特許 6545503 電源装置及び電流−電圧特性測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6545503

(24)【登録日】2019年6月28日

(45)【発行日】2019年7月17日

(54)【発明の名称】電源装置及び電流−電圧特性測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01R 31/00 20060101AFI20190705BHJP

【ＦＩ】

   G01R31/00

【請求項の数】7

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2015-70313(P2015-70313)

(22)【出願日】2015年3月30日

(65)【公開番号】特開2016-191560(P2016-191560A)

(43)【公開日】2016年11月10日

【審査請求日】2018年3月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】504255685

【氏名又は名称】国立大学法人京都工芸繊維大学

(74)【代理人】

【識別番号】100095407

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 満

(74)【代理人】

【識別番号】100109449

【弁理士】

【氏名又は名称】毛受 隆典

(74)【代理人】

【識別番号】100132883

【弁理士】

【氏名又は名称】森川 泰司

(74)【代理人】

【識別番号】100152618

【弁理士】

【氏名又は名称】幸丸 正樹

(74)【代理人】

【識別番号】100174388

【弁理士】

【氏名又は名称】龍竹 史朗

(72)【発明者】

【氏名】萩原 亮

(72)【発明者】

【氏名】藤井 暁大

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 烈

【審査官】 青木 洋平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２９４４４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１３４４３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−２５１６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０６−１０２３１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５４−１５４２７９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電流又は電圧の２系列の時系列パルス信号を出力する電源装置であって、
時間ｔに対して、Ｆ（ｔ）とＧ（ｔ）とは、それぞれの２乗の和が一定値になる条件を満たす関数であり、
ｔを、０を含む予め定められた範囲の連続する自然数をｉ、測定開始時間をｔ_０、予め設定された時間幅をΔｔとした場合のｔ_２ｉ＝ｔ_０＋Δｔ×２ｉ及びｔ_２ｉ＋１＝ｔ_０＋Δｔ×（２ｉ＋１）としたとき、
前記２系列の時系列パルス信号のうち、第１系列の時系列パルス信号のパルス波高値の絶対値はＦ（ｔ_２ｉ）の絶対値と等しい値であり、前記第１系列の時系列パルス信号の各パルスと隣り合う第２系列の時系列パルス信号のパルスの波高値の絶対値はＧ（ｔ_２ｉ＋１）の絶対値と等しい値であり、
前記Δｔは、Ｆ（ｔ_２ｉ）の２乗とＧ（ｔ_２ｉ＋１）の２乗との和と、前記一定値との差が、前記ｉの値に依らず、予め設定された許容誤差以下になるように予め設定された値である、
ことを特徴とする電源装置。

【請求項2】

Ｆ（ｔ）は余弦関数であり、Ｇ（ｔ）はＦ（ｔ）と同一周期、同一振幅及び同一位相の正弦関数である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

【請求項3】

Ｆ（ｔ）は、周期Ｔを有し、時間Ｔ／２で０となる直線状の関数で、Ｇ（ｔ）は、Ｔ／２に中心を有し、時間ｔを示す方向の軸長がＴで、Ｇ（ｔ）の値を示す方向の軸長がＦ（０）と等しい値である楕円を表す式の正又は負の一方を表す関数である、
ことを特徴とする請求項１に記載の電源装置。

【請求項4】

Ｇ’（ｔ）＝Ｇ（ｔ−Δｔ）として、
前記第２系列の時系列パルス信号のパルス波高値の絶対値はＧ’（ｔ_２ｉ＋１）の絶対値と等しい値である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の電源装置。

【請求項5】

請求項１乃至４のいずれか１項に記載の電源装置と、
前記時系列パルス信号を測定対象物のＩ−Ｖ特性の測定対象箇所に入力したときの該測定対象箇所での電圧降下又は電流を、時系列応答パルス信号として、前記時系列パルス信号に同期して測定し、前記時系列応答パルス信号の各パルスの正味の波高値を出力する応答信号測定部と、
を備えることを特徴とする電流−電圧特性測定装置。

【請求項6】

前記電源装置は請求項２に記載の電源装置であり、
予め設定された期間の、前記第１系列の時系列パルス信号の各パルスの波高値である第１の情報と、前記第２系列の時系列パルス信号の各パルスの波高値である第２の情報とを入力し、該入力した前記第１の情報及び前記第２の情報に基づき、フーリエ解析を行うことにより、前記測定対象箇所の電流−電圧特性に関する情報を取得する解析部、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の電流−電圧特性測定装置。

【請求項7】

前記電源装置は請求項２に記載の電源装置であり、
予め設定された期間の、前記第１系列の時系列パルス信号の各パルスの波高値である第１の情報と、前記第２系列の時系列パルス信号の各パルスの波高値である第２の情報とを入力し、該入力した前記第１の情報及び前記第２の情報に対応して測定される前記時系列応答パルス信号に基づき、フーリエ解析を行うことにより、前記測定対象箇所の電流−電圧特性に関する情報を取得する解析部、
を備えることを特徴とする請求項５に記載の電流−電圧特性測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電源装置及び電源装置を含む電流−電圧特性測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

物質、素子、測定装置、あるいは電力用機器等の測定対象物の電流−電圧特性（以下、Ｉ−Ｖ特性と呼ぶ）は、測定対象物の温度に依存する。そのため、正確にＩ−Ｖ特性を測定するには測定対象物それ自体の温度をできるだけ一定に保った状態で測定を行う必要がある。このような要請に応えることは、超伝導材料の臨界温度近傍での電気抵抗の非線形特性の計測、一般の抵抗測定器における精密な抵抗測定、金属の相変態、時効現象、再結晶反応等が関与する場合の物性評価、大電流用の電力用遮断器等の部品において重要である。

【0003】

所定の温度におけるＩ−Ｖ特性を測定するために、基本的には、測定対象物を格納する測定環境の温度が制御される。この状態で、測定対象物に複数の異なる値の電流を順次通電して、それぞれの電流に対応する測定対象物における電圧降下を測定するか、又は測定対象物に複数の異なる値の電圧を順次印加し、それぞれに対応して測定対象物に流れる電流を測定する。このとき、測定対象物およびそれに電流を通じるための電極、リード線等に電力が投入され、それにより発生するジュール熱が測定対象物自体の温度を上昇させる効果をもつ。その結果、Ｉ−Ｖ特性を測定する過程における測定対象物の温度は、通電電流又は印加電圧に応じて変化することになる。このジュール発熱の効果まで含めて、測定対象物の温度が所定の温度に保たれるような能動的制御を実現することが理想である。しかし、ジュール発熱の効果は測定対象物自体に直接に及ぶのに対して、温度制御のための温度センサーは測定対象物の外部に設置されている。そのため、温度センサーによる測定で得られる温度を所定値に合わせるように温度制御しても、測定対象物の温度が電圧又は電流に依存して変化することは避けられず、Ｉ−Ｖ特性の測定に必要な温度範囲の各設定温度において、測定対象物の温度が略一定の状態でＩ−Ｖ特性を測定することができない。

