JP2738828B2 - 静電容量測定方法およびその装置 - Google Patents
静電容量測定方法およびその装置Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、微小容量コンデ
ンサ等の被測定素子の静電容量を測定する静電容量測定
方法およびその装置に関するものである。
ンサ等の被測定素子の静電容量を測定する静電容量測定
方法およびその装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の静電容量値測定方法に用いる静電
容量値測定装置のブロック図を図６に示す。図６におい
て、１は出力インピーダンスＺO をもち所定の周波数ｆ
O の交流電圧ｅO を未知の静電容量ＣX をもった被測定
素子２の一端ａに印加することにより電流ｉO を被測定
素子２に流す交流電圧発生器である。８は非反転入力端
子を接地し利得ＡO を有する増幅器、９は抵抗値Ｒを有
する帰還抵抗である。
容量値測定装置のブロック図を図６に示す。図６におい
て、１は出力インピーダンスＺO をもち所定の周波数ｆ
O の交流電圧ｅO を未知の静電容量ＣX をもった被測定
素子２の一端ａに印加することにより電流ｉO を被測定
素子２に流す交流電圧発生器である。８は非反転入力端
子を接地し利得ＡO を有する増幅器、９は抵抗値Ｒを有
する帰還抵抗である。
【０００３】ここで、被測定素子２を流れる電流ｉO の
うち、電流ｉA が増幅器８の反転入力端子に流れ、電流
ｉR が帰還抵抗Ｒに流れる。このとき、被測定端子２の
他端ｂに生じる電圧ｅS が増幅器８の反転入力端子に加
えられ、増幅器８にて−ＡO倍に増幅されて電圧ｅ
A （＝−ｅS ×ＡO ）が出力される。そして、この電圧
ｅ A に基づいて被測定素子２の静電容量ＣX が測定さ
れ、表示される。
うち、電流ｉA が増幅器８の反転入力端子に流れ、電流
ｉR が帰還抵抗Ｒに流れる。このとき、被測定端子２の
他端ｂに生じる電圧ｅS が増幅器８の反転入力端子に加
えられ、増幅器８にて−ＡO倍に増幅されて電圧ｅ
A （＝−ｅS ×ＡO ）が出力される。そして、この電圧
ｅ A に基づいて被測定素子２の静電容量ＣX が測定さ
れ、表示される。
【０００４】ＣSOは被測定素子２の一端ａから見て交流
電圧発生器１と並列的に存在するストレィ静電容量、Ｃ
SSは被測定素子２の他端ｂから見て交流電圧発生器１と
並列的に存在するストレィ静電容量であり、各々測定リ
ード線や測定ジグ等に起因して生じるものであり、例え
ばストレィ静電容量ＣSSが存在すると、電流ｉO の一部
が電流ｉCSS としてストレィ静電容量ＣSSに流れること
になり、被測定素子２の静電容量ＣX の測定値に誤差が
生じることになる。
電圧発生器１と並列的に存在するストレィ静電容量、Ｃ
SSは被測定素子２の他端ｂから見て交流電圧発生器１と
並列的に存在するストレィ静電容量であり、各々測定リ
ード線や測定ジグ等に起因して生じるものであり、例え
ばストレィ静電容量ＣSSが存在すると、電流ｉO の一部
が電流ｉCSS としてストレィ静電容量ＣSSに流れること
になり、被測定素子２の静電容量ＣX の測定値に誤差が
生じることになる。
【０００５】ここで、被測定素子２の静電容量ＣX の測
定において、ストレィ静電容量ＣSSが存在することによ
る影響について説明する。なお、ストレィ静電容量ＣSO
については後述の本発明の実施の形態の同様であるの
で、説明を省く。まず、図６の静電容量値測定装置にお
いて、ストレィ静電容量ＣSSが存在しないと仮定する。
増幅器８が理想的な増幅器であって、ＡO ≫１、ｉA ≫
ｉR （つまり、ｉR ≒ｉO ）と見なせる場合の増幅器８
の出力電圧ｅA ′は、
定において、ストレィ静電容量ＣSSが存在することによ
る影響について説明する。なお、ストレィ静電容量ＣSO
については後述の本発明の実施の形態の同様であるの
で、説明を省く。まず、図６の静電容量値測定装置にお
いて、ストレィ静電容量ＣSSが存在しないと仮定する。
増幅器８が理想的な増幅器であって、ＡO ≫１、ｉA ≫
ｉR （つまり、ｉR ≒ｉO ）と見なせる場合の増幅器８
の出力電圧ｅA ′は、
【０００６】
【数１】
【０００７】となり、電圧ｅA ′としては静電容量ＣX
に比例した値が得られる。しかし、現実には、ストレィ
静電容量ＣSSが存在するため、電流ｉO の一部が電流ｉ
