JP2009047579A - 利得位相校正装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基準電圧に対して交流電圧と位相を任意に調整可能な信号電圧を出力する信号生成器3、4、5と、該信号生成器の信号電圧を入力する校正対象の電気変換器6と、一方の入力端子に前記基準電圧、他方の入力端子に校正対象の電気変換器6からの出力電圧を入力する差動増幅器7と、差動増幅器7からの出力電圧を入力する零点検出器8とからなり、零点検出器8が零となるように信号生成器3、4、5の電圧と位相を調整することにより、電気変換器6の利得、位相を把握し校正することを可能にしたことを特徴とする利得位相校正装置である。
【選択図】図1
Description
図7は、従来技術に係る利得位相校正装置の一例を示す図である。
同図において、101は正弦波発振器、102は十分な振幅および時間分解能をもつ波形記録器、103は利得および位相を校正しようとする校正対象の増幅器である。
同図に示すように、この装置は、正弦波発振器101からの出力電圧と、この出力電圧を増幅器103で増幅して出力された出力電圧とを、それぞれ波形記録器102で同時に記録する。ここで、正弦波発振器101からの出力電圧の振幅をA1、増幅器103からの出力電圧の振幅をA2、正弦波発振器101の発振周波数をf、後者の出力電圧の前者の出力電圧に対する遅延時間をdとすると、利得A(無次元)は数式1により、位相D(ラジアン)は数式2により得られる。
図8は、分圧器(アッテネータ)を用いた利得校正装置の一例を示す図である。
同図において、104は分圧器(アッテネータ)、105は電圧計、なお、その他の構成は図1に示した同符号の構成に対応する。
同図に示すように、正弦波発振器101から分岐された一方の出力電圧は、分圧器104に入力され、分圧器104によって1/Aに減圧され、減圧後、増幅器103に入力され、増幅器103から出力された電圧を電圧計105によって測定する。また、正弦波発振器101から分岐された他方の出力電圧は、電圧計105によって測定される。ここで、電圧計105の指示値が、増幅器103から出力された電圧値と正弦波発振器101から出力された電圧値とが同一値を示すように分圧器104の設定を調整したとき、分圧器104の分圧比Aが増幅器103の利得に相当する。この利得Aに基づいて増幅器103の利得を校正することができる。このような校正方法は一般的に置換法と呼ばれ、電圧計105は比較器としてのみ用いられるため絶対的な精度が問われないこと、および分圧器104は極めて安定なため一般には定期的校正が不要であること等の利点がある。
また、特許文献1および特許文献2に記載の校正装置も、図7に示した利得校正装置と同様に定期的校正とより上位の精度を有する標準機器が不可欠であるという問題がある。
また、図8に示した利得校正装置は、校正できるのは利得のみで、位相は校正できない。分圧器104を用いた置換法で位相も校正しようとすると、波形記録器を併用する必要がある。この際、波形記録器の電圧分解能と絶対精度は利得校正に影響しないが、時間分解能と絶対精度は位相校正結果に直接影響する。従って十分な時間分解能を有し、かつ精度上より上位の発振器、カウンタ等で定期的に校正する必要がある。
第1の手段は、基準電圧と、該基準電圧に対して交流電圧と位相を任意に調整可能な信号電圧を出力する信号生成器と、該信号生成器からの前記信号電圧を入力する校正対象の電気変換器と、一方の入力端子に前記基準電圧、他方の入力端子に前記校正対象の電気変換器からの出力電圧を入力する差動増幅器と、該差動増幅器からの出力電圧を入力する零点検出器と、からなり、前記零点検出器が零となるように前記信号生成器の前記交流電圧と前記位相を調整することにより、前記校正対象の電気変換器の利得および/または位相を把握し校正することを可能にしたことを特徴とする利得位相校正装置である。
第2の手段は、基準電圧と、該基準電圧に対して交流電圧と位相を任意に調整可能な信号電圧を出力する信号生成器と、前記基準電圧に直流電圧を重畳した電圧を出力する第1の電圧変換器と、前記信号発生器から出力する信号電圧に前記直流電圧と同電圧の直流電圧を重畳した電圧を出力する第2の電圧変換器と、該第2の電圧変換器から出力される信号電圧を入力する校正対象の電気変換器と、一方の入力端子に前記第1の電圧変換器からの出力電圧、他方の入力端子に前記校正対象の電気変換器からの出力電圧を入力する差動増幅器と、該差動増幅器からの出力電圧を入力する零点検出器と、からなり、前記零点検出器が零となるように前記信号生成器の前記交流電圧と前記位相を調整することにより、前記校正対象の電気変換器の利得および/または位相を把握し校正することを可能にしたことを特徴とする利得位相校正装置である。
