICを用いている。この方式のICは，性能とコストのバランスが良く，計測・制御の分野では，最も広く使用されている2〕。さらに，入力 Rai1toRai1オペアンプを用いた，低電圧動作のAD変換器も開発されている3〕。逐次比較方式は，. アナーグ入力電圧（Vin）がD／A変換器のアナログ出力電圧（怖ut）に一致するまで比較していく帰還を利用した方式4）で，基本的にはD／A変換器とコンパレータ，逐次変換レジスタで構成されている。ここでは，D／A変換器として本装置のD／A変換部と同じR−2R形ラダー回路，また，コンパレータとして本装置で使用した入出力RailtoRai1オペアンプを使用し，逐次変換レジスタの代わりにプログラムで処理を行うAの変換器について検討した。この回路図を図Vl−1に示す。 Vcc. P00 PO．1. 2 3. P02 そ P03 5 6 P0そ. PO．5. P06 POフ. 7 8 9. P1O 1i. DO QO D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D4. D5 D6. Q4. Q5 Q6. Dフ. Q7. CK. δE. i9 18 17 16 15 14 13 12. 20k. 8. 10k. 20k. ＋. 1. P1．1. 4. TLV2462CP 10k. 20k. 、。、・i・1. 74HC574. P12. 20k. 20k. 工Ok. 20k. VCc. 旦Ok. 20k. ”0k…t1 10k. 20k. 図V1−l A／D変換回路. 一42一. DC O−5V. GND.

(46) 第6章 A／D変換部の検討. 電源電圧は5Vであり，この値がA／D変換の基準電圧となる。変換中のディジタルデータに対応するアナログ電圧は，R−2R形ラダー回路のD／A変換器からVoutとして出力される。D／A変換器に接続しているD−FF IC（SH74HC754）は，R−2R形ラダー回路の電流を保障するために設置した。コンパレータは，VinとVoutを比較し，rH」またはrL」レベルの電圧を出力する。なお，. 入力アナログ電圧Vinには，直流安定化電源装置を使用し手動で操作して，0∼5Vのアナログ電圧を出力した。逐次変換のプ1コグラムは本装置と同しくExce1VBAを用いた。. 6，2A／D変換の動作. 処理全体の流れを図V1−2に示す。まず，最上位bitのみr1」となる8bitのディジタルデータ（すなわち”10000000”）をPCより出力する。次に，D／A変換された出力電圧Wutと入力アナログ電圧Vinの両者の電圧をコンパレータで比較し，Voutが大きければ，コンパレータの出力をrL」. にする。反対に，VoutがVinより小さければ，rH」を出力する。コンパレータから出力された信. 号がPCへ入力され，rH」であればrl」を，rL」であればr0」を記憶し，最上位bitが確定する。最上位もitから順に各bitに対して行い，最下位bitが決定するまで続ける。. Vo皿tを出力. Vimを出力. コンパレータで比較 No. Vim＞Vb㎜t. コンパレータから. Lを出力. Yes. コンパレータから. Hを出力 1を記憶. 0を記憶. 怖皿tを加算. 耽㎜tを減算. 図V卜2．A／D変換のフローチャート. 一43一.

(47) 第6章 A／D変換部の検討. 6．3測定システムヘの導入について検討. 試作したA／D変換器を用いて，入力電圧を測定した結果を図W−3に示す。入力電圧を手動で変化させたためサンプル数が少なく，詳細な評価はできないが，大きな誤差がなく変換されてい. るといえる。これを拡大したものを図IV−4に示す。計算値は，5Vを玉000分の1に分割し，ディジタルデータを変換した。実測値を見ると，計算値と近い値を示しているので，ある程度の精度があることが考えられる。しかし，1回のA／D変換に要する時間が約O．13秒であり，これをそのまま電流一電圧特性測定装置に応用すると測定時間が64秒以上となることが予想される。. 250 実測値. 200. 外 1. iト150 一、. 箏狐 100. 計算値. ， iト. 50 0 0. 1. 2. 3. 4. 入力電圧（V）図VI−3実測値と理論値の比較. 一44一. 5.