【0004】

特許文献１に開示されている電流−電圧特性測定装置は、電源装置として電圧供給装置を使用して、測定対象物にある一定電圧を印加し続けた状態で、この一定電圧よりも低く、その電圧値が時系列的に変化するパルス電圧を時系列信号として印加し、電流測定装置で、この時系列信号の印加と同期して電流測定を行うものであり、温度によって状態が変化する物質のＩ−Ｖ特性を、物質の温度を一定に保った状態で測定することを目的としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平６−１０２３１０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１に開示されている電源装置では、Ｉ−Ｖ特性を測定する過程で、測定対象物に印加する電圧パルスの波高値が変化するため、電圧を印加するためのリード線や電極等を含めた測定対象物で発生する時間当たりのジュール熱は、Ｉ−Ｖ特性を測定する過程で変動する。このような時間当たりの発熱の変動による測定対象物の温度変動は、正確なＩ−Ｖ特性の測定が求められるときには問題となる。

【0007】

この問題を無視できる程度に軽減するためには、温度変動をもたらす印加電圧や電圧印加時間幅、即ち電圧パルスの波高値やパルス幅をさらに小さくすることにより、時間当たりのジュール発熱をさらに小さくすればよい。しかし、電圧パルスの波高値はＩ−Ｖ特性の測定電圧範囲をカバーできる値でなければならないため、所定の値以上に小さくすることはできない。また、パルス幅も、電流測定装置の時定数の存在により決定される応答時間の経過後に、必要な測定時間を確保しなければならないという理由により、ある一定の時間幅以上の値でなければならない。そのため、時間当たりのジュール発熱の値を下げる考え方には限界がある。つまり、特許文献１に開示されている電源装置で測定対象物のＩ−Ｖ特性を測定するときには、本質的に測定対象物で発生する時間当たりのジュール熱が測定過程で変動するので、測定対象物の温度変動が避けられず、正確なＩ−Ｖ特性を測定することは難しい。

【0008】

電源装置を電流供給装置とし、測定対象物に電流を通電して、電圧測定装置により、応答電圧を測定することにより、Ｉ−Ｖ特性を測定する場合においても、電圧測定装置の測定時の応答性の制約があるため、上記と同様の課題が発生する。

【0009】

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、隣り合うパルス信号によりそれぞれ発生する時間当たりのジュール熱を平均した値が、略一定となる時系列パルス信号を出力する電源装置、及び該電源装置を備えた電流−電圧特性測定装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明に係る電源装置は、電流又は電圧の２系列の時系列パルス信号を出力する電源装置であって、時間ｔに対して、Ｆ（ｔ）とＧ（ｔ）とは、それぞれの２乗の和が一定値になる条件を満たす関数であり、ｔを、０を含む予め定められた範囲の連続する自然数をｉ、測定開始時間をｔ_０、予め設定された時間幅をΔｔとした場合のｔ_２ｉ＝ｔ_０＋Δｔ×２ｉ及びｔ_２ｉ＋１＝ｔ_０＋Δｔ×（２ｉ＋１）としたとき、前記２系列の時系列パルス信号のうち、第１系列の時系列パルス信号のパルス波高値の絶対値はＦ（ｔ_２ｉ）の絶対値と等しい値であり、前記第１系列の時系列パルス信号の各パルスと隣り合う第２系列の時系列パルス信号のパルスの波高値の絶対値はＧ（ｔ_２ｉ＋１）の絶対値と等しい値であり、前記Δｔは、Ｆ（ｔ_２ｉ）の２乗とＧ（ｔ_２ｉ＋１）の２乗との和と、前記一定値との差が、前記ｉの値に依らず、予め設定された許容誤差以下になるように予め設定された値である、ことを特徴とする。

【0011】

本発明に係る電流−電圧特性測定装置は、前記電源装置と、前記時系列パルス信号を測定対象物のＩ−Ｖ特性の測定対象箇所に入力したときの該測定対象箇所での電圧降下又は電流を、時系列応答パルス信号として、前記時系列パルス信号に同期して測定し、前記時系列応答パルス信号の各パルスの正味の波高値を出力する応答信号測定部と、を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0012】

本発明に係る電源装置によれば、電源装置から出力される時系列パルス信号を測定対象物に入力したときに、隣り合うパルス信号により、測定対象物でそれぞれ発生する時間当たりのジュール熱を平均した値が、略一定となる。そのため、時系列パルス信号を入力した測定対象物の温度変動は、従来の電源装置から出力された信号を測定対象物に入力したときよりも、抑えられる。また、そのような電源装置を備えた電流−電圧特性の測定装置は、測定対象物の温度を略一定に保つ制御を容易にし、結果として、従来の方式よりも正確な電流−電圧特性を測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態に係る電源装置を備える電流−電圧特性測定装置の構成例を示す図である。

【図2】実施の形態に係る電源装置から測定対象物に入力される時系列信号の基礎となる２関数時系列パルスパターンの一例を示す図である。

【図3】実施の形態に係る電源装置を備える電流−電圧特性測定装置の設定・解析部のハードウェア構成例を示す図である。

【図4】電流−電圧特性の説明図で、（Ａ）は測定対象物の電流−電圧特性曲線、（Ｂ）は測定対象物に入力する電流が正弦波形の場合の例、（Ｃ）は（Ａ）に示す電流−電圧特性曲線で示される電流−電圧特性をもつ測定対象物に（Ｂ）に示す正弦波形の電流を入力したときの応答電圧の波形例、をそれぞれ示す図である。

【図5】実施の形態に係る電源装置から測定対象物に入力される時系列電流パルス信号と、時系列応答電圧パルス信号の例を示す図で、（Ａ）は図２の時間軸領域Kに対応する時系列電流パルス信号を時間軸方向に拡大した図、（Ｂ）は（Ａ）に対応する時系列応答電圧パルス信号の拡大図である。

【図6】実施の形態に係る電源装置を備える電流−電圧特性測定装置による電流−電圧特性の測定結果の一例を示す図である。

【図7】実施の形態に係る電源装置から測定対象物に入力される電流パルスの時系列パターンの第１の変形例を示す図である。

【図8】実施の形態に係る電源装置から測定対象物に入力される電流パルスの時系列パターンの第２の変形例を示す図である。

【図9】実施の形態に係る電源装置を備える電流−電圧特性測定装置の構成の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

（実施の形態）
図１に本発明の実施の形態に係る電源装置を備える電流−電圧特性測定装置の構成例を示す。この電流−電圧特性測定装置２は、測定対象物１に電流信号を入力したときの測定対象物１での電圧降下の値を測定して測定対象物１のＩ−Ｖ特性を測定する場合の構成例である。

【0015】

電流−電圧特性測定装置２を説明する前に、測定対象物１についてもう少し詳しく説明する。図１では測定対象物１を３つの電気抵抗Ｋ_１〜Ｋ_３で表している。電気抵抗Ｋ_１はＩ−Ｖ特性を測定する対象となる部位（以下では測定部位Ｋ_１と呼ぶ。）を示す。電気抵抗Ｋ_２は試料Ｋ_１に電流を通電するために測定部位Ｋ_１に設置された一方の電極の抵抗とその電極に接続されたリード線の抵抗とを合わせたものである。電気抵抗Ｋ_３は試料Ｋ_１に電流を通電するために測定部位Ｋ_１に設置された他方の電極の抵抗とその電極に接続されたリード線の抵抗とを合わせたものである。以下では、測定対象物１での電圧降下の値とは、特にことわらない限り、測定部位Ｋ_１での電圧降下の値、即ち測定部位Ｋ_１（電気抵抗Ｋ_１）の両端間の電圧を意味することとする。また、測定対象物１のＩ−Ｖ特性とは測定部位Ｋ_１のＩ−Ｖ特性を意味することとする。

