CN1101077C - 分路线性隔离电路装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种分路隔离放大器(10)，在其高路(26)和低路(24)中各采用变压器(30)和单输入双输出的闭环光耦合器(66)，以获得无须频率补偿调节的平的宽频响应特性。在低路频率范围(106)，光耦合器给出全部或大部分信号输出。该隔离放大器用到一大致重叠的分隔频率范围(104)，其中高低路信号分别加到变压器的初级线圈(28)和差分地加到次级线圈(40，42)上。在分隔频率范围的频率上，初次级产生的磁通分量共同作用产生有平坦响应的组合输出信号。

Description

分路线性隔离电路装置及方法
本发明涉及电子测量设备，更具体说，涉及一种线性分路(或双路)隔离电路，该电路具有稳定的平坦频率响应，从而在很宽频率范围内能进行隔离的电信号电压测量。
对于电压提高到明显高于地电位的电压信号，很难进行安全而精确的测量。相当普遍的情况是，待测量的信号是跨在一个高电平共态信号上的一个低电平信号，这就须要测量设备有高的共态抑制比。另外，外来的地电流可能将交流声和地回路感应电压加到测量信号上。这些问题尤其是在对电压信号作宽带示波测量时特别严重。
上述测量问题经常迫使示波器使用者不得不采用一些有危险的测量技术，例如采用不接地参考电位的示波器“悬浮”方式。典型的是用一个隔离变压器、有3-2接脚的电源插头适配器、或更简单地将示波器电源插头的接地脚切断，使示波器“悬浮”。使示波器“悬浮”不仅增加了示波器上高压电击的危险，也不适当地加强了其电源变压器的绝缘，从而由于容性感应的地电流而引起测量精度降低。
很清楚，为了进行安全而精确的测量，示波器应当接地。所幸有几种安全且精确的悬浮测量方法可用，包括使用非直接的接地设备、差分测量设备、隔离输入系统、以及隔离放大器等。
非直接接地设备可接在测量设备与主电源之间。一种典型的非直接接地设备是A6901型接地隔离监视器，由Tektronix公司，Beaverton，Oregon(本申请的受让人)制造。该接地隔离监视器使测量设备悬浮到约40伏的安全信号参考电平，而当信号参考电平超过40伏时可立刻使测量设备与地重新连接起来。遗憾的是测量限制在40伏，全部测量设备升压在该参考电平，一旦疏忽将测量设备接地就会使测量电路短路，并且在参考接地点与电源接地点之间形成很大电容，从而使测量不够精确。
差分电压测量不必使测量设备悬浮，由于采用了差分放大器因而可达到高精度，这种设备例如有Tektronix公司，Beaverton，Oregon(本申请的受让人)所制造的11A33型设备。遗憾的是差分放大器价格昂贵且过于复杂，只有有限的共态抑制，需要若干对均衡探针(balancedprobes)连接至待测信号上，并且只限于测量低于500伏左右的测量信号电压。
隔离输入系统包括电池供电的手持测量装置，该装置总是与主电源隔开。这种装置通常有很好的绝缘性，并能测量电压高至几百甚至几千伏的小信号。遗憾的是电池供电的该测量装置通常只有有限的测量灵敏度和带宽，并且对于待测量电路有较大的电容。
隔离放大器通常连接在待测量电路与测量设备之间。一种典型的隔离放大器是Tektronix公司，Beaverton，Oregon(本申请的受让人)制造的A6902B型电压隔离放大器。隔离放大器提供了一个隔离层，而待测量的信号可跨过该隔离层耦合进来。隔离放大器是解决悬浮测量的一个极佳方案，因其输入信号电压允许高至3000伏左右，其隔离层之间的电容相当低，而测量带宽由于采用了分路隔离技术可达到从零赫芝(直流，即DC)至25兆赫左右。
分路隔离技术采用了分开的隔离层装置，用以将DC-低频(“低路”)分量和低频-高频(“高路”)分量的输入信号耦合起来。用一个综合放大器将低路和高路的输出重新组合起来，从而产生最后的DC至高频(“宽带”)的输出信号。