(48) 第6章. A／D変換部の検討. 10 9. 実測値. 8. “ 一. iト. ミ. 7 6. 5. 、へ. 4. 、. 3. 、ト. 計算値. 2 1. 0 0，00. 0−05. 0，10. 0．15. 0．20. 入力電圧（V）図珊一4. 実測値と理論値の拡大. く文献＞. 1）但馬文昭，武澤隆，「プリンタインタフェースを使用した計測制御教材用A／D変換装置」，横浜国立大学教育紀要，No34，pp87−94．1994 2）米山寿一，「図解A／Dコンバータ入門」，オーム社，p82．1993 3）升井義博等，「1V動作Rai！toRai1入力逐次比較型AD変換器」，電子情報通信学会信学技報， pp1−5． 2004. 4）相良岩男，r〃D・D／A変換回路入門第2版」，日刊工業新聞社，p166．2003. 一45一.

(49) 第7章結論及び今後の課題. 第7章結論及び今後の課題本研究では，比較的低価格でパラレルのディジタルデータを容易に入出力できるインタフェースを用いて，電流一電圧特性測定装置を試作し，各部の回路の検討・評価を行った。結果，低コスト（部品代3000円程度）で高精度かつ小型の電流一電圧特性測定装置を開発することができた。. これは，外部電源なしで，電圧を5V，電流を17mA程度まで出力し，最大電圧の場合，20秒ほどで測定することができる。本装置の各部の回路について検討を行った結果，得られた知見は以下のとおりである。. （1）R−2Rラダー形D／A変換回路におけるRの値は，前段（D−FFIC）の出力抵抗値を考慮しなけ. れぱならない。Rの値を100Ω以下にすると出力電圧が脈動し，1kΩ以上にすると，5Vまで出力することが確認できた。本装置では，後段にあるオペアンプの人カインピーダンスの影. 響も考慮し，Rの値をlOkΩとした。（2）バッファ回路において，入出力Rai1toRai1オペアンプの出力電流が飽和することを考慮しな. けれぱならない。そこで，入出力Rai1toRailオペアンプの出力電圧と飽和が始まる電流（飽和電流）との関係を実際に測定し，飽和電流を多項近似で電圧の関数としてあらわした。この関数を用いて，プログラムを改良し飽和現象を解決した。（3）増幅回路において，入出力RailtoRai1オペアンプのオフセット電圧の影響が現れる。オフセ. ット電圧は，使用するオペアンプによって値が違うため，抵抗の電流一電圧特性を測定することで値を求め，測定値を補正するようにプログラムを改良した。（4）A／D変換部を改良できる可能性を見出した。詳細な評価は行えていないが，大きな誤差なく変換することを確認した。. 以上から，各部の回路について検討することで，誤差が1％以内の精度の高い測定装置を開発することができた。また，汎用の電子部品でA／1）変換回路を製作することにより，本装置の更なる. 低コスト化とAの変換の教材として使用できるという有用な指針を得ることができた。今後は， A／D変換の詳細な評価と，本装置への導入を検討する予定である。. 一47一.

(50) 本研究に関連する学会発表等. 第2章電流一電圧特性測定装置の概要第4章電流一電圧特性の測定例題目「コンピュータを用いた簡易な電流一電圧特性測定装置の開発」. 2008年12月，日本産業技術教育学会近畿支部第25回研究発表会（滋賀）にて発表目本産業技術教育学会近畿支部第25回研究発表会講演論文集，pp．17−18. 第3章各部の回路第4章電流一電圧特性の測定例題目r8ビット電流一電圧特性測定装置の開発」. 2009年9月，応用物理学会応用物理一般ポスターセッション（富山）にて発表第70回応用物理学会学術講演会講演予稿集，p．418.

(51) 謝辞本研究の遂行ならびに本論文をまとめるにあたり，懇切なるこ指導を賜りました兵庫教育大学大学院学校教育研究科教授小山英樹先生，同准教授森山潤先生，には深く感謝し，心からお礼を申し上げます。そして，本論文の作成にあたり，有益なるこ助言を賜りました兵庫教育大学大学院学校教育研究科特任教授松浦正史先生に心から感謝いたします。. また，池田垣稔氏，上之園哲也氏，松浦幹雄氏，平井倫子氏，川上達大氏をはじめ技術・情報研究室の院生・研究生の皆様には，ご協力ならびにお力添えをいただいたことを感謝申し上げます。. 平成21年12月21目池田政也.

(52) 資 1．使用方法 2、プログラムリスト. 料.