【0016】

リード線及び電極、即ち電気抵抗Ｋ_２、Ｋ_３は必ずしも測定対象物１を構成するものとは言えないが、測定部位Ｋ_１が超伝導体のような電気抵抗の低い物質のときは、測定部位Ｋ_１近傍のリード線や電極で発生するジュール熱が測定部位Ｋ_１の温度変動の主因になるため、図１では、これらを表示する電気抵抗Ｋ_２とＫ_３とを測定対象物１に含めて示した。なお、測定部位Ｋ_１が半導体材料や絶縁材料などの高抵抗の物質であれば、測定対象物１に通電したとき発生するジュール熱は測定部位Ｋ_１によるものが主であるため、測定部位Ｋ_１の温度は、設置環境の温度と、測定部位Ｋ_１で発生するジュール熱とで決定され、リード線や電極で発生するジュール熱の影響は無視して良い。従って、このときは、測定対象物１の温度という観点からは、図１の電気抵抗Ｋ_２及びＫ_３を無視することができる。

【0017】

電流−電圧特性測定装置２は、測定対象物１に入力するための時系列電流パルス信号を出力する電源装置２０と、時系列電流パルス信号が入力されたときの測定対象物１での電圧降下値を測定する電圧測定部２１と、時系列電流パルス信号の基礎となるデータを設定し電源装置２０に出力すると共に、時系列電流パルス信号の波高値の情報と、電圧測定部２１の測定結果とに基づき解析することにより、測定対象物１のＩ−Ｖ特性に関する情報を取得する設定・解析部２２と、設定・解析部２２の解析結果を表示する表示部２３とを備える。

【0018】

図１に示す電源装置２０は、電流信号を時系列電流パルス信号の形で出力する電流供給源である。電源装置２０は、時系列電流パルス信号を、測定対象物１に供給（入力）するとともに、時系列電流パルス信号の出力の際に、電圧測定部２１に対して同期用のトリガ信号を出力する。また、設定・解析部２２に対して、解析用データとして、出力する時系列電流パルス信号の各パルスの波高値に対応する電流値を出力する。

【0019】

電源装置２０は、２関数に基づいて形成された２関数時系列パルスパターンを記憶・格納する２関数時系列パルスパターン記憶部２００と、出力する電気信号の最大振幅値を入力する最大振幅設定部２０１と、２関数時系列パルスパターンと最大振幅値とに基づき時系列パルス信号、図１の例では時系列電流パルス信号、を生成し出力する時系列パルス信号生成・出力部２０２とを備える。

【0020】

２関数時系列パルスパターン記憶部２００は、通常のメモリで構成され、設定・解析部２２から入力された２関数時系列パルスパターンを記憶・格納する。２関数時系列パルスパターンは、時系列電流パルス信号生成用の基礎データとして、時系列信号生成・出力部２０２で使用される。２関数時系列パルスパターンとは、時間を示す変数をｔとしたとき、関数ｆ（ｔ）と関数ｇ（ｔ）の２つの関数に基づいて形成されたパルスの時系列パターンのことである。この関数ｆ（ｔ）と関数ｇ（ｔ）とは、時間ｔにおけるそれぞれの関数の２乗の和が、一定値になるような関数の対である。

【0021】

図２は、具体例として、ｆ（ｔ）を余弦関数、ｇ（ｔ）を正弦関数としたときの、２関数時系列パルスパターンの概念を示す図である。ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）とは、同一振幅１、同一周期Ｔ及び同一位相を有する。このとき、ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）のそれぞれを２乗して加えると、tの値に依らず一定の値１になる。図２に示すように、２関数時系列パルスパターンは、時間軸ｔを複数のセクションに分割し、各セクション毎に、そのセクションを代表するｔの値に対するｆ（ｔ）とｇ（ｔ）の値を交互に取得して一定のパルス幅と一定の相互間隔を有する時系列のパルスパターンとしたものである。即ち２関数時系列パルスパターンは、その包絡線が関数ｆ（ｔ）となる第１の時系列パルスパターンとその包絡線が関数ｇ（ｔ）となる第２の時系列パルスパターンとで構成される。第１の時系列パルスパターンの各パルスと第２の時系列パルスパターンの各パルスとは互いに交互に配置されている。通常、パルス幅は５−１００ｍｓ（より好ましくは５−５０ｍｓ）、相互間隔はパルス幅と同程度以上である。この２関数時系列パルスパターンの詳細については後述する。

【0022】

なお、ここでは、２関数時系列パルスパターン記憶部２００は、ｆ（ｔ）として余弦関数、ｇ（ｔ）として正弦関数を使用し生成された２関数時系列パルスパターンを記憶・格納している例について説明したが、２乗の和が一定となる２関数であれば、他の２関数に基づいて生成された２関数時系列パルスパターンを記憶・格納してもよい。

【0023】

最大振幅設定部２０１は、電源装置２０の入力部（図示省略）を介して、時系列電流パルス信号の最大振幅値Ｉ_０が入力され、入力された最大振幅値Ｉ_０を時系列パルス信号生成・出力部２０２に出力する。このときの最大振幅値Ｉ_０の値は測定対象物１での電圧降下値を測定する電圧測定部の測定限界、測定対象物１の、生じうる温度上昇、特性変化及び測定対象物１の通電電流値に関する破壊限界などを考慮して予め決定されたものである。電源装置２０の入力部の入力方式はダイヤル、キーボード等のいずれの方式でもよい。

【0024】

時系列信号生成・出力部２０２は、２関数時系列パルスパターン記憶部２００から読み出した２関数時系列パルスパターンと最大振幅値Ｉ_０とに基づき（通常は、２関数時系列パルスパターンに最大振幅値Ｉ_０を乗じて）時系列電流パルス信号を生成し、測定対象物１に出力するとともに、この出力時に同期用のトリガ信号を電圧測定部２１に出力する。また、出力する時系列電流パルス信号の各電流パルスの波高値、即ち電流値を時系列データとして設定・解析部２２に出力する。なお、Ｆ（ｔ）＝Ｉ_０×ｆ（ｔ）、Ｇ（ｔ）＝Ｉ_０×ｇ（ｔ）とすると、時系列電流パルス信号は、時間軸ｔを複数のセクションに分割し、各セクション毎に、そのセクションを代表するｔの値に対するＦ（ｔ）とＧ（ｔ）の値を交互に取得してそれぞれを波高値とし、一定のパルス幅を有するパルスが一定の相互間隔で時系列に配置されて形成された時系列信号と言える。

【0025】

電圧測定部２１は、測定対象物１の電圧降下値を測定する装置であり、具体的には、時系列信号生成・出力部２０２から出力されるトリガ信号により、時系列電流パルス信号に同期して、測定部位Ｋ_１の両端間の電圧を測定する。この電圧は、測定対象物１に入力される時系列電流パルス信号に対応して時系列応答電圧パルス信号として測定され、電圧測定部２１は、その信号から信号のドリフト成分をオフセットとして除き、正味のパルス波高値を求めて、これを出力する。具体的な正味のパルス波高値の導出については後述する。