A6902B高路和低路分别使用了一个变压器和一个光耦合器，以耦合跨于隔离层的输入信号的分开的频率分量从而驱动综合放大器。低路的线性由第二个光耦合器控制，该耦合器提供了一个闭环反馈回路。遗憾的是，低路的线性取决于两个光耦合器的热和电传输特性匹配的程度。高路的线性取决于变压器的耦合特性，该特性在很大程度上又与变压器磁心材料的磁通特性有关。上述决定线性的因素共同起作用，使得A6902B需要17项调节过程，以适当地兼顾其增益、偏置、和频率响应。
对于电信号电流的测量，通常须要在载流导体中插进一个测量电流的感测器，这一有危险隐患的操作改变了导体的频率响应，使得对高频的测量不精确。于是，早先的技术人员使用了一种霍耳效应装置去感测导体中电流感应的磁通，以测量DC-中频信号电流，而不切断导体或与其电接触。如果信号电压能先转变成信号电流，则霍耳效应装置也能用于隔离放大器的低路中。1970年8月18日公布的题为“宽频范围内有效测量磁场的方法和设备”的美国专利第3,525,041中描述了一种典型的感测电流的霍耳效应装置，该专利已转让予本申请的受让人。遗憾的是，霍耳效应装置的电流敏感度随温度而变化，故须经常地加以修正以保持测量精度。另外，霍耳效应装置不大适宜采用反馈技术，因此其线性很差。广泛用于耦合和隔离数字信号(其中信号逼真度不是主要因素)的光耦合器通常也有同样的问题。早先的分路隔离放大器在保持低路和高路频率重叠的分隔频率(crossoverfrequency)范围内的信号精度方面也存在困难。众所周知，可将3分贝(3-db)的低路与高路的滚降频率(rolloff frequency)匹配起来以达到分隔频率，该分隔频率使得在该频率下组合信号的幅度中有稍许“下降(dip)”。因此，常规的分路放大器通常使用了许多或可大幅度变化的电阻和电容调节器件，以便在分隔频率范围内校正组合信号的幅度。可变电阻和电容必须是精密的组件，可惜这明显增加了早先的隔离放大器的成本，降低了其可靠性，并且须要定期调整以保持信号的精确度。
因此，需要有一个简单的线性分路隔离放大器，该放大器可免除频率补偿调整，具有很宽的信号测量带宽，隔离层的跨电容较小，总成本较低，并有较高的可靠性。
本发明的目的在于提供一种改进的分路隔离装置及方法，其在很宽的信号测量频率范围内都有精确的和可靠的响应。
本发明的另一目的在于提供一种简化的分路隔离放大器，其能维持稳定的频率和脉冲响应，而无须进行频率外偿调整。
本发明的又一目的在于提供一种分路隔离放大器，其在一很宽温度范围内只有很小的幅度响应漂移。
本发明的再一目的在于提供一种线性分路隔离放大器，其输出信号能精确代表输入信号，而与所用的低路和高路隔离层中的非线性程度无关。
本发明还有一目的在于提供一种示波器，该示波器有一个悬浮输入放大器，其降低了示波器的成本，同时改进了示波器的可靠性和工艺性。
为此，一个分路隔离放大器电路采用了一个磁通调零变压器，该变压器设置在高路中；并且采用了一个单输入多输出的光耦合器，以便在低路中提供闭环反馈，以达到平坦的宽频率响应，而无须进行频率补偿调节。在低路频率范围，光耦合器使全部或大部分信号到达输出端。隔离放大器采用了一个基本上重叠的分隔频率范围，在此范围内，高路信号加到变压器的初级线圈上，而低路信号差分地加到变压器的各次级线圈上。在低于分隔频率范围的频率上，当初级线圈的耦合信号降落时，来自光耦合器的信号占主要；而在高于分隔频率范围的频率上，当来自光耦合器的信号降落时，初级线圈的耦合信号占主要。在分隔频率范围内的频率上，由变压器初级和次级线圈产生的磁通分量共同起作用，从而提供了具有平坦频率响应的一个组合输出信号。仅有的调节是须要匹配低路对高路的增益，以补偿低路中的任何偏差。
以下参照附图对本发明的最佳实施例进行详细的描述，由此可更清楚地看出本发明的其他目的和优点。
图1是本发明的电路示意图，示出一个最佳分路隔离放大器；
图2A、2B和2C分别是对于图1的高路、低路、和分路放大器的作为时间函数的脉冲响应曲线图；
图3是对于图1所示放大器的低路和高路段的作为时间函数的幅度响应曲线图；
图4是一简化的方框示意图，示出本发明的有一对分路隔离放大器的双通道示波器的实施例。
