(57)【要約】【課題】出力インピーダンスを有する信号源に入力インピーダンスを有する測定器を接続して誤差なく電圧測定することができる電圧測定回路を提供すること。【解決手段】出力インピーダンスＺ１を持ち電圧信号源ＤＳ，ＡＳに外部負荷を接続して、この外部負荷に印加される電圧ｖ２を測定する電圧測定回路において、前記外部負荷と並列に接続され、前記外部負荷に前記外部負荷への流入電流ｉ２とほぼ等しい電流ｉ３を供給する負性インピーダンス回路ＮＬを接続したことを特徴とする電圧測定回路。【選択図】図１
2008286551.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力インピーダンスを持ち電圧信号源に外部負荷を接続して、この外部負荷に印加される電圧を測定する電圧測定回路において、
前記外部負荷と並列に接続され、前記外部負荷に前記外部負荷への流入電流とほぼ等しい電流を供給する負性インピーダンス回路を接続した
ことを特徴とする電圧測定回路。
【請求項２】
請求項１記載の電圧測定回路において、
前記負性インピーダンス回路は、
負性インピーダンスの帰還回路を有する電圧増幅器により構成されたことを特徴とする電圧測定回路。
【請求項３】
請求項１記載の電圧測定回路において、
前記負性インピーダンス回路は、
電圧増幅度が１である電力増幅器と、
前記電力増幅器の出力電圧を昇圧比ｋで昇圧した電圧に変換する昇圧変圧器と、
前記昇圧変圧器の昇圧出力を帰還させる帰還回路と
をそなえた電圧測定回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧測定回路に係わり、とくに電圧信号源の出力インピーダンスによる測定誤差を除いた測定を行い得る電圧測定回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧測定回路により電圧を測定する場合の信号源に計測器を接続した状態は、図６に示すように描くことができる。すなわち、出力インピーダンスがＺ１で電圧Ｖ１の出力電圧を生じる信号源ＶＳとして構成された電圧信号源ＳＳに外部負荷Ｚ２が接続されており、出力インピーダンスＺ１に電流ｉ１が流れ、外部負荷Ｚ２には電流ｉ２（＝ｉ１）が流れ、外部負荷Ｚ２の両端間に電圧Ｖ２が生じる。
【０００３】
このため、負荷Ｚ２に現れる電圧Ｖ２は、
Ｖ２＝Ｖ１−Ｚ１ｉ１
＝Ｖ１−Ｚ１ｉ２                                              (1)
である。そして、上記式(1)の第２項（Ｚ１ｉ１，Ｚ１ｉ２）が誤差となる。
【０００４】
この負荷の有無による電圧の変化を軽減するため、図７に示すような演算増幅器を用いたインピーダンス変換器Ａを用いた回路構成がある。これは、図６の回路における、出力インピーダンスＺ１と外部負荷Ｚ２との間にインピーダンス変換器Ａを直列に挿入したものである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図７に示した構成により、外部負荷Ｚ２に現れる電圧は、信号源の電圧Ｖ１に高い精度で一致するようになる。ただし、演算増幅器Ａの性能を限界とする差電圧が発生する。
【０００６】
演算増幅器の性能の限界とは、直流電圧の場合、入力オフセット電圧が重畳されることであり、交流電圧の場合、周波数依存性による影響を受けることである。
【０００７】
本発明は上述の点を考慮してなされたもので、出力インピーダンスを有する信号源に入力インピーダンスを有する測定器を接続して誤差なく電圧測定することができる電圧測定回路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】
【０００８】
上記目的達成のため、本発明では、
出力インピーダンスを持ち電圧信号源に外部負荷を接続して、この外部負荷に印加される電圧を測定する電圧測定回路において、
前記外部負荷と並列に接続され、前記外部負荷に前記外部負荷への流入電流とほぼ等しい電流を供給する負性インピーダンス回路を接続した
ことを特徴とする電圧測定回路、