【0026】

設定・解析部２２は、ハードウェアとしては図３に示すようにＣＰＵ３００、内部メモリ３１０、外部メモリ３２０、入力部３３０、出力部３４０、及びこれらを結ぶバスライン３５０で構成されており、機能的には、図１に示すように２関数時系列パルスパターン設定部２２０と解析部２２１とを備える。外部メモリ３２０にはプログラムが記憶されており、これを読み出してＣＰＵ３００で実行することにより２関数時系列パルスパターン設定部２２０及び解析部２２１の機能が実現される。

【0027】

２関数時系列パルスパターン設定部２２０は、時系列電流パルス信号生成用の基本データである２関数時系列パルスパターンを設定し、出力部３４０を介して電源装置２０に出力する。２関数時系列パルスパターン設定部２２０は、入力部３３０を介して入力されたそれぞれの２乗の和が一定値になる関数ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）から、ＣＰＵ３００及び内部メモリ３１０を介して２関数時系列パルスパターンを生成する。

【0028】

次に解析部２２１について説明する。解析部２２１は、時系列パルス信号生成・出力部２０２から入力部３３０を介して受信した時系列電流パルス信号の各電流パルスの波高値である電流値、及び電圧測定部２１から入力部３３０を介して受信した時系列応答電圧パルス信号の各電圧パルスの正味のパルス波高値である電圧値に基づき、ＣＰＵ３００と内部メモリ３１０を介して、解析等によりＩ−Ｖ特性の情報を生成する。Ｉ−Ｖ特性の情報とは測定対象物１に通電した電流Ｉとその電流による測定対象物１での電圧降下値、即ち測定箇所Ｋ_１（電気抵抗Ｋ_１）の両端間の電圧Ｖとの関係を示す情報のことである。また、解析部２２１は、生成したＩ−Ｖ特性の情報を、出力部３４０を介して表示部２３に出力する。

【0029】

Ｉ−Ｖ特性を図４に模式的に示す。図４（Ａ）はＩ−Ｖ特性をＩ−Ｖ特性曲線の形で示したものである。図４（Ｂ）は測定対象物１に入力する電流Ｉの時間変化を示す。図４（Ｂ）の例は電流Ｉが正弦波に従って時間変化する例である。時系列電流パルス信号について言えば、正弦関数で表されるＧ（ｔ）に基づいて生成した波高値のみの包絡線に対応する。図４（Ｃ）は図４（Ｂ）に示す電流Ｉを測定対象物１に入力したときの測定対象物１での電圧降下値である電圧Ｖの時間変化を示す。時系列応答電圧パルス信号について言えば、Ｇ（ｔ）に対応した時系列電流パルス信号の波高値に対応した時系列応答電圧パルス信号の各電圧パルスの正味のパルス波高値の包絡線のみを示したものである。

【0030】

Ｉ−Ｖ特性曲線は、電圧Ｖを電流Ｉの関数としたとき、ＶをＩでテイラー展開したときの各項の係数によって特性が表現される。Ｖは、通常、Ｉの奇数項のみで表され、簡単な例として、Ｉの１次と３次の項だけでＶを表すと、式（１）のようになる。
Ｖ（Ｉ）＝Ｒ_０×Ｉ＋Ｒ_２×Ｉ^３ （１）
Ｒ_０；線型抵抗
Ｒ_２；非線形抵抗

【0031】

解析部２２１は、時系列電流パルス信号のＧ（ｔ）に対応したパルス波高値とこれに対応した時系列応答電圧パルス信号のパルス波高値から、式（１）のＲ_０とＲ_２とを求める。式（１）とＲ_０とＲ_２の値はＩ−Ｖ特性の情報に含まれ得る。Ｒ_０とＲ_２とを求める方法にはフーリエ解析手法など各種の既知の方法があり、どのような方法でＲ_０とＲ_２を求めても良い。なお、Ｒ_０とＲ_２とを求めることは、通常の手法では、数値微分演算あるいは差分演算を行うことに相当する。測定データには必ずノイズ成分が重畳しているため、数値微分演算あるいは差分演算を行うとノイズの影響が大きくなり有意な解析結果が得られないことが多い。しかし、入力データを波形としてとらえてこれにフーリエ解析を適用すると、ノイズの影響の小さい状態でＲ_０とＲ_２とを求めることができる。このフーリエ解析は、基本的には積分操作であるため、ノイズの影響が低減されるからである。フーリエ解析を適用する場合は、使用する電流、電圧の測定データは１周期分のデータを使用する。また、ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）はそれぞれ余弦関数、正弦関数であることが好ましい。

【0032】

なお、解析部２２１は、多項式フィッティングの手法により、式（１）の形でＩ−Ｖ特性を求めてもよい。また、Ｉ−Ｖ特性を必ずしも式（１）の形で求めなくてもよく、単に電流値とこれに対応する応答電圧値を表形式又はグラフで表示したものとして生成してもよい。いずれの場合にも、測定対象物１に入力する時系列電流パルス信号の全てのパルス波高値と対応する正味の応答パルス波高値をＩ−Ｖ特性の把握に活用することができ、測定対象物１に入力する信号に無駄がないという利点がある。

【0033】

フーリエ解析を実行する場合にも、工夫することにより、測定対象物１に入力する時系列電流パルス信号の全てのパルス波高値と対応する正味の応答パルス波高値をＩ−Ｖ特性の把握に活用することができる。その方法は、包絡線がｆ（ｔ）になる第１の時系列パルスパターンに対応した時系列電流パルス信号、即ちＦ（ｔ）に対応した時系列電流パルス信号のパルス波高値の位相を、包絡線がｇ（ｔ）になる第２の時系列パルスパターンに対応した時系列電流パルス信号、即ちＧ（ｔ）に対応した時系列電流パルス信号のパルス波高値の位相に対して９０度遅らせる、即ち時間軸上でＴ／４だけシフトする。この位相シフトにより、第１の時系列パルスパターンに対応した時系列電流パルス信号の包絡線は正弦波となる。その結果、時系列電流パルス信号はその包絡線がＧ（ｔ）であったと見なすことができる。時系列応答電圧パルス信号に対応して求めた正味の応答パルス波高値についても同様の位相シフト処理を行う。この処理により得られた電流値及び応答電圧値の時系列データを波形情報と見なしてフーリエ解析を行う。これにより、フーリエ解析よりＩ−Ｖ特性を求める場合においても、測定対象物１に入力する時系列電流パルス信号の全てのパルス波高値と対応する正味の応答パルス波高値とを活用することができる。

【0034】

表示部２３は、プリンタ、ディスプレイ装置等の出力装置で構成され、設定解析部２２で得られる測定対象物１のＩ−Ｖ特性の情報を出力することにより表示する。

【0035】

本実施の形態に係る電源装置２０を備えた電流−電圧特性測定装置２の動作について説明する。

【0036】

電源装置２０の時系列パルス信号生成・出力部２０２は、２関数時系列パルスパターン記憶部２００に記憶されている２関数時系列パルスパターンを読み出す。この２関数時系列パルスパターンのデータは設定・解析部２２の２関数時系列パルスパターン設定部２２０で既に説明した方法で生成されて出力され、電源装置２０に入力され記憶されたものである。また、最大振幅設定部２０１は、外部から入力された値を最大振幅値として設定する。時系列パルス信号生成・出力部２０２は、２関数時系列パルスパターンと最大振幅値Ｉ_０とに基づき最大振幅値Ｉ_０の時系列電流パルス信号を生成し、測定対象物１に出力するとともに、出力の際に同期用の信号としてトリガ信号を電圧測定部２１に出力する。また、時系列電流パルス信号の各パルスの波高値を時系列情報として設定・解析部２２の解析部２２１に出力する。