图1示出分路隔离放大器10(以后称为“放大器10”)，其中的输入信号源12与一个50欧姆的端电阻14电连接，同时经一30千欧的电阻16接运算放大器18(以后称为“放大器18”)的正向输入端，并且接跨导放大器20(以后称为“放大器20”)的正向输入端。输入信号源12接隔离接地点22以获得参考电位。放大器18最好用PaloAlto，加利福尼亚，国际半导体公司生产的LN-412型号的产品，而放大器20最好用Sunnyvale，加利福尼亚，Maxim集成产品公司生产的MAX-435型号的产品。放大器18和20将来自输入信号源12的信号分成低路24和高路26两路。
对于高路26，输入信号源12与放大器20的正向输入端电连接，该放大器将输入信号转换成流过变压器30初级线圈28的相应差分输出电流。变压器30最好用ZMAN magnetics，Kent，华盛顿生产的部件号为Z-93203J的环形变压器。放大器20的差分输出端经过160欧姆的电阻32和75欧姆的电阻34及36接收一个隔离电压源+Vi的供电。
流过初级线圈28的高路26的信号电流在变压器30的磁心38中产生磁通，该磁通随时间变化并穿过初级线圈28而感应出一个相应的电压。该磁通还穿过一对次级线圈40和42，从而在其中感应出随时间变化的相应电流，于是在与初级线圈28产生的磁通相反的方向上产生一磁动势。次级线圈40和42中随时间变化的电流仅在高频范围起作用，从而使初级线圈28产生的磁通有效地降为零。
次级线圈40和42的第一对反相输出接点为高频端，该端通过由20欧姆的电阻48和50与0.015微法的电容52和54形成的串联阻容(“RC”)网络端接到底盘接地端46上。次级线圈40和42的第二对反相输出接点为宽带端，该端通过两个20欧姆的电阻56和58端接到底盘接地点46上，该电阻的两端为所产生的差分输出电压+VOUT和-VOUT(统称“VOUT”)。优选的高频率寄生抑制RC网络典型地由330欧姆的电阻60和0.003微法的电容62构成，该网络可根据选作特定用途的放大器90的类型而跨接在差分输出端上。
图2A示出对一个200毫伏阶跃输入信号的高路26的幅度随时间变化的响应曲线。高路26随着输入信号的上升而升高，但立刻按指数衰减到接近零伏，即在大约36.6微秒内由90％下降到10％。该下降时间表示高路26有一个大约9.5千赫的低频3分贝的滚降频率。
再参看图1，变压器30还形成了隔离层44(以虚线表示)的第一部分，该隔离层将放大器10分开成两部分，其参考电位分别以隔离接地点22和底盘接地点46的电位为准。隔离层44可由空气隙、真空层、或其他一些形式的电绝缘体形成。变压器30的优选参数如下所述。
环形磁心是Magnetics公司生产的部件型号为G-40705-TC的磁心，其外径为7.62毫米(0.300英寸)，内径为3.18毫米(0.125英寸)，高为4.78毫米(0.188英寸)。
初级线圈28为32-AWG镀银硬铜线，带有0.25毫米(0.010英寸)厚的TEFLON(聚四氟乙烯)绝缘层。
次级线圈40和42各为双绕32-AWG涂瓷漆的12匝导线，在磁心38上形成平坦的单层。
次级线圈40和42的顶上绕一单层Minnesota Mining和Manufacturing型号56的TEFLON带。
初级线圈28有4匝导线，形成分布在带形次级线圈40和42顶上的平坦的一单层。
次级线圈40和42各有约208至约364微亨的电感，这是在100千赫时以0.1伏最大测量信号测出的。
变压器30的最小带宽是250兆赫左右。
该变压器30设计成能经受在至少3500伏均方根电压下历时10秒的高压击穿试验(初级对次级)，以及在4400伏均方根电压下历时1分钟的浪涌电压承受试验。
对于低路24，按照输入信号源12的输入信号电压，放大器18可控制地通过一个发光二极管(“LED”)64吸收来自隔离的正电压源+Vi的电流，该发光二级管位于一个单输入双输出的光耦合器66内，该耦合器最好采用Hewlett-Packard公司，Inglewood，Colorado制造的CNR-201型号的耦合器。一个245欧姆的电阻68将通过LED64的电流限制在一安全值下。光耦合器66包括一对匹配的光二极管70和72，各自感测基本上相等的由LED64响应所述可控制吸收的电流而产生的光通量一部分。光耦合器66还形成为隔离层44的第二部分。