(53) 1．使用方法. ①本装置をパーソナルコンピュータに接続する ②. Excel VBAを起動する. ③. シート上に図1のユーザーフォームが表示される. ④. オフセット電圧を調整するために，本装置に抵抗（lkΩ）を接続する. ⑤. ユーザーフォーム上の増幅度を31倍か301倍に設定する. ⑥. オフセットのボタンをクリックする. ⑦基板上の増幅度を切り替えるためのスイッチを，ユーザーフォーム上の増幅度に対応じて変更する。このとき確認のフォームが表示されOKを押す。. ⑧図2のように，オフセット調整シートとグラフが自動的に作成され，測定を開始する。. 電子部品を本装置に接続する他のシートをアクティブ状態にする基板とユーザーフォームの増幅度を設定する測定ボタンをクリックするタイトル名を記入する. 図3のように，グラフが表示され，タイトルと測定データが書き込まれる. 続けて測定するときは，④∼⑧のオフセット電圧分の補正が不要である。電子部品を付け替え ⑨∼⑭の工程を繰り返せばよい。測定ごとにグラフを作成することはなく，測定データがセルに書き込まれていくと同時に，グラフにも書き込まれていく。. ∵す∵…下T1．．1．．．．J. 図1測定のためのユーザーフォーム. ・1・.

(54) D. A．．．. e．．．．．G. 1買．1倍．．写q．借．．. ・竜田V〕電流｛十ん、竜田V〕」一. 0. 0. 一q．、016日4104日. 0．．. 00．0195章1. 5． O．039063. 0 0038巳68. ．6. 一．P．01．．草．2そ36S4．. 0．. O，019531. ．．．．一．一一一．. q，. O．019466 q，P38933. 0．057964 0．063004 0．058204．. O・0η495p・P明0P4．O・Pη54プ. 0．0葦．日3．99．．．. ．．P．．O草70260，P明qOそ．．1．．O．P9．6日7日．；．. ．．．q．．P7．7．日6事．・. O．097332 P．116798. ．9 0．「15927 0．12600巳一0．116214 0．135459 0．12600冒一0，135章51．．．」．. 0．15499 0．12600日 0，154日87．．. 0．173891 0．189012 0．174224 0．193422 0．1日9012 0．193561. 0．155731＝ ρ、1751，97. O．4. 1．4 ≡O，212954 0．189012 0．212897. 0・19欄4. 0．2324日5 0．1日9012 0．232169. 0．220619｝＝. 0．25「3日6 0．252016. 0．233596. 0．25157. 17 0．270917 0．252016 0．270907 1β ．0．290449 0．252016 0．290243 0．．3093与. 0．328381. O．31502. ｛O．3. 0．253063 0．272529. 0．309515. 鐘O・2. 0．1. p．29848一．. 0．31502．0−328日52. o. O．31フ951. 0．2. 0．34B4121 0．3150210．348188．. 0．草37417−. ……1買・……二…1：＝冥鷲…二1買・…9：………一. 0・356旦日31. 0．3. 電圧（V）. （oτ白0E. 図2 オフセット調整シート. 日. ．A ．．．1．．．．．. 560. ，．2．、」．．．．竜田V〕. C. P. 00．000146. ．．一．．．．O．0196η. ．O O．0196η. 0．0385フ9. 6. 0．05811. 0．048383. 0．1113日7 q，07日271. 0．174391 0．097802 0．174391 0．117334. 冒光一電圧特性. q，237395．P．136日6章． 0．23739章． O．156396. 0．3004 0」175927，. 14. 0．36340→O．21そ99. ，15 0．230741. 0．363404 0．234521. 0．2691フ3. 16. 0．3004 0．195459. ．1．｛．．． 021121. 17. 12. ・棚棚岬・1 §10. 一560. ：1灘．．．：1；；；ll；一．．鐘・. ・・赤色LED. ．．．．1．．．旦．．．O．28日Oフ5. 1蔓． 0．306976. p．552416 0．3126｛6−. 2．9．．．．O．326507. 0．552416 ．．q．．3321フ．7. 21. 0．345408. 2ξ．、 O．36494. 23 0．383841 2そ．O．403372. し．. 0. ．1．1．．．．O−1538761. ．．．1草．．．O．2欄42. K. O. ．．．1．．．q．．．．．．．0．13｛345．. 13．．． O．192309. J. 1. 0．05874. 日 O，095912. ．1．．．2．．O，172η7. ．．H．. 0．. O．048383 0．039209. 7．．O．Oη011 ．9．．．． 0．115444. ．．F．．．．． ⊥＿. 雪：流＝mA〕電圧〔V〕電；刷mA）. ．．．3．．P．OO01価. 5. E．．．. 566一舶LED六一色LEb一一一一一一一. 0．61542 0．351709 0．61542. 6. 4. 0．3フ124. 2 0．678424 0．390771 0．678424 0．410302 0. 25．O．422273. 0．フ41428 0．429834. 26．＝O。仙804 2T O，460706 28 0．479607. 0．741428 0．449365−. 0. 2. 1. 3 電圧（V）. 0．日〇一432 0、そ6日日96. 0．867436 0．488427. 図3 測定データの表示. ・2・. 4. 5.