CSS がとして流れることになり、ｉR ≠ｉO となり、増
幅器８の出力電圧ｅA は、
に比例した値が得られる。しかし、現実には、ストレィ
静電容量ＣSSが存在するため、電流ｉO の一部が電流ｉ
CSS がとして流れることになり、ｉR ≠ｉO となり、増
幅器８の出力電圧ｅA は、
【０００８】
【数２】
【０００９】となり、ｉCSS ×Ｒが誤差電圧ｅerr とな
る。ここで、
る。ここで、
【００１０】
【数３】
【００１１】であるから、ここで、ＣX ＝１００ｐＦ、
ＣSS＝０．１ｐＦであるとすれば、Ｃ X ＝１０００ＣSS
となり、さらに、ＡO ＝１００００（代表的にオペアン
プの利得）の場合）であり、ＡO ≫１、ｅO ≫ｅS 、１
／ωＣX ＝Ｒとし、ｅA ≒ｅOと考える。この場合の出
力電圧ｅA は、
ＣSS＝０．１ｐＦであるとすれば、Ｃ X ＝１０００ＣSS
となり、さらに、ＡO ＝１００００（代表的にオペアン
プの利得）の場合）であり、ＡO ≫１、ｅO ≫ｅS 、１
／ωＣX ＝Ｒとし、ｅA ≒ｅOと考える。この場合の出
力電圧ｅA は、
【００１２】
【数４】
【００１３】であり、この場合の誤差電圧ｅerr （＝ｉ
CSS ×Ｒ）は、
CSS ×Ｒ）は、
【００１４】
【数５】
【００１５】となり、ストレィ静電容量ＣSSが存在しな
い場合の約１０％の誤差が発生することになる。
い場合の約１０％の誤差が発生することになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上記のようにしてコン
デンサの静電容量を測定する場合に、当然被測定素子で
あるコンデンサの両端に測定リード線が接続され、さら
にその先に測定ジグが接続されている。このような静電
容量の測定系においては、測定リード線や測定ジグにス
トレィ静電容量（浮遊容量）が存在している。測定すべ
きコンデンサの静電容量が比較的大きいものでは、上記
のようなストレィ静電容量の影響による測定誤差はほと
んどないが、数百ピコファラッド以下の容量の微小容量
コンデンサの静電容量を測定する場合には、上記した測
定リード線や測定ジグにストレィ静電容量（浮遊容量）
の影響による測定誤差を少なくするために、シールド線
を使用する等の誤差対策を施さなければならないことは
よく知られていることである。
デンサの静電容量を測定する場合に、当然被測定素子で
あるコンデンサの両端に測定リード線が接続され、さら
にその先に測定ジグが接続されている。このような静電
容量の測定系においては、測定リード線や測定ジグにス
トレィ静電容量（浮遊容量）が存在している。測定すべ
きコンデンサの静電容量が比較的大きいものでは、上記
のようなストレィ静電容量の影響による測定誤差はほと
んどないが、数百ピコファラッド以下の容量の微小容量
コンデンサの静電容量を測定する場合には、上記した測
定リード線や測定ジグにストレィ静電容量（浮遊容量）
の影響による測定誤差を少なくするために、シールド線
を使用する等の誤差対策を施さなければならないことは
よく知られていることである。
【００１７】しかしながら、シールド線を使用したとし
ても、上記のストレィ静電容量の影響を有効に排除でき
ず、さらにシールド線自体のもつ静電容量、つまり、ス
トレィ静電容量の影響により、上記したように無視でき
ない測定誤差が発生する。したがって、この発明の目的
は、測定リード線，測定ジグ等に存在するストレィ静電
容量の影響をほとんど受けずに微小容量コンデンサ等の
微小な静電容量を精度良く測定することができる静電容
量測定方法およびその装置を提供することである。
ても、上記のストレィ静電容量の影響を有効に排除でき
ず、さらにシールド線自体のもつ静電容量、つまり、ス
トレィ静電容量の影響により、上記したように無視でき
ない測定誤差が発生する。したがって、この発明の目的
は、測定リード線，測定ジグ等に存在するストレィ静電
容量の影響をほとんど受けずに微小容量コンデンサ等の
微小な静電容量を精度良く測定することができる静電容
量測定方法およびその装置を提供することである。
【００１８】
【課題を解決するための手段】この発明の静電容量測定
方法は、交流電圧発生器から未知の静電容量ＣX をもっ
た被測定素子の一端に所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO
を印加することにより、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅ
O に対して共振状態にあるインダクタおよびキャパシタ
からなるＬＣ直列共振回路を通して被測定素子に電流ｉ
O を流し、電流ｉO が流れることにより生じるＬＣ直列
共振回路の中点の電圧ｅS を測定して未知の静電容量Ｃ
X に相当する値として出力することを特徴とする。
方法は、交流電圧発生器から未知の静電容量ＣX をもっ
た被測定素子の一端に所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO
を印加することにより、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅ
O に対して共振状態にあるインダクタおよびキャパシタ
からなるＬＣ直列共振回路を通して被測定素子に電流ｉ
O を流し、電流ｉO が流れることにより生じるＬＣ直列
共振回路の中点の電圧ｅS を測定して未知の静電容量Ｃ
X に相当する値として出力することを特徴とする。
【００１９】この静電容量測定方法によれば、電流ｉO
に対応した電圧を取り出すために、所定の周波数ｆO の
交流電圧ｅO に対して共振状態にあるＬＣ直列共振回路
を用いるので、電圧取り出し用のＬＣ直列共振回路のイ
ンダクタンス成分およびキャパシタンス成分はどのよう
な値であっても無視でき、所定の周波数ｆO においてＬ
Ｃ直列共振回路のインピーダンスＺS は等価直列抵抗ｒ
S のみとなり、交流電圧発生器の出力電圧ｅO によって
被測定素子に電流ｉO を流す場合に、限流要素となるの
は被測定素子と交流電圧発生器の出力インピーダンスＺ
O とＬＣ直列共振回路の等価直列抵抗ｒS だけとなる。
に対応した電圧を取り出すために、所定の周波数ｆO の
交流電圧ｅO に対して共振状態にあるＬＣ直列共振回路
を用いるので、電圧取り出し用のＬＣ直列共振回路のイ
ンダクタンス成分およびキャパシタンス成分はどのよう
な値であっても無視でき、所定の周波数ｆO においてＬ
Ｃ直列共振回路のインピーダンスＺS は等価直列抵抗ｒ
S のみとなり、交流電圧発生器の出力電圧ｅO によって
被測定素子に電流ｉO を流す場合に、限流要素となるの
は被測定素子と交流電圧発生器の出力インピーダンスＺ
O とＬＣ直列共振回路の等価直列抵抗ｒS だけとなる。
【００２０】上記した交流電圧発生器の出力インピーダ
ンスＺO は設計により小さくできるものであり、等価直
列抵抗ｒS も線路抵抗等によって決まるだけであり、電
流ｉ O に対応した電圧の取り出しに関係なく小さくでき
るものである。ここで、被測定素子の一端から見て交流
電圧発生器と並列的に存在するストレィ静電容量をＣ SO
とし、被測定素子の他端から見てＬＣ直列共振回路と並
列的に存在するストレィ静電容量をＣSSとし、角速度を
ω（＝２πｆO ）としたときに、交流電圧発生器の出力
インピーダンスＺO を１／ωＣSOに比べて十分に小さい
値、例えば１０００分の１以下とし、ＬＣ直列共振回路
に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣ SSに比べて十分
に小さい値、例えば１０００分の１以下とすれば、スト
レィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響を
無視することが可能となる。
ンスＺO は設計により小さくできるものであり、等価直
列抵抗ｒS も線路抵抗等によって決まるだけであり、電
流ｉ O に対応した電圧の取り出しに関係なく小さくでき
るものである。ここで、被測定素子の一端から見て交流
電圧発生器と並列的に存在するストレィ静電容量をＣ SO
とし、被測定素子の他端から見てＬＣ直列共振回路と並
列的に存在するストレィ静電容量をＣSSとし、角速度を
ω（＝２πｆO ）としたときに、交流電圧発生器の出力
インピーダンスＺO を１／ωＣSOに比べて十分に小さい
値、例えば１０００分の１以下とし、ＬＣ直列共振回路
に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣ SSに比べて十分
に小さい値、例えば１０００分の１以下とすれば、スト
レィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響を
無視することが可能となる。