を提供するものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は上述のように、外部負荷と並列に負性インピーダンス回路を接続して外部負荷への流入電流とほぼ等しい電流を供給するようにしたため、信号源から外部負荷に向かう電流が減じられて信号源の出力インピーダンスに通電することに起因した誤差を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の基本的構成を示した回路図である。この回路は、図６に示した従来の電圧測定回路における外部負荷Ｚ２に並列に負性インピーダンスＺ３を接続したものである。
【００１１】
負性インピーダンスとは、「電圧が与えられると与えられた電圧に向かって、大きさが電圧に比例しインピーダンスの大きさに反比例する電流を流す」ものである。
【００１２】
負性インピーダンスＺ３は、図１、図２に示した電圧、電流で表わすと、
Ｚ３＝−Ｖ２／ｉ２                                              (2)
となる。
【００１３】
負性インピーダンスＺ３は、電圧Ｖ２が印加されると電圧の印加方向に向かって電流を発生する。ただし、外部負荷Ｚ２に流れる電流との間に、振幅および位相角の差が生じる。
【００１４】
これは、負性負荷の誤差であり、同相誤差、直角相誤差に分けた表記、つまり（α＋ｊβ）とすると、負性インピーダンスＺ３から流れる電流ｉ３は、
ｉ３＝ｉ２｛１＋（α＋ｊβ）｝                                  (3)
となる。誤差の大きさは、負性インピーダンスＺ３の公称値、周波数特性、温度等の環境依存性、経年変化等により定まる。
【００１５】
図１に示した回路構成により、電圧信号源ＳＳの出力インピーダンスＺ１に流れる差電流をｉｄとすると、
ｉｄ＝ｉ３−ｉ２
＝ｉ２｛１＋（α＋ｊβ）｝―ｉ２
＝ｉ２（α＋ｊβ）
<<Ｖ２／Ｚ２                                            (4)
となる。そして、出力インピーダンスＺ１における電圧降下をｄｖとすると、
ｄｖ＝ｉｄＺ１
＝ｉ２（α＋ｊβ）Ｚ１                                  (5)
と表わされ、これが負性インピーダンスを用いても抑制し切れなかった、電圧ｖ１と測定電圧ｖ２との差である。
【００１６】
ただし、
（α＋ｊβ）<<１                                            (6)
であるから、上記式(1)との比較で、
ｄｖ<<ｉ２Ｚ１                                              (7)
であり、誤差は効果的に抑制されたことになる。
【００１７】
ここで、外部負荷Ｚ２に対する負のインピーダンスＺ３を実現する際、Ｚ３をＺ２と同形式の素子で実現すれば、負荷の電圧特性、電流特性、周波数特性または温度特性などを揃え易く、より高度な特性改善を実現することができる。
【００１８】
図２ないし図６は、本発明に係る具体的回路構成例を示したものである。
【００１９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【００２０】
図２は、抵抗分圧器ＲＤを持った直流電圧源ＤＳの電圧測定回路の構成例であり、直流電圧源ＶＳに抵抗分圧器ＲＤを接続し、分圧出力を外部負荷Ｚ２に与える。一方、外部負荷Ｚ２には、負性負荷ＮＬを並列接続する。負性負荷ＮＬは、増幅度が「Ａ」である演算増幅器Ａの出力電圧Ａ・Ｖ２を負性インピーダンスＺ３｛＝（Ａ−１）Ｚ２｝を帰還素子として持った帰還回路に与える構成である。
【００２１】
この構成により、外部負荷Ｚ２には、直流電源ＶＳによる電流ｉ２とほぼ等しい大きさの電流ｉ３（≒ｉ２）が流れるため、抵抗分圧器ＲＤの一部をなす出力インピーダンスＺ１を流れる電流は、差電流ｉｄ（＝ｉ３−ｉ２）となる。この結果、抵抗分圧器ＲＤには差電流ｉｄが流れるのみであり、分圧器の分圧精度に近い値の電圧として測定することができる。
【実施例２】
【００２２】