光二极管70对光通量作出响应，产生相应的信号电流，此电流从隔离负电压源-Vi经一个2000欧姆的电阻74流向偏置网络电阻76和78的接点。在光二极管70和电阻74的接点处产生的反馈电压电连接到放大器18的反向输入端，于是形成了围绕放大器18的负反馈回路。因此，放大器18对设备中的，例如LED64和光二极管70和72中的固有的非线性进行了补偿，使得在光二极管70和72中流过匹配的信号电流，从而可靠地反应了输入信号源12上的信号电压。
隔离电压源+Vi和-Vi各有大约5伏的最佳电位，通常是由将跨接在隔离层44上的100千赫电源与一个低电容变压器(图中未示出)耦合起来而产生的。然后采用通常的整流和整型过程。或者，也可采用电池、光电器件、或其他隔离的低电容电源耦合技术。
隔离层44的另一边以底盘接地点46为参考电位，信号电流从光二极管72控制下的电压源V流向运算放大器80，该放大器最好采用国际半导体公司，Palo Alto，加利福尼亚，制造的L-412型号的放大器。放大器80的增益可以用可变电阻82调节，该电阻可调整到大致与电阻74的2000欧姆电阻值相匹配，从而使光二极管70和72中参不多有相等的信号电流流过。或者，也可以采用一个数/模转换器驱动一个电压可控增益元件，以数字方式控制放大器80的增益。
同样，放大器80的偏置可以利用一个250欧姆的可变电阻84加以调节，该电阻的滑动臂经一2000欧姆的电阻86接放大器80的正向输入端。可变电阻84的一端接底盘接地点46，另一端经一2200欧姆的电阻88接电压源+V。或者，也可以采用一个数/模转换器驱动放大器80的正向输入端，以数字方式控制放大器80的偏置。
放大器80的电压输出由一个跨导放大器90转换成差分电流，该差分输出驱动变压器30的次级线圈40和42的高频两端。放大器90最好是一个常规的集成电路放大器，但是任何具有例如Maxim集成产品公司，Sunnyvale，加利福尼亚，生产的MAX-435或MAX-436型号放大器特性的放大器都可用于本发明。放大器90的正负输出端分别接次级线圈40和42，使放大器90的差分输出电流经次级线圈40和42流向宽带端电阻56和58，以产生与输出电流成比例的输出电压VOUT的低频分量。另外，放大器90的差分输出电流还在磁心38中产生一磁通，该磁通的方向与初级线圈28产生的磁通方向相反。因此，在低路频率下，次级线圈40和42中的电流所产生的磁通实际上会抵消初级线圈28所产生的磁通。
图2B示出对250毫伏阶跃输入信号的低路24的幅度作为时间函数的响应曲线。在大约1.3微秒的上升时间内低路24以指数从250毫伏的10％升至90％。该上升时间表示低路24有约269千赫的高频3分贝滚降频率。
再看图1，当低路24施加予次级线圈40和42的信号开始下降时，通过变压器30耦合的高路26的信号开始占输出电压VOUT的主要部分。在低路24和高路26均在磁心38中产生较大磁通的频率下，由两路产生的磁通分量的向量和趋向零。如果其中一路无足够的驱动电流(例如低路24)，则另一路产生的足够大的电流将使输入磁通降为零。因此，在分隔频率范围内低路24和高路26共同有效地起作用，以产生放大器10的平坦的宽带频率响应特性。
由于在放大器10的全部频率范围内变压器10的磁心38中的静磁通实际上为零，故非线性磁效应减小许多或基本上被消除。此外，由于在反馈回路中采用匹配的光二极管70和72来精确跟踪LED64的光通量，所以保证了光耦合器66的时间和温度稳定性。因此，本发明对于低路24和高路26之间的各种变化可互补地进行自补偿，从而产生可以精确表示输入信号源12上输入信号电压的输出电压VOUT。
图2C示出对100毫伏阶跃输入信号的放大器10的最后组合幅度作为时间函数的响应曲线。在大约3.23毫微秒的上升时间内放大器10以指数从100毫伏的10％升至90％。该上升时间表示放大器10有约108兆赫的高频3分贝滚降频率。
参看图1和图3，在由双箭头线104所表示的分隔频率范围内，低路幅度响应曲线100与高路幅度响应曲线102最好大致重叠。特别是，低路24在约269千赫频率处有一高频3分贝下降点106，而高路26在约9.5千赫频率处有一低频3分贝下降点108。