【００２１】また、交流電圧発生器の出力インピーダン
スＺO を１／ωＣX に比べて十分に小さい値、例えば１
０００分の１以下とし、ＬＣ直列共振回路に存在する等
価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に比べて十分に小さい値、
例えば１０００分の１以下とすれば、交流電圧発生器か
ら被測定素子に電流ｉO を流すときに、交流電圧発生器
の出力インピーダンスＺO およびＬＣ直列共振回路に存
在する等価直列抵抗ｒ S の影響を無視することができ、
上記の電流ｉO は、ほぼ交流電圧発生器の出力電圧ｅO
と被測定素子の未知の静電容量ＣX とで決まることにな
る。
スＺO を１／ωＣX に比べて十分に小さい値、例えば１
０００分の１以下とし、ＬＣ直列共振回路に存在する等
価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に比べて十分に小さい値、
例えば１０００分の１以下とすれば、交流電圧発生器か
ら被測定素子に電流ｉO を流すときに、交流電圧発生器
の出力インピーダンスＺO およびＬＣ直列共振回路に存
在する等価直列抵抗ｒ S の影響を無視することができ、
上記の電流ｉO は、ほぼ交流電圧発生器の出力電圧ｅO
と被測定素子の未知の静電容量ＣX とで決まることにな
る。
【００２２】一方、ＬＣ直列共振回路の中点に生じる電
圧ｅS は、電流ｉO に比例したものとなり、したがっ
て、交流電圧発生器の出力電圧ｅO を一定とし、ＬＣ直
列共振回路の回路定数が一定とすると、被測定素子の未
知の静電容量ＣX に比例したものとなる。このため、Ｌ
Ｃ直列共振回路の中点に生じる電圧ｅS を被測定素子の
未知の静電容量ＣX とすることができる。この結果、ス
トレィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響
をほとんど受けずに被測定素子の未知の静電容量ＣX を
精度良く測定することができる。
圧ｅS は、電流ｉO に比例したものとなり、したがっ
て、交流電圧発生器の出力電圧ｅO を一定とし、ＬＣ直
列共振回路の回路定数が一定とすると、被測定素子の未
知の静電容量ＣX に比例したものとなる。このため、Ｌ
Ｃ直列共振回路の中点に生じる電圧ｅS を被測定素子の
未知の静電容量ＣX とすることができる。この結果、ス
トレィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響
をほとんど受けずに被測定素子の未知の静電容量ＣX を
精度良く測定することができる。
【００２３】この際、上記のように、１０００分の１以
下とすることにより、ストレィ静電容量ＣSOの影響によ
る交流電圧発生器の交流電圧ｅO の変動を０．１％以内
に収めることができるとともに、ストレィ静電容量ＣSS
の影響により発生するＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅ
S の誤差を０．１％以内に収めることができ、また、静
電容量ＣX の影響による交流電圧発生器の交流電圧ｅO
の変動を０．１％以内に収めることができるとともに、
静電容量ＣX の影響により発生するＬＣ直列共振回路の
中点の電圧ｅS の誤差を０．１％以内に収めることがで
きる。
下とすることにより、ストレィ静電容量ＣSOの影響によ
る交流電圧発生器の交流電圧ｅO の変動を０．１％以内
に収めることができるとともに、ストレィ静電容量ＣSS
の影響により発生するＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅ
S の誤差を０．１％以内に収めることができ、また、静
電容量ＣX の影響による交流電圧発生器の交流電圧ｅO
の変動を０．１％以内に収めることができるとともに、
静電容量ＣX の影響により発生するＬＣ直列共振回路の
中点の電圧ｅS の誤差を０．１％以内に収めることがで
きる。
【００２４】つぎに、この発明の静電容量測定装置は、
所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO を未知の静電容量ＣX
をもった被測定素子の一端に印加する交流電圧発生器
と、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO に対して共振状態