【0037】

電源装置２０から測定対象物１に時系列電流パルス信号が出力され、トリガ信号が電圧測定部２１に入力されると、電圧測定部２１は、測定対象物１での電圧降下を、時系列応答電圧パルス信号の各応答電圧パルスの正味のパルス波高値という形で測定し、解析部２２１に出力する。

【0038】

解析部２２１は、電源装置２０から入力した時系列電流パルス信号の各パルスの波高値及びこれに対応して電圧測定部２１から入力した時系列応答電圧パルス信号の各応答電圧パルスの正味のパルス波高値に基づきＩ−Ｖ特性の情報を求め、その結果を表示部２３に出力する。表示部２３は解析部２２１から入力した解析結果を表示する。

【0039】

設定・解析部２２の２関数時系列パルスパターン設定部２２０は、外部から入力された２関数ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）に基づき２関数時系列パルスパターンのデータを生成し、電源装置２０に出力する。電源装置２０はこのデータを２関数時系列パルスパターン記憶部２００に格納する。

【0040】

２関数時系列パルスパターンを、それぞれの２乗の和が一定値になる２つの関数ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）にそれぞれ基づいて生成される２系列の関数時系列パルスパターン、すなわち関数ｆ（ｔ）に基づき生成された第１の時系列パルスパターンと、関数ｇ（ｔ）に基づき生成された第２の時系列パルスパターンとで構成するのは次の理由による。２関数時系列パルスパターンにＩ_０を乗じて生成する時系列電流パルス信号は、ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）にそれぞれＩ_０を乗じたＦ（ｔ）とＧ（ｔ）とに基づいて生成されたと見なすことができる。従って、２つの関数ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）の２乗の和がｔによらず一定値になれば、Ｆ（ｔ）とＧ（ｔ）も、それぞれの２乗の和がｔによらず一定値となる。時系列電流パルス信号の各電流パルスの波高値をＦ（ｔ）とＧ（ｔ）から交互に選択して設定すると、隣り合う電流パルスの時間間隔が小さくなるに従って、それぞれの波高値の２乗、即ち電流値の２乗の和が時間に依らず略一定になる。ジュール熱は電流の２乗に比例するので、上記のように設定された時系列電流パルス信号を測定対象物１に入力した場合、隣り合う電流パルスにより測定対象物１で発生するジュール熱を平均した値は、時間ｔに依らず、即ち、Ｉ−Ｖ特性の測定のために電流を変化させる過程において略一定になる。そのため、測定対象物１の温度が電流に相関して系統的に変動することを原理的に防止することができる。

【0041】

２関数時系列パルスパターンは、その波高値以外は、時系列電流パルス信号のパターンと同じである。従って、以下では、図５に基づき、時系列応答電圧パルス信号と対比させつつ、時系列電流パルス信号の詳細について説明する。

【0042】

図５（Ａ）は、図２の時間軸の領域Ｋに含まれる２系列の関数時系列パルスパターンに対応した時系列電流パルス信号の拡大図を示す。時系列電流パルス信号と関数ｆ（ｔ）及び関数ｇ（ｔ）との関係を明示するために、関数ｆ（ｔ）及び関数ｇ（ｔ）にそれぞれＩ_０を乗じた関数Ｆ（ｔ）及び関数Ｇ（ｔ）を破線で示した。図５（Ｂ）は図５（Ａ）と時間軸を揃えて、図５（Ａ）に示す時系列電流パルス信号に対応した測定部位Ｋ_１の時系列応答電圧パルス信号の測定例を示したものである。

【0043】

時系列電流パルス信号は、Δｔの時間間隔で並ぶパルス信号の列である。各パルスは、時間幅（パルス幅）Δｔ_ｐと、Ｆ（ｔ）又はＧ（ｔ）に基づいて設定された波高値とを有し、隣り合うパルスの間には時間幅Ｗの波高値０の区間が存在する。Δｔ＝Δｔ_ｐ＋Ｗである。

【0044】

各パルスの波高値は、次のようにＦ（ｔ）とＧ（ｔ）とを交互に選択して設定されている。ｔ_０は測定開始時点、ｉは０を含む連続する自然数で上限ｉ_ｎ、時間ｔに対して、ｔ_２ｉ＝ｔ_０＋Δｔ×２ｉ、及びt_２ｉ＋１＝ｔ_０＋Δｔ×（２ｉ＋１）と定義したとき、図５（Ａ）にＡ点、Ｂ点で示すように、時系列電流パルス信号の隣り合うパルスの波高値は、各ｉに対して、それぞれＦ（ｔ_２ｉ）とＧ（t_２ｉ＋１）に等しく設定されている。２ｉ及び２ｉ＋１はパルス間の時間間隔Δｔ、換言すれば区間幅Δｔで時間軸を分割したときの、それぞれ偶数番目と奇数番目の区間を示し、それぞれの区間を代表する時間がｔ_２ｉ及びt_２ｉ＋１である。即ち、偶数番目の区間の波高値はＦ（ｔ）に従って設定され、奇数番目の区間の波高値はＧ（ｔ）に従って設定されている。図５（Ａ）の偶数番目の区間に対応するパルスの波高値を示すＡ点及びＣ点は、それぞれＦ（ｔ_２ｉ）及びＦ（ｔ_{２（ｉ＋１）}）の値であり、奇数番目の区間に対応するパルスの波高値を示すＢ点は、Ｇ（ｔ_２ｉ＋１）の値である。即ち、時系列電流パルス信号は、波高値の包絡線がＦ（ｔ）で表わされる第１の時系列電流パルス信号と、波高値の包絡線がＧ（ｔ）で表わされる第２の時系列電流パルス信号とを有する、２つの系列の信号で構成されていると言うことができる。もちろんＦ（ｔ）とＧ（ｔ）の波高値選定の順序が逆であっても良い。

【0045】

なお、図５（Ａ）では、Ｆ（ｔ）とＧ（ｔ）の値を取得するＡ、Ｂ、Ｃ点等のポイントは、各パルス幅の中点に位置しているが、これに限定されない。Ａ、Ｂ、Ｃ点等がそれぞれに対応するパルスのパルス幅Δｔ_ｐの範囲内に位置していればよい。

【0046】

パルス幅Δｔ_ｐとパルス間の時間幅Ｗを決めるためには、時系列応答電圧パルス信号のパルス波形を考慮する必要がある。時系列応答電圧パルス信号のパルス幅は、図５（Ｂ）に示すように、時系列電流パルス信号のパルス幅Δｔ_ｐと同じである。また、図５（Ｂ）に示すパルス波形がその立ち上がり、立ち下がり部において、図５（Ａ）に示すパルスの立ち上がり部及び立ち下がり部のように急峻な直線形状ではなく、なまった形状を示すのは、電圧測定部２１が、時定数による応答時間Δｔ_ｒを有しているためである。なお、時系列電流パルス信号に対して時系列応答電圧パルス信号は時間遅れが発生する場合があるが、この時間遅れは予め把握でき、時間軸上の平行移動にしかならないため、図５ではこれを無視して表示した。