变压器30、光耦合器66、电源耦合变压器、以及其他寄生电容源合在一起造成的跨隔离层44的总电容约50微微法，此电容大小足以使外来的地电流减至最小。
图4示出一个示波器112，其中用到本发明的一对分路隔离放大器110A和110B(统称“放大器110”)。放大器110A有一隔离层114A(以虚线表示)，它将放大器110A中的第一隔离接地点116与示波器112中的底盘接地点118分离开来。同样，放大器110B有一隔离层114B(以虚线表示)，它将放大器110B中的第二隔离接地点120与示波器112中的底盘接地点118分离开来。隔离层114A和114B安排成使隔离接地点116、118互相隔离，同时与120也彼此隔离。隔离层114A和114B可抵御几千伏的电压，而示波器内所考虑的绝缘，实际上只需要约600伏级的隔离电压。
由放大器110所产生的输出信号VOUT是以底盘接地点118的电位为参考电位的，以便驱动通常的垂直放大器122A和122B(统称“垂直放大器122”)，该放大器又驱动一个触发器子系统124和显示器子系统126的一对垂直输入V。触发器子系统124选取从垂直放大器122接收的信号中的适当部分，以便触发一个扫描子系统128，然后产生一扫描信号以驱动显示器子系统126的水平输入H。于是，由放大器110产生的输出信号由显示器子系统126将其以通常的电压-时间函数形式图示出来。
连接器130A接收以第一隔离接地点116为参考电位的第一个电信号，并使之电连接到一个衰减器132A上以调节信号，然后再接到放大器110A的隔离输入端。同样，连接器130B接收以第二隔离接地点120为参考电位的第二个电信号，并使之电连接到一个衰减器132B上以调节信号，然后再接到放大器110B的隔离输入端。
与示波器中通常用的宽带放大器相比，放大器110的意想不到的长处在于其简单性、线性和工艺性好。因此，在示波器112中最好采用放大器110，尽管这种隔离放大器通常只是作为独立应用的附件而提供。除了有信号隔离的主要好处外，示波器112还从改进的维修性、可靠性、信号保真度、带宽、稳定性、操作安全性和降低成本等方面获得好处。
示波器112最好采用信号调节器、信号取样器、数化器、处理器、存储器、以及光栅扫描显示技术，以制成通常的双通道数字取样式示波器主机。当然，也可以采用通常的模拟示波器技术，无论哪种技术都可包含任意数目的信号通道。一个典型的示波器主机是2465型主机，是由本发明的受让人制造的。另外，涉及放大器110和衰减器132的控制，可以利用通过光耦合器，变压器等耦合在隔离层114两边的数字信号而进行“冷切换”。
本领域技术人员当了解，本发明的某些部分可以有其他的实施方式。例如，变压器30可以只有单独一个次级线圈，而以一单端放大器激励。
上述最佳实施例列出了一些优选的元件类型和数值，但是显然，可以改变、添加、或去掉一些放大器、变压器、光耦合器、以及有关型号和数值的元件，以适应各种特定用途的需要。
同样，以上描述的本发明是以离散元件实施的，然而，其中一些放大器、部件、和子系统也可做成集成电路的组件、混合电路、或多芯片模块。
另外，虽然最佳实施例中描述的是以手动方式调节相关的放大器80以便使低路24的增益与高路26匹配，但是手动或自动增益和/或偏置调节亦可用到本发明中任何有效的放大器组件上。
本领域的技术人员都明白，对于本发明上述实施例的许多细节方面都可做出各种修改，但这不脱离本发明的构思。本发明也可用于有关信号隔离方面，而不仅仅是电信号测量设备上。因此，本发明的范围应只由所附的权利要求书确定。

Claims (34)

1.一种分路放大器装置，用于放大一个宽带输入信号电压，以提供一个可以精确表示该宽带输入信号电压的宽带输出信号电压，所述分路放大器装置包括：
一个高路放大器，用于放大所述宽带输入信号电压，并将其低频至高频部分耦合到一信号组合器上；
一个低路放大器，用于放大所述宽带输入信号电压，并将其直流至低频部分耦合到所述信号组合器上；以及