にあるインダクタおよびキャパシタからなり交流電圧発
生器から被測定素子への電流ｉO の通電路に挿入された
ＬＣ直列共振回路と、電流ｉO が流れることにより生じ
るＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅS を測定する電圧測
定手段と、この電圧測定手段による測定結果を未知の静
電容量ＣX に相当する値として表示する表示手段とを備
えている。
所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO を未知の静電容量ＣX
をもった被測定素子の一端に印加する交流電圧発生器
と、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO に対して共振状態
にあるインダクタおよびキャパシタからなり交流電圧発
生器から被測定素子への電流ｉO の通電路に挿入された
ＬＣ直列共振回路と、電流ｉO が流れることにより生じ
るＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅS を測定する電圧測
定手段と、この電圧測定手段による測定結果を未知の静
電容量ＣX に相当する値として表示する表示手段とを備
えている。
【００２５】この静電容量測定装置によれば、電流ｉO
に対応した電圧を取り出すために、所定の周波数ｆO の
交流電圧ｅO に対して共振状態にあるＬＣ直列共振回路
を用いたので、電圧取り出し用のＬＣ直列共振回路のイ
ンダクタンス成分およびキャパシタンス成分はどのよう
な値であっても無視でき、所定の周波数ｆO においてＬ
Ｃ直列共振回路のインピーダンスＺS は等価直列抵抗ｒ
S のみとなり、交流電圧発生器の出力電圧ｅO によって
被測定素子に電流ｉO を流す場合に、限流要素となるの
は被測定素子と交流電圧発生器の出力インピーダンスＺ
O とＬＣ直列共振回路の等価直列抵抗ｒS だけとなる。
に対応した電圧を取り出すために、所定の周波数ｆO の
交流電圧ｅO に対して共振状態にあるＬＣ直列共振回路
を用いたので、電圧取り出し用のＬＣ直列共振回路のイ
ンダクタンス成分およびキャパシタンス成分はどのよう
な値であっても無視でき、所定の周波数ｆO においてＬ
Ｃ直列共振回路のインピーダンスＺS は等価直列抵抗ｒ
S のみとなり、交流電圧発生器の出力電圧ｅO によって
被測定素子に電流ｉO を流す場合に、限流要素となるの
は被測定素子と交流電圧発生器の出力インピーダンスＺ
O とＬＣ直列共振回路の等価直列抵抗ｒS だけとなる。
【００２６】上記した交流電圧発生器の出力インピーダ
ンスＺO は設計により小さくできるものであり、等価直
列抵抗ｒS も線路抵抗等によって決まるだけであり、電
流ｉ O に対応した電圧の取り出しに関係なく小さくでき
るものである。ここで、被測定素子の一端から見て交流
電圧発生器と並列的に存在するストレィ静電容量をＣ SO
とし、被測定素子の他端から見てＬＣ直列共振回路と並
列的に存在するストレィ静電容量をＣSSとし、角速度を
ω（＝２πｆO ）としたときに、交流電圧発生器の出力
インピーダンスＺO を１／ωＣSOに比べて十分に小さい
値、例えば１０００分の１以下とし、ＬＣ直列共振回路
に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣ SSに比べて十分
に小さい値、例えば１０００分の１以下とすれば、スト
レィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響を
無視することが可能となる。
ンスＺO は設計により小さくできるものであり、等価直
列抵抗ｒS も線路抵抗等によって決まるだけであり、電
流ｉ O に対応した電圧の取り出しに関係なく小さくでき
るものである。ここで、被測定素子の一端から見て交流
電圧発生器と並列的に存在するストレィ静電容量をＣ SO
とし、被測定素子の他端から見てＬＣ直列共振回路と並
列的に存在するストレィ静電容量をＣSSとし、角速度を
ω（＝２πｆO ）としたときに、交流電圧発生器の出力
インピーダンスＺO を１／ωＣSOに比べて十分に小さい
値、例えば１０００分の１以下とし、ＬＣ直列共振回路
に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣ SSに比べて十分
に小さい値、例えば１０００分の１以下とすれば、スト
レィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響を
無視することが可能となる。
【００２７】また、交流電圧発生器の出力インピーダン
スＺO を１／ωＣX に比べて十分に小さい値、例えば１
０００分の１以下とし、ＬＣ直列共振回路に存在する等
価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に比べて十分に小さい値、
例えば１０００分の１以下とすれば、交流電圧発生器か
ら被測定素子に電流ｉO を流すときに、交流電圧発生器
の出力インピーダンスＺO およびＬＣ直列共振回路に存
在する等価直列抵抗ｒ S の影響を無視することができ、
上記の電流ｉO は、ほぼ交流電圧発生器の出力電圧ｅO
と被測定素子の未知の静電容量ＣX とで決まることにな
る。
スＺO を１／ωＣX に比べて十分に小さい値、例えば１
０００分の１以下とし、ＬＣ直列共振回路に存在する等
価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に比べて十分に小さい値、
例えば１０００分の１以下とすれば、交流電圧発生器か
ら被測定素子に電流ｉO を流すときに、交流電圧発生器
の出力インピーダンスＺO およびＬＣ直列共振回路に存
在する等価直列抵抗ｒ S の影響を無視することができ、
上記の電流ｉO は、ほぼ交流電圧発生器の出力電圧ｅO
と被測定素子の未知の静電容量ＣX とで決まることにな
る。
【００２８】一方、ＬＣ直列共振回路の中点に生じる電
圧ｅS は、電流ｉO に比例したものとなり、したがっ
て、交流電圧発生器の出力電圧ｅO を一定とし、ＬＣ直
列共振回路の回路定数が一定とすると、被測定素子の未
知の静電容量ＣX に比例したものとなる。このため、Ｌ
Ｃ直列共振回路の中点に生じる電圧ｅS を電圧測定手段
により測定し、さらに表示手段により被測定素子の未知
の静電容量ＣX として表示することができる。この結
果、ストレィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSS
の影響をほとんど受けずに被測定素子の未知の静電容量
ＣX を精度良く測定して表示することができる。
圧ｅS は、電流ｉO に比例したものとなり、したがっ
て、交流電圧発生器の出力電圧ｅO を一定とし、ＬＣ直
列共振回路の回路定数が一定とすると、被測定素子の未
知の静電容量ＣX に比例したものとなる。このため、Ｌ
Ｃ直列共振回路の中点に生じる電圧ｅS を電圧測定手段
により測定し、さらに表示手段により被測定素子の未知
の静電容量ＣX として表示することができる。この結
果、ストレィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSS
の影響をほとんど受けずに被測定素子の未知の静電容量
ＣX を精度良く測定して表示することができる。
【００２９】この際、上記のように、１０００分の１以
下とすることにより、ストレィ静電容量ＣSOの影響によ
る交流電圧発生器の交流電圧ｅO の変動を０．１％以内
に収めることができるとともに、ストレィ静電容量ＣSS
の影響により発生するＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅ
S の誤差を０．１％以内に収めることができ、また、静
電容量ＣX の影響による交流電圧発生器の交流電圧ｅO
の変動を０．１％以内に収めることができるとともに、
静電容量ＣX の影響により発生するＬＣ直列共振回路の
中点の電圧ｅS の誤差を０．１％以内に収めることがで
きる。
下とすることにより、ストレィ静電容量ＣSOの影響によ
る交流電圧発生器の交流電圧ｅO の変動を０．１％以内
に収めることができるとともに、ストレィ静電容量ＣSS
の影響により発生するＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅ
S の誤差を０．１％以内に収めることができ、また、静
電容量ＣX の影響による交流電圧発生器の交流電圧ｅO
の変動を０．１％以内に収めることができるとともに、
静電容量ＣX の影響により発生するＬＣ直列共振回路の
中点の電圧ｅS の誤差を０．１％以内に収めることがで
きる。