【0047】

時系列電流パルス信号のパルス幅とこれに対応する時系列電圧パルス信号のパルス幅は同じ値であることから、Δｔ_ｐ及びＷの値は、電圧測定部２１による測定が、次の条件下で実行できるように設定されている。電圧測定部２１による測定時間Δｔ_ｍを要するパルス領域での測定は、パルス信号の立ち上がりのときから応答時間Δｔ_ｒを経過した後に、且つ電圧パルス信号の立ち下がり開始のとき、即ちパルス信号の立ち上がり開始のときからΔｔ_ｐの時間内で実行されなければならない。また、隣り合うパルスの間の部位、すなわちオフセット領域での電圧測定部２１による測定時間Δｔ_ｍを要する測定は、パルス信号の立ち下がり開始のときから応答時間Δｔ_ｒを経過した後に、且つ電圧パルスの立ち上がり開始のときまでに、即ちパルス信号の立ち下がり開始のときからＷの時間内で実行されなければならない。これらの条件を満たすΔｔ_ｐ及びＷは、次式（２）（３）で表すことができる。Δｔ_ｒ、Δｔ_ｍは、電圧測定部２１が決まれば、既知の値として設定することができるので、Δｔ_ｐ及びＷの値は、それぞれ、式（２）及び（３）に従って設定される。
Δｔ_ｐ≧Δｔ_ｒ＋Δｔ_ｍ （２）
Ｗ≧Δｔ_ｒ＋Δｔ_ｍ （３）
Δｔ_ｐ及びＷは、式（２）（３）の右辺にそれぞれ所定の時間マージンを加えた時間幅に設定されていてもよい。また、Δｔ＝Δｔ_ｐ＋Ｗなので、Δｔ_ｐ及びＷは、Δｔをどのように設定するかについても考慮して設定される。

【0048】

２関数時系列パルスパターンについてはＦ（ｔ）、Ｇ（ｔ）をそれぞれｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）に置き換えれば上記説明がそのまま成り立つ。

【0049】

２関数時系列パルスパターンの各パルスの間隔Δｔの設定について説明する。本発明では、２関数として、それぞれの二乗の和が時間ｔに依存せず一定値Ｈになるようなｆ（ｔ）とｇ（ｔ）を選定する。図２及び図５（Ａ）に示す例では一定値Ｈは「１」である。既に説明したように、２乗和が一定値Ｈとなるためには、ｔは、厳密には２関数において同じ値でなければならない。

【0050】

しかし、図５（Ａ）に示すＦ（ｔ）、Ｇ（ｔ）（ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）に比例）からわかるように、ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）とは互いにｔの値がΔｔだけことなる位置での値、即ちｆ（ｔ_２ｉ）とｇ（ｔ_２ｉ＋１）（ｔ_２ｉ＋１−ｔ_２ｉ＝Δｔ、ｉ；０を含む連続する自然数で、予め設定された上限値までの値）とでパルス波高値が設定されている。ｆ（ｔ_２ｉ）^２とｇ（ｔ_２ｉ＋１）^２とを加えた値Ｊ（ｉ）は、通常、Δｔとｉとに依存して変化し、ｉの値に依らず一定値になるということはない。

【0051】

しかし、ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）とが互いの２乗の和が一定となるように選定されていれば、Δｔが小さくなるにつれてＪ（ｉ）のｉに依存する変化の程度、即ち時間に依存する変化の程度は小さくなり、略一定値と見なすことができるようになる。略一定値と見なすことができるかどうかの判断基準は、測定対象物１の許容される温度変化に対応したジュール発熱の許容時間変化で決められる。ジュール発熱は電流の２乗に比例するため、ジュール発熱の許容時間変化からＪ（ｉ）の許容される変動値が算定でき、算定された値が略一定に関する判断基準となる。Ｊ（ｉ）の変動値は、Ｊ（ｉ）の値の一定値（図２に示す例では「１」）に対する誤差εに依存して大きくなる。Ｊ（ｉ）の許容される変動値の一定値に対する誤差ε_ｔｈを閾値誤差又は許容誤差とすると、Δｔは、Ｊ（ｉ）の値と一定値との差異εが許容誤差ε_ｔｈ以下になるように設定される。すなわち、ε＝ε_ｔｈのときのΔｔをΔｔ_maxとすると、２乗和が略一定と見なせるΔｔはΔｔ_max以下の値に設定されればよい。Δｔは式（１）、（２）から得られるΔｔ_ｐとＷの和よりも大きい値であり、且つΔｔ_max以下の値という条件を満たすものであればどのような値であってもよい。以上の条件を考慮した結果、Δｔ_ｐ及びＷは、通常、測定時間、測定対象物の温度などを考慮して、それぞれ５−１００ｍｓ程度（より好ましくは５−５０ｍｓ程度）に設定される。

【0052】

２関数時系列パルスパターンの時間範囲Ｔについて説明する。この時間範囲Ｔは、ｓ最大振幅値Ｉ_０設定後の時系列電流パルス信号の振幅値が、測定対象物１のＩ−Ｖ特性の情報を取得するために必要な電流値がカバーできる時間範囲に設定される。時系列電流パルス信号の設定で説明したｉの値は、このように設定された時間範囲に対応してその最大値が設定される。図２に示す時間範囲Ｔは、ｆ（ｔ）＝ＣＯＳ（２πｔ／Ｔ）、ｇ（ｔ）＝ＳＩＮ（２πｔ／Ｔ）のとき時間ｔ＝０から１周期Ｔまでの時間範囲を示している。設定・解析部２２でフーリエ解析を行う場合は、使用されるデータは周期関数に対応していて、少なくともその一周期分が必要なのでｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）を周期Ｔ’の関数とすると、Ｔ＝ｎ×Ｔ’（ｎ＝自然数）とする。

【0053】

電圧測定部２１による正味の電圧パルス波高値の算定方法について、図５（Ｂ）を利用して説明する。時系列応答電圧パルス信号の各パルスの波高値は、それぞれ測定時間Δｔ_ｍで測定されるが、測定結果は、この測定時間を代表する点における波高値であるとする。図５（Ｂ）では代表点は、例えば、各パルスにおける測定時間の中点であるΔｔ_ｍ／２の時点（ａ、ｂ、ｃ点等で表示）とする。時系列応答電圧パルス信号のドリフト成分はオフセット領域での波高値で示されているので、ドリフト成分の測定は、図５（Ｂ）に示すように、ａ、ｂ、ｃ点等の両側に、それぞれ時間Δｔ_ｓ離れた時間位置を中心に測定時間Δｔ_ｍで実行される。図５（Ｂ）ではｂ点の両側の時間位置はｄ点とｅ点とで示されている。なお、オフセット領域の波高値の測定時間はパルス波高値の測定時間Δｔ_ｍと異なる値であってもよい。

【0054】

ｂ点を例に、対応する正味のパルス波高値Ｖ_ｘの算定方法を説明する。電圧測定部２１は、パルス波高値測定の代表点ｂ、オフセット領域の波高値測定の代表点ｄ、ｅ点のそれぞれの測定値Ｖ_ｂ、Ｖ_ｄ、Ｖ_ｅを測定により取得する。電圧測定部２１は、ｂ点でのドリフト成分Ｖ_ｙを（Ｖ_ｄ＋Ｖ_ｅ）／２に略等しいとして算定し、ｂ点に対応する正味のパルス波高値Ｖ_ｘを、Ｖ_ｂからＶ_ｙを除去することにより得る。この方法は３点法と呼ばれ、市販の電圧測定装置で利用される方法である。