第3の手段は、基準電圧と、該基準電圧に対して交流電圧と位相を任意に調整可能な信号電圧を出力する信号生成器と、前記信号発生器から出力された信号電圧によって充電されるコンデンサと、該コンデンサの出力電圧を入力する校正対象の電気変換器と、一方の入力端子に前記基準電圧、他方の入力端子に前記校正対象の電気変換器からの出力電圧を入力する差動増幅器と、該差動増幅器からの出力電圧を入力する零点検出器と、からなり、前記零点検出器が零となるように前記信号生成器の前記交流電圧と前記位相を調整することにより、前記校正対象の電気変換器の利得および/または位相を把握し校正することを可能にしたことを特徴とする利得位相校正装置である。
第4の手段は、第1の手段ないし第3の手段のいずれか1つの手段において、前記信号発生器から出力される信号電圧は、調整可能な分圧電圧を出力する第1の誘導分圧器と、前記分圧電圧に対して位相が90度異なり調整可能な分圧電圧を出力する第2の誘導分圧器と、該第2の誘導分圧器からの分圧電圧を変圧する注入用トランスとからなり、前記第1の誘導分圧器からの分圧電圧に前記注入用トランスからの出力電圧を重畳した電圧であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つの請求項に記載の利得位相校正装置。
図1は、本実施形態の発明に係る利得位相校正装置の構成を示す図である。
同図において、1は正弦波交流電圧を出力する正弦波発振器、2は正弦波発振器1の出力電圧と振幅Vinおよび周波数fが同じで、位相が90°進んだ正弦波交流電圧を出力する正弦波発振器、3は正弦波発振器1の出力端間に接続される誘導分圧器、4は正弦波発振器2の出力端間に接続される誘導分圧器、5は、誘導分圧器3の端子a、b間に誘起した交流電圧に、誘導分圧器4の端子d、e間に誘起した電圧を変圧して2次側の端子b、e間に誘起した電圧を、重畳するための注入用トランス、6は利得および位相の校正対象となる交流増幅器や位相差計等の電気変換器、7は差動増幅器、8は、一般にロックインアンプ等により実現可能な零点検出器である。ここで、a、bは誘導分圧器3から分圧電圧を取り出すための端子、c、dは誘導分圧器4から分圧電圧を取り出すための端子、b、eは注入用トランス5の2次側に誘起した電圧を取り出すための端子、fは電気変換器6の出力側の端子である。
図3は、校正対象とする電気変換器6の入力側の端子e点における端子a(基準電位)に対するV(t)のベクトル図である。
同図に示すように、電気変換器6の入力側端子e点における電圧V(t)は数式3で示される。
差動増幅器7の一方の端子には、誘導分圧器3の端子aにおける基準電位(接地電位)が入力され、差動増幅器7の他方の端子には、電気変換器6の端子eの交流電圧V(t)を増幅した電圧が入力される。ここで、誘導分圧器3の分圧比R1、誘導分圧器4の分圧比R2、注入用トランス5の巻線比Pをそれぞれ調整して、差動増幅器7から出力される電圧が零となるように零点検出器8を観察する。
零点検出器8が零を指示したときの電気変換器6の利得Aおよび位相Dはそれぞれ数式4および数式5から求められる。
図4は本実施形態の発明に係る利得位相校正装置の構成を示す図である。
同図において、9は端子aの電位(基準電位)に対して直流電圧Vbがバイアスされて出力される電圧変換器、10は端子eの電位に対して直流電圧Vbがバイアスされて出力される電圧変換器、11は利得および位相の校正対象となる直流増幅器等の電気変換器、gは電圧変換器9の出力側の端子、hは電圧変換器10の出力側の端子である。なお、その他の構成は、図1に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
差動増幅器7の一方の端子には、電圧変換器9の出力側の端子gにおける電圧Vbが入力され、差動増幅器7の他方の端子には、電圧変換器10の出力側の端子eの電圧V(t)+Vbが校正対象の電気変換器11で増幅された出力側の端子fの電圧が入力される。ここで、誘導分圧器3の分圧比R1、誘導分圧器4の分圧比R2、注入用トランス5の巻線比Pをそれぞれ調整して、差動増幅器7から出力される電圧が零となるように零点検出器8を観察する。