所述信号组合器，具有带有初级线圈和第一及第二级线圈的变压器，用于接收上述已被放大的输入信号电压的直流至低频部分和低频至高频部分，所述第一和第二次级线圈与初级线圈共同起作用，以在宽带输出信号电压的直流至高频整个范围内在所述变压器中产生基本上为零的静磁通，所述两频率部分在一分隔频率范围内基本上是重叠的，使该信号组合器能产生具有基本上平的幅度响应特性而无须在分隔频率范围内进行频率响应调整的宽带输出信号电压。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述已放大的输入信号电压的直流至低频部分有大于约100千赫的3分贝滚降频率，而该已放大的输入信号电压的低频至高频部分有小于约10千赫的3分贝滚降频率。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括一个增益调节装置，用于使所述低路放大器的幅度响应与所述高路放大器的幅度响应相匹配。
4.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述宽带输出信号电压是一个在大约零到至少约25兆赫的输入信号频率范围内能精确表示宽带输入信号的电压。
5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述宽带输出信号电压是一个在大约零到至少约100兆赫的输入信号频率范围内能精确表示宽带输入信号的电压。
6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述低路放大器将所述已放大的宽带输入信号的直流至低频部分耦合到一个单输入多输出的光耦合器上，该光耦合器的第一输出部分形成了一个隔离层的第一部分，其第二输出部分形成了围绕所述低路放大器的线性控制反馈回路。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述高路放大器将所述已放大的宽带输入信号的低频至高频部分耦合到一个变压器上，该变压器形成了所述隔离层的第二部分。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述变压器的第一次级线圈电连接到一个第一端电阻上；所述宽带输出信号电压的直流至低频部分是由受所述光耦合器控制的第一电流跨过第一端电阻而形成的；所述宽带输出信号电压的低频至高频部分是由所述变压器的第一次级线圈所产生的电压跨接在第一端电阻上而形成的。
9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述变压器的第二次级线圈电连接到一个第二端电阻上；所述宽带输出信号电压的直流至低频部分还由受所述光耦合器控制的第二电流跨过第二端电阻形成；而所述宽带输出信号电压的低频至高频部分还由所述变压器的第二次级线圈所产生的电压跨接在第二端电阻上形成；所述第一和第二端电阻协同工作而产生一个差分宽带输出信号电压。
10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述宽带输入信号以第一接地点为参考电位，而所述宽带输出信号以第二接地点为参考电位，两接地点以所述隔离层相互电绝缘。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一接地点与所述第二接地点之间的隔离层的电容小于约50微微法。
12.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第一接地点相对于所述第二接地点的电压高至约50伏到约4400伏的电压范围。
13.一种分路隔离装置，用于接收一个以第一接地点为参考电位的宽带输入信号电压，并对该输入信号电压作精确放大，以提供一个以第二接地点为参考电位的宽带输出信号电压，两接地点以一隔离层彼此隔离；所述装置包括：
一个高路放大器，用于放大所述宽带输入信号电压，并将其低频至高频部分耦合到一个带有一初级线圈和第一及第二次级线圈的变压器上，该变压器形成了所述隔离层的第一部分；