【0055】

図６に、高温超伝導体ＹＢａ_２Ｃｕ_４Ｏ_８の焼結体を、測定対象物１を構成する試料、即ち測定部位Ｋ_１として、上記の電流−電圧特性測定装置２で測定対象物１のＩ−Ｖ特性を測定した例を示す。この例は式（１）を求めてはおらず、測定対象物１の設置環境の温度をパラメータとして、測定対象物１に入力した電流値と測定部位Ｋ_１の両端間の電圧を応答電圧値とをプロットしたものである。このような表示から、各温度毎のＩ−Ｖ特性のデータのばらつきの程度がわかる。ばらつきの程度が大きいほど測定対象物１の温度変動が大きいことになる。設置環境の温度は２３．５０Ｋ、２７．４０Ｋ、２９．５０Ｋ、及び３１．４０Ｋである。相互の温度差は約２Ｋから３Ｋという小さなものであるが、各温度での測定部位Ｋ_１のＩ−Ｖ特性データのばらつきは小さく、相互のデータは良く識別できることがわかる。この結果から、本実施の形態に係る電源装置２０を備える電流−電圧特性測定装置２によれば、測定対象物１の測定部位Ｋ_１のＩ−Ｖ特性をより高精度に求めることが可能となることが実証できた。従って、本実施の形態に係る電源装置２０を使用すれば、測定対象物１の温度変化は、図６に示す程度に高精度にＩ−Ｖ特性を測定できるほど小さくなることがわかる。

【0056】

このように、本実施の形態に係る電源装置２０は、それぞれの２乗の和が一定値になるような関数Ｆ（ｔ）とＧ（ｔ）に基づき、時系列電流パルス信号を生成し、出力するので、電源装置２０によれば、その出力信号を測定対象物１に入力したとき、隣り合う電流パルスにより測定対象物１で発生するジュール熱を平均した値を略一定に抑えることができる。更に、この電源装置２０を備えた電流−電圧特性測定装置２によれば、測定中の測定対象物１の温度変化を従来よりも小さくすることができるため、測定対象物１の測定部位Ｋ_１のＩ−Ｖ特性をより高精度に求めることが可能となる。

【0057】

これまでの説明では、ｆ（ｔ）を余弦関数、ｇ（ｔ）を正弦関数として生成した２関数時系列パルスパターンについて説明したが、ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）は図７に示す関数であってもよい。図７に示す例は、２関数時系列パルスパターンの第１の変形例である。このときの２関数は、時間範囲、又は周期をＴとしたとき、ｆ（ｔ）＝２ｔ／Ｔ−１、ｇ（ｔ）＝ＳＱＲ（１−（２ｔ／Ｔ−１）^２）である。即ちｔ＝０−Ｔの時間範囲で、ｆ（ｔ）はＴ／２で負から正にゼロクロスする直線関数、ｇ（ｔ）は、その中心が時間軸上のＴ／２の位置にあり、時間軸方向の軸長がＴ、ｇ（ｔ）方向の軸長が２の楕円を表す式の正の部分を表す関数である。このような関数ｆ（ｔ）、ｇ（ｔ）の場合もそれぞれの２乗の和はｔによらず一定値になる。

【0058】

このときは、解析部２２１でフーリエ解析に使用されるデータは直線関数に対応した電流パルス波高値とそれに対応した正味の電圧パルス波高値のデータである。その理由は、Ｉ−Ｖ特性は正負の両値に対して必要とされるためである。この場合も、関数形が異なる以外は、これまでの説明内容はそのまま成立し、電源装置２０、及びこれを備えた電流−電圧特性測定装置２は、これまで説明した効果と同じ効果を奏する。

【0059】

解析部２２１は、多項式フィッティングの手法により、式（１）の形でＩ−Ｖ特性を求めてもよい。また、Ｉ−Ｖ特性を必ずしも式（１）の形で求めなくてもよく、単に電流値とこれに対応する応答電圧値を表形式又はグラフで表示したものとして生成してもよい。このときは、測定対象物１に入力する時系列電流パルス信号の全てのパルス波高値と、これに対応する正味の応答電圧パルス波高値をＩ−Ｖ特性の把握に活用することができ、無駄がないという利点がある。

【0060】

図７の縦軸の絶対値の最大値は１であるが、これに限定されない。任意の値Ｉ_ａに設定してもよい。ただし、このときは、時系列電流パルス信号の最大値が最大振幅設定部２０１で設定したＩ_０に等しくなるように、時系列電流パルス信号を生成するときに２関数時系列パルスパターンに乗じる値はＩ_０ではなく、Ｉ_０／Ｉ_ａとする。

【0061】

２関数時系列パルスパターンの第２の変形例を図８に示す。このときのｆ（ｔ）は余弦関数であるという点はこれまで説明したｆ（ｔ）が余弦関数の場合と同じである。しかし、２関数時系列パルスパターンの生成に使用するｆ（ｔ）の時間範囲が周期Ｔの１／２である点が異なる。更に、ｇ（ｔ）については、ｆ（ｔ）と同一周期Ｔで振幅と位相が同じ正弦関数であって、２関数時系列パルスパターンの生成に使用するｇ（ｔ）の時間範囲が周期Ｔの１／２であり、ｔがＴ／４からＴ／２までの範囲で符号を反転させた関数とする。図８に示す２関数時系列パルスパターンは、このようなｆ（ｔ）とｇ（ｔ）に基づき、これまでと同様に生成されたものである。この場合もｆ（ｔ）の２乗とｇ（ｔ）の２乗の和は一定になる。

【0062】

解析部２２１は、Ｉ−Ｖ特性を式（１）の形で求める場合は、不連続関数であるｇ（ｔ）に対応したデータの位相を変換してｆ（ｔ）に対応したデータと合成する。これにより合成したデータを連続した１関数の１周期分のデータとする。即ち、ｇ（ｔ）に対応した時系列電流パルス信号の電流パルス波高値と、これに対応した時系列応答電圧パルス信号の正味の電圧パルス波高値のそれぞれのｔ＝０からＴ／４迄のデータの位相を−９０度に相当する−Ｔ／４だけ時間軸上でずらし、また、ｔ＝Ｔ／４からＴ／２までの対応するデータの位相を＋９０度に相当する＋Ｔ／４だけ時間軸上でずらして、ｆ（ｔ）に対応した時系列電流パルス信号の電流パルス波高値と、これに対応した時系列応答電圧パルス信号の正味の電圧パルス波高値にそれぞれつないで合成する。これにより、一周期分の一つの正弦関数に対応した時系列電流パルス信号の電流パルス波高値と、これに対応した時系列応答電圧パルス信号の正味の電圧パルス波高値とが測定データとして得られることになる。

【0063】

解析部２２１は、この合成して生成した１周期分のデータに対してフーリエ解析を適用し、式（１）によるＩ−Ｖ特性の情報を得ることができる。この手法に依れば時系列電流パルス信号を全て活用することができるため無駄がないという効果がある。更に、データの測定時間がＴ／２で済むため測定の効率化を図ることができる。

【0064】

解析部２２１で、Ｉ−Ｖ特性を、式（１）の形ではなく、電流値とこれに対応する応答電圧値とを表形式又はグラフで表示したものとして生成する場合も、時系列電流パルス信号を全て活用することができるため無駄がなく、データの測定時間がＴ／２で済むため測定の短時間化を図ることができる。また、図８からわかるように短時間で測定対象物１に入力される電流の符号が正負バランス良く得られるので、その意味でＩ−Ｖ特性を短時間で精度良く取得できる。