図３は、誘導分圧器ＩＤを持った交流電圧源ＡＳの電圧測定回路の構成例であり、交流電圧源ＶＳに誘導分圧器ＩＤを接続し、分圧出力を外部負荷Ｚ２に与える。一方、外部負荷Ｚ２には、負性負荷ＮＬを接続する。負性負荷ＮＬは、電圧増幅度が「１」の電力増幅器Ａ（１）の出力電圧を昇圧変圧器Ｔに与えて、昇圧された出力電圧ｋＶ２（ｋは、昇圧倍数である）を負性インピーダンスＺ３を帰還素子として持った帰還回路に与える構成である。負性インピーダンスＺ３は、外部負荷Ｚ２の値に対して
Ｚ３＝（ｋ−１）Ｚ２                                        (8)
なる値を持つ。
【００２３】
この構成により、外部負荷Ｚ２には、交流電源ＶＳによる電流ｉ２とほぼ等しい大きさの電流ｉ３（≒ｉ２）が流れるため、誘導分圧器ＩＤの一部をなす出力インピーダンスＺ１には小さな電流が流れるのみとなる。この結果、誘導分圧器の分圧精度に近い値の電圧として測定することができる。
【００２４】
この図３の回路において、外部負荷Ｚ２が抵抗であればＺ３も抵抗、外部負荷Ｚ２が抵抗とコンデンサとの並列回路であればＺ３も抵抗とコンデンサとの並列回路を想定している。ただし、外部負荷Ｚ２は直列回路としても実現でき、その逆もあり得るので、Ｚ２に対するＺ３の構成には自由度がある。
【００２５】
電力増幅器Ａ（１）の電圧増幅度が「１」でなく「Ａ」倍であれば、
Ｚ３＝（Ａｋ−１）Ｚ２                                      (9)
であり、また、増幅度が「Ａ」の増幅器のみ利用し、昇圧変圧器Ｔを用いない場合は、
Ｚ３＝（Ａ−１）Ｚ２                                        (10)
として負性インピーダンス回路を実現することができる。
【実施例３】
【００２６】
図４は、ある程度の高周波電圧を測定する構成例を示したもので、図３における誘導分圧器ＩＤと外部抵抗（負荷）Ｒとを結ぶ線路を同軸ケーブルＣにより構成し、図３における帰還素子を抵抗（ｋ−１）Ｒ’およびコンデンサ（ｋ−１）Ｃ’の並列回路として構成したものである。
【００２７】
ここで、同軸ケーブルＣは容量１００００ｐＦであり、容量Ｃ’は同軸ケーブルと概ね等しい容量を有し、抵抗Ｒは抵抗値１００ｋΩであり、抵抗Ｒ’は抵抗Ｒと概ね等しい抵抗値を有するものであり、ｋは昇圧変圧器Ｔの変成比である。
【００２８】
図５(a)，(b)は、図４に示した回路の、１０Ｈｚないし１００００Ｈｚに範囲における周波数対比誤差および周波数対位相角の実測特性図である。何れも実線で示した特性は、図４の負性インピーダンスを接続した回路により得られたものであり、破線で示した特性は、同軸ケーブルＣ（１００００ｐＦ）および外部抵抗Ｒ（１００ｋΩ）を接続したのみの回路により得られたものである。
【００２９】
この実線の特性を破線の特性と比較することにより、比誤差および位相角をともに大幅に改善することができた。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の基本的構成を示す説明図。
【図２】本発明の実施例１の構成を示す回路図。
【図３】本発明の実施例２の構成を示す回路図。
【図４】本発明の実施例３の構成を示す回路図。
【図５】図５(a)および(b)は、図４に示した構成の周波数対比誤差特性および周波数対位相角特性を示す特性図。
【図６】従来の電圧測定回路の構成を示す回路図。
【図７】従来の演算増幅器を用いた電圧測定回路の構成を示す回路図。
【符号の説明】
【００３１】
Ｚ１  出力インピーダンス
Ｚ２  外部負荷
Ｚ３  負性インピーダンス
ＶＳ  電圧源
ＳＳ  電圧信号源
ＲＤ  抵抗分圧器
ＮＬ  負性インピーダンス
ＤＳ  直流信号源
Ａ  電圧増幅器
Ａ（１）  電力増幅器
ＩＤ  誘導変圧器
Ｒ，Ｒ’  抵抗
Ｃ，Ｃ’  容量
ｖ  電圧
ｉ  電流
【図１】
2008286551.tif 000003
【図２】
2008286551.tif 000004
【図３】
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【図４】
2008286551.tif 000006
【図５】
2008286551.tif 000007
【図６】
2008286551.tif 000008
【図７】
2008286551.tif 000009