一个低路放大器，用于放大所述宽带输入信号电压，并将其直流至低频部分耦合到一个单输入多输出的光耦合器上，该光耦合器的第一输出部分形成了围绕所述低路放大器的线性控制反馈回路，其第二输出部分形成了所述隔离层的第二部分；以及
一个信号组合器，包含所述变压器，用于接收上述耦合在所述隔离层两边的已被放大的输入信号电压的直流至低频部分和低频至高频部分，所述第一和第二次级线圈与初级线圈共同起作用，以在宽带输出信号电压的直流至高频整个范围内在所述变压器中产生基本上为零的静磁通，所述两频率部分在一分隔频率范围内基本上是重叠的，使该信号组合器能产生具有基本上平的幅度响应特性而无须在分隔频率范围内进行频率响应调整的宽带输出信号电压。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述耦合在隔离层两边的已放大的输入信号电压的直流至低频部分有大于约100千赫的3分贝滚降频率，而该耦合在隔离层两边的已放大的输入信号电压的低频至高频部分有小于约10千赫的3分贝滚降频率。
15.如权利要求13所述的装置，其特征在于，还包括一个增益调节装置，用于使所述低路放大器的幅度响应与所述高路放大器的幅度响应相匹配。
16.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一接地点与所述第二接地点之间的隔离层的电容小于约50微微法。
17.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一接地点相对于所述第二接地点的电压高至约50伏到约3500伏的电压范围。
18.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述宽带输出信号电压是一个在大约零到至少约25兆赫的输入信号频率范围内能精确表示宽带输入信号的电压。
19.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述宽带输出信号电压是一个在大约零到至少约100兆赫的输入信号频率范围内能精确表示宽带输入信号的电压。
20.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述光耦合器的第一输出部分包含一个光二极管，设在所述低路放大器的一个负反馈回路中，以控制耦合到光耦合器上的信号的直流至低频部分的稳定性和幅度响应特性。
21.如权利要求13所述的装置，其特征在于，所述变压器的第一次级线圈电连接到一个第一端电阻上；所述宽带输出信号电压的直流至低频部分是由受所述光耦合器控制的第一电流跨过第一端电阻而形成的；所述宽带输出信号电压的低频至高频部分是由所述变压器的第一次级线圈所产生的电压跨接在第一端电阻上而形成的。
22.如权利要求21所述的装置，其特征在于，所述变压器的第二次级线圈电连接到一个第二端电阻上；所述宽带输出信号电压的直流至低频部分还由受所述光耦合器控制的第二电流跨过所述第二端电阻形成；而所述宽带输出信号电压的低频至高频部分还由所述变压器的第二次级线圈所产生的电压跨接在第二端电阻上形成；所述第一和第二端电阻协同工作而产生一个差分宽带输出信号电压。
23.一种用于精确放大一个宽带输入信号电压的方法，其中输入信号电压以第一接地点为参考电位，以提供一个以第二接地点为参考电位的宽带输出信号电压，两接地点以一隔离层彼此隔离，所述方法包括：
将所述宽带输入信号电压分为具有第一3分贝滚降频率的低路信号和具有第二3分贝滚降频率的高路信号，所述第一和第二滚降频率在一分隔频率范围内基本上重叠；
用一个带有初级线圈和第一及第二次级线圈的变压器将高路信号耦合到所述隔离层的两边；
用一个单输入多输出的光耦合器的第一输出部分将低路信号耦合到所述隔离层的两边；
使低路中一个放大器的反馈回路与光耦合器的第二输出部分接合起来；以及