【0065】

ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）とから、一方の他方に対する位相をシフトして、一つの周期関数を合成するという方法は、上記の具体例以外にいろいろな方法が考えられるが、いずれの方法でも同様な効果を得ることができる。

【0066】

２関数時系列パルスパターンはそれぞれの２乗の和が一定になる関数ｆ（ｔ）とｇ（ｔ）とに基づき形生成されたものとしたが、関数ｇ（ｔ）の位相をΔｔだけシフトした関数ｇ’（ｔ）をｇ’（ｔ）＝ｇ（ｔ−Δｔ）として定義し、２関数時系列パルスパターンは関数ｆ（ｔ）とｇ’（ｔ）とに基づきこれまでと同様な方法で生成されたものとしても良い。なお、時系列電流パルス信号については、ｆ（ｔ）、ｇ’（ｔ）にそれぞれＩ_０を乗じて得られるＦ（ｔ）、Ｇ’（ｔ）ｔとに基づいて時系列電流パルス信号が生成されたと見なしても良い。

【0067】

時系列電流パルス信号がＦ（ｔ）とＧ（ｔ）に基づいて生成されたときは、隣り合うパルスの代表時間ｔがΔｔずれることにより２乗和の対象となるパルスの同時性が失われること、及び同時性のずれの分、当該パルスの波高値の同時性がなくなる、即ち値が異なってしまうことにより、２乗和が、時間に依らない一定値からの誤差を含むものになるということは既に説明した通りである。時系列電流パルス信号がＦ（ｔ）とＧ’（ｔ）に基づいて生成されたときは、隣り合うパルスの代表時間ｔがΔｔずれることにより２乗和の対象となる値自体は同時性が担保されることになる。従ってその分の誤差は低減するので、このような時系列電流パルス信号を出力する電源装置２０によれば、出力先の測定対象物１において、出力される時系列電流パルス信号の隣合う２パルスにより発生するジュール熱を平均した値の一定性はこれまで説明したケースに比べて更に改善される。このような電源装置２０を備えた電流−電圧特性測定装置によれば、測定対象物１のＩ−Ｖ特性の測定の高精度化も更に改善される。

【0068】

２関数時系列パルスパターンの第４の変形例（図示せず）は、２関数時系列パルスパターンの隣り合う各パルスの波高値の絶対値は、ｆ（ｔ）の絶対値とｇ（ｔ）の絶対値に基づき交互に設定され、その符号は正負のどちらでも自由に設定されたものとする。これは２関数時系列パルスパターンの生成においては依拠する２関数の２乗の和が問題となるだけであり、２乗するとその符号は無関係となるためである。ただし、Ｉ−Ｖ特性の測定には正負の電流を測定対象物１に入力する必要があるため、その点を考慮した２関数時系列パルスパターンとする必要がある。上記、第２の変形例は、この第３の変形例の特殊なケースとみてもよい。このような２関数時系列パルスパターンのときは、第２の変形例のように周期関数を合成する場合以外は、通常は、解析部２２１はフーリエ解析以外の方法でＩ−Ｖ特性の情報を取得する。このときもこれまでと同様に、測定対象物１での温度の時間変動は無視できるようになり、Ｉ−Ｖ特性の測定精度が向上する。

【0069】

これまでは、測定対象物１に電流を流したときの測定対象物１の測定対象箇所での電圧降下を測定してＩ−Ｖ特性を得るというケースについて説明した。しかし、これとは逆に、測定対象物１の測定対象箇所に電圧を印加し、そのとき測定対象物１に流れる電流を測定することによりＩ−Ｖ特性を得てもよい。このようなときの電流−電圧特性測定装置２の構成例を図９に示す。

【0070】

図９において、図１と異なる点は、電源装置２０が電圧供給源であり、時系列電圧パルス信号を測定対象部１に出力すること、図１の電圧測定部２１を電流測定部２１とし、時系列電圧パルス信号を印加した測定対象物１に流れる電流を時系列応答電流パルス信号として測定すること、電流測定部２１と測定対象物１との間の結線は測定対象物１の測定部位Ｋ_１に流れる電流を計測できるように結線されていることである。なお、電流測定部２１と図１に示す電圧測定部２１とを同じ符号としたのは、それぞれは、上位概念である応答信号測定部２１としてまとめることができるからである。

【0071】

測定対象物１に電圧を印加してＩ−Ｖ特性を測定するのは、通常は、電気抵抗Ｋ_２、Ｋ_３の抵抗が測定部位Ｋ_１の抵抗に比べて無視できる場合である。そのような場合には、測定対象物１に印加した電圧は、そのまま測定部位Ｋ_１の電圧降下に等しくなる。そのため、測定部位Ｋ_１の電圧降下値を測定しなくても、電源装置２０の出力した時系列電圧パルス信号の各パルス波高値を設定・解析部２２に電圧値として送信することができる。電流測定部２１から設定解析出力されるデータは正味の電流パルス波高値である。

【0072】

図９に示す構成の装置に対しては、以上を前提として、図１に関する説明を、電流と電圧を入れ替えて読めば、図１に関する説明がそのまま成り立つ。変形例を含む効果についてもこれまでの説明と同様に成立する。従って、図９に示す電源装置２０は、隣り合うパルスにより測定対象物１に発生するジュール熱を平均すると時間に依らず略一定になるような時系列電圧パルス信号を出力できる。このような電源装置２０を備えた電流−電圧特性測定装置によれば、Ｉ−Ｖ特性の測定過程での測定対象物１での温度変動は無視できるようになるため、高精度でのＩ−Ｖ特性の測定が可能となる。

【0073】

なお、Ｉ−Ｖ特性の測定において電圧を入力して電流を測定するという場合でも、図９に示す応答信号測定部２１又は別途備える電圧測定部により測定部位Ｋ_１の両端間の電圧を測定できる場合は、その電圧測定結果を解析部２２１に入力することにより、測定部位Ｋ_１の抵抗値に依らず、測定対象物１のＩ−Ｖ特性を高精度に測定することができる。

【0074】

電源装置２０の出力は、図１では時系列電流パルス信号であり、図９では時系列電圧パルス信号である。これらを総称して、図１、図９に示すように、時系列パルス信号と言うことができる。また、図1の電圧測定部２１及び図９の電流測定部２１は総称して応答信号測定部２１ということができるということは既に説明したが、電圧測定部２１の時系列応答電圧パルス信号、及び電流測定部２１の時系列応答電流パルス信号は総称して時系列応答パルス信号と言うことができる。

【符号の説明】

【0075】

１ 測定対象物
２ 電流−電圧特性測定装置
２０ 電源装置
２１ 応答信号測定部（電圧測定部、電流測定部）
２２ 設定・解析部
２３ 表示部
２００ ２関数時系列パルスパターン記憶部
２０１ 最大振幅設定部
２０２ 時系列信号生成・出力部
２２０ ２関数時系列パルスパターン設定部
２２１ 解析部
３００ 中央演算装置（ＣＰＵ）
３１０ 内部メモリ
３２０ 外部メモリ
３３０ 入力部
３４０ 出力部
３５０ バスライン
Ｋ_１ 測定部位（電気抵抗）
Ｋ_２、Ｋ_３ 電気抵抗

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】