(55) 2．プログラムリスト，＊＊＊＊＊＊十＊去＊＊＊光＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊去＊＊＊＊＊十＊＊＊＊＊＊＊＊＊十＊非去＊＊共＊＊＊＊＊十＊＊半＊＊＊壬＊十十. ’IV測定. ’ 2009年12月 21目. 兵庫教育大学. 他用政也・小山英樹. ・＊＊＊＊＊＊十＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊井＊＊＊＊＊＊去＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊去＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊去＊＊＊＊. Dim TimeStep As Long，Data−NameAs String. Dim DemataNameAs String，DefDataNumAs Integer Dim ice11As Variant，jce11As Variant，jce11＿1As V虹iant. Dim Vbut256As Long Dim V㏄As Doub1e，Vreし2As Doub1e，RserAs Dou1〕Ie. DimAyAs Doub1e，Io雌As Double，I1imitAs Doub1e. Dim ContF1agAs Boo1ean，ComboBoxOKAs Boo1ean Dim mysht1As String Dim ice1しtumAs Integer. Dim mysht2AsWorksheet. 1＊＊＊＊井＊＊赤＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊. ’ 測定開始ボタン 1＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊☆＊＊壬＊. Private Sub ButtonStart C1ickO. Dim DefDataNameNumAs String Dim Vread256As Byte，TempData1As Byte，TempData2As Byte Dim GoUpF1agAs Boo1ean，ILoop As Integ叫memp As II1teger. Dim VbutAs Doub1e，VreadAs Doub1e，IreadAs Doub1e. Dim NSerCo1As Variant. ’舳＊. Iフセット調整用シートがアクティブなときの警告＊舳. IfActiveSheet．Name＝’’オフセット調整”Tben Msg早。x（’’記録用のシートをアクティブにしてください”）. Exit Sub End If. ・3・.

(56) 竦ｳ電流値を取得舳＊. ’＊舳. IfInStr仏pp1ication．Sheets（1）．Name，’’オフセット調整”）＝0Then. Io舐＝0 E1se. IfAv＝31Then Io冊：Worksheets（”オフセット調整’’）．Ra㎎e（’’G21’）．VaIue. E1se Io舐＝Worksheets（’’オフセット調整”）．Ra㎎e（’IG3”）．Va1ue. End If End If. ’舳. fータを記入するセルの番地榊. ice1I＝3 jce11＝1 W上i1e ActiveSheet．Ce11s（1，jce11）．Va1ueく＞’’■1＿. OrActiveSheet．Ce11s（1，jce11＋1）、Va1ueく＞’’”. jce11＝jce11＋1. Wend jce1L1＝jce11＋1. 冊＊シートのセルに空自を記入（グラフ作成のため）＊舳 ActiveSheet．Ce11s（3，jce11）＝’川 ActiveSheet．Ce11s（3，jce1し1）＝’川. I＊舳. fータ名とタイトル舳＊. DefDataNameNum＝DefDataName＆Str（De冊ataNum） DataName＝InputBox（”データ名を入力してください’’，’’データ名の入力’I，. DefDataNameNum） IfDataName＝1’”Then Exit Sub ActiveSheet．Ce11s（1，jce11）．Va1ue＝DataName ActiveShee士．Ce11s（1，jce1し1）．V乞1ue＝DataName ActiveSheet．Ce11s（2，jce11）．Va1ue＝’’電圧（V）’’. ・4一.