将经所述变压器耦合在所述隔离层两边的低路信号和高路信号组合起来，以产生具有基本上平坦的幅度响应特性而无须在分隔频率范围内进行频率响应调整步骤的宽带输出信号电压，所述第一和第二次级线圈与初级线圈共同起作用，以在宽带输出信号电压的直流至高频整个范围内在所述变压器中产生基本上为零的静磁通。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述第一3分贝滚降频率大于约100千赫，而所述第二3分贝滚降频率小于约10千赫。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，该方法还包括使已耦合的低路信号的幅度与已耦合的高路信号的幅度相匹配的步骤。
26.如权利要求23所述的方法，其特征在于，该方法还包括使所述第一接地点相对于所述第二接地点的电压升高至约50伏到约3500伏电压范围的步骤。
27.如权利要求23所述的方法，其特征在于，其中所述组合的步骤还包括：
用所述光耦合器控制一电流，按照此电流在一个端电阻的两端产生宽带输出信号电压的低路信号部分；以及
用所述变压器的次级线圈产生一电压，按照此电压在所述端电阻两端产生宽带输出信号电压的高路信号部分。
28.带有底盘接地点的示波器中用的一种改进的装置，用于精确显示以第一隔离接地点为参考电位的第一输入信号的幅度对于时间的响应曲线，该装置包括：
第一隔离层，该隔离层将所述第一隔离接地点与所述底盘接地点分离开来；
第一分路隔离放大器，接收所述第一输入信号，该放大器包含一个高路放大器，其使用一个带有一初级线圈和第一及第二线圈的变压器将所述第一输入信号的高频部分耦合到所述第一隔离层两边；还包含一个低路放大器，其使用一个单输入多输出的光耦合器将所述第一输入信号的直流部分耦合到所述第一隔离层两边；
第一信号组合器，包含所述变压器，用于将耦合在所述第一隔离层两边的第一输入信号的直流和高频部分组合起来，用于产生一个以所述底盘接地点为参考电位的能精确表示所述第一输入信号的第一宽带输出信号，所述第一和第二次级线圈与初级线圈共同起作用，以在宽带输出信号电压的直流至高频整个范围内在所述变压器中产生基本上为零的静磁通；以及
一个显示子系统，接有所述第一宽带输出信号，以显示所述第一输入信号的幅度对时间的响应曲线。
29.如权利要求28所述的装置，其特征在于，该装置还包括：
第二隔离层，该隔离层将一个第二隔离接地点与所述底盘接地点分离开来；
第二分路隔离放大器，接收一个以所述第二隔离接地点为参考电位的第二输入信号，该放大器包含一个高路放大器，其使用一个带有一初级线圈和第一及第二线圈的变压器将所述第二输入信号的高频部分耦合到所述第二隔离层两边；还包含一个低路放大器，其使用一个光耦合器将所述第二输入信号的直流部分耦合到所述第二隔离层两边；
第二信号组合器，包含所述变压器，用于将耦合在所述第二隔离层两边的第二输入信号的直流和高频部分组合起来，用于产生一个以所述底盘接地点为参考电位的能精确表示所述第二输入信号的第二宽带输出信号，所述第一和第二次级线圈与初级线圈共同起作用，以在宽带输出信号电压的直流至高频整个范围内在所述变压器中产生基本上为零的静磁通；并且
所述显示子系统接有所述第二宽带输出信号，以显示所述第二输入信号的幅度对时间的响应曲线。
30.如权利要求29所述的装置，其特征在于，所述底盘接地点、第一隔离接地点、第二隔离接地点用所述第一和第二隔离层彼此隔离开来。
31.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述低路放大器有大于约100千赫的3分贝滚降频率，而所述高路放大器有小于约10千赫的3分贝滚降频率。
32.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述第一隔离接地点与所述底盘接地点之间的第一隔离层的电容小于约50微微法。
33.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述第一隔离接地点相对于所述底盘接地点的电压高至约50伏到约600伏的电压范围。
34.如权利要求28所述的装置，其特征在于，所述第一输入信号的幅度对时间的响应曲线显示值是一个在大约零到至少约100兆赫的第一输入信号频率范围内精确表示第一输入信号的显示值。
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