零点検出器8が零を指示したときの校正対象の電気変換器11の利得Aおよび位相Dはそれぞれ4式および5式で求められ、分圧比R1、R2および巻線比Pは既知であるので、電気変換器11の利得Aおよび位相Dを容易に求めることができ、求められた利得Aおよび位相Dに基づいて電気変換器11の利得、位相を校正することができる。
図6は本実施形態の発明に係る利得位相校正装置の構成を示す図である。
同図において、12は容量Cで、注入トランス5と校正対象の電気変換器13間に直列に接続されるコンデンサ、13は校正対象の電荷増幅器等の電気変換器である。なお、その他の構成は、図1に示した同符号の構成に対応するので説明を省略する。
差動増幅器7の一方の端子には、誘導分圧器3の端子aにおける基準電位(接地電位)が入力され、差動増幅器7の他方の端子には、コンデンサ12からの出力電圧が校正対象の電気変換器13で変換された端子fの電圧が入力される。
ここで、誘導分圧器3の分圧比R1、誘導分圧器4の分圧比R2、注入用トランス5の巻線比Pをそれぞれ調整して、差動増幅器7から出力される電圧が零となるように零点検出器8を観察する。
零点検出器8が零を指示したときの電気変換器13の利得Aおよび位相Dはそれぞれ4式および5式で求められ、分圧比R1、R2および巻線比Pは既知であるので、電気変換器13の利得Aおよび位相Dを容易に求めることができ、求められた利得Aおよび位相Dに基づいて電気変換器13の利得、位相を校正することができる。
3、4 誘導分圧器
5 注入用トランス
6、11、13 校正対象の電気変換器
7 差動増幅器
8 零点検出器
9、10 電圧変換器
12 コンデンサ
a、b、c、d、e、f、g 端子
Claims (4)
- 基準電圧と、
該基準電圧に対して電圧と位相を任意に調整可能な信号電圧を出力する信号生成器と、
該信号生成器からの前記信号電圧を入力する校正対象の電気変換器と、
一方の入力端子に前記基準電圧、他方の入力端子に前記校正対象の電気変換器からの出力電圧を入力する差動増幅器と、
該差動増幅器からの出力電圧を入力する零点検出器と、
からなり、前記零点検出器が零となるように前記信号生成器の前記交流電圧と前記位相を調整することにより、前記校正対象の電気変換器の利得および/または位相を把握し校正することを可能にしたことを特徴とする利得位相校正装置。 - 基準電圧と、
該基準電圧に対して電圧と位相を任意に調整可能な信号電圧を出力する信号生成器と、
前記基準電圧に直流電圧を重畳した電圧を出力する第1の電圧変換器と
前記信号発生器から出力する信号電圧に前記直流電圧と同電圧の直流電圧を重畳した電圧を出力する第2の電圧変換器と、
該第2の電圧変換器から出力される信号電圧を入力する校正対象の電気変換器と、
一方の入力端子に前記第1の電圧変換器からの出力電圧、他方の入力端子に前記校正対象の電気変換器からの出力電圧を入力する差動増幅器と、
該差動増幅器からの出力電圧を入力する零点検出器と、
からなり、前記零点検出器が零となるように前記信号生成器の前記交流電圧と前記位相を調整することにより、前記校正対象の電気変換器の利得および/または位相を把握し校正することを可能にしたことを特徴とする利得位相校正装置。 - 基準電圧と、
該基準電圧に対して電圧と位相を任意に調整可能な信号電圧を出力する信号生成器と、
前記信号発生器から出力された信号電圧によって充電されるコンデンサと、
該コンデンサの出力電圧を入力する校正対象の電気変換器と、
一方の入力端子に前記基準電圧、他方の入力端子に前記校正対象の電気変換器からの出力電圧を入力する差動増幅器と、
該差動増幅器からの出力電圧を入力する零点検出器と、
からなり、前記零点検出器が零となるように前記信号生成器の前記交流電圧と前記位相を調整することにより、前記校正対象の電気変換器の利得および/または位相を把握し校正することを可能にしたことを特徴とする利得位相校正装置。 - 前記信号発生器から出力される信号電圧は、調整可能な分圧電圧を出力する第1の誘導分圧器と、前記分圧電圧に対して位相が90度異なり調整可能な分圧電圧を出力する第2の誘導分圧器と、該第2の誘導分圧器からの分圧電圧を変圧する注入用トランスとからなり、前記第1の誘導分圧器からの分圧電圧に前記注入用トランスからの出力電圧を重畳した電圧であることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1つの請求項に記載の利得位相校正装置。
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