【００３０】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面を参照しながら説明する。図１にこの発明の実施の形
態における静電容量測定方法を実施するための静電容量
測定装置のブロック図を示す。図１において、１は出力
インピーダンスＺOをもち所定の周波数ｆO の交流電圧
ｅO を未知の静電容量ＣX をもった被測定素子２の一端
ａに印加して被測定素子２に電流ｉO を流す交流電圧発
生器である。３は所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO に対
して共振状態にあるインダクタ３ａ（インダクタンスを
ＬS とする）およびキャパシタ３ｂ（キャパシタンスを
ＣS とする）からなり交流電圧発生器１から被測定素子
２への通電路に挿入されて電流ｉO が流れるＬＣ直列共
振回路である。
面を参照しながら説明する。図１にこの発明の実施の形
態における静電容量測定方法を実施するための静電容量
測定装置のブロック図を示す。図１において、１は出力
インピーダンスＺOをもち所定の周波数ｆO の交流電圧
ｅO を未知の静電容量ＣX をもった被測定素子２の一端
ａに印加して被測定素子２に電流ｉO を流す交流電圧発
生器である。３は所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO に対
して共振状態にあるインダクタ３ａ（インダクタンスを
ＬS とする）およびキャパシタ３ｂ（キャパシタンスを
ＣS とする）からなり交流電圧発生器１から被測定素子
２への通電路に挿入されて電流ｉO が流れるＬＣ直列共
振回路である。
【００３１】４は電流ｉO が流れることにより生じるＬ
Ｃ直列共振回路３の中点の電圧ｅSをＡ倍に増幅して出
力する増幅器（オペアンプ（ナショナルセミダクター社
製のＬＦ３５６等）と入力抵抗および帰還抵抗等で構成
されている）、５は増幅器４の出力ｅS ×Ａを位相検波
することにより直流電圧ＥS に変換するＡＣ／ＤＣ変換
手段であり、これらは、ＬＣ直列共振回路の中点の電圧
ｅS を測定する電圧測定手段を構成している。６は電圧
測定手段による測定結果、つまりＡＣ／ＤＣ変換手段５
の出力の直流電圧ＥS を未知の静電容量ＣX に相当する
値として表示するメータ等の表示手段である。ＣSOは被
測定素子２の一端ａから見て交流電圧発生器１と並列的
に存在するストレィ静電容量、ＣSSは被測定素子２の他
端ｂから見て交流電圧発生器１と並列的に存在するスト
レィ静電容量であり、各々測定リード線や測定ジグ等に
起因して生じるものである。
Ｃ直列共振回路３の中点の電圧ｅSをＡ倍に増幅して出
力する増幅器（オペアンプ（ナショナルセミダクター社
製のＬＦ３５６等）と入力抵抗および帰還抵抗等で構成
されている）、５は増幅器４の出力ｅS ×Ａを位相検波
することにより直流電圧ＥS に変換するＡＣ／ＤＣ変換
手段であり、これらは、ＬＣ直列共振回路の中点の電圧
ｅS を測定する電圧測定手段を構成している。６は電圧
測定手段による測定結果、つまりＡＣ／ＤＣ変換手段５
の出力の直流電圧ＥS を未知の静電容量ＣX に相当する
値として表示するメータ等の表示手段である。ＣSOは被
測定素子２の一端ａから見て交流電圧発生器１と並列的
に存在するストレィ静電容量、ＣSSは被測定素子２の他
端ｂから見て交流電圧発生器１と並列的に存在するスト
レィ静電容量であり、各々測定リード線や測定ジグ等に
起因して生じるものである。
【００３２】この場合、ＬＣ直列共振回路３を構成する
インダクタ３ａおよびキャパシタ３ｂは可変型となって
おり、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO に共振した状態
となるように、測定前に少なくとも一方が調整される。
なお、インダクタ３ａおよびキャパシタ３ｂの片方は固
定型であってもよい。また、この静電容量測定装置を用
いた静電容量測定方法は、出力インピーダンスＺO をも
った交流電圧発生器１から未知の静電容量ＣX をもった
被測定素子２の一端に所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO
を印加することにより、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅ
O に対して共振状態にあるインダクタ３ａおよびキャパ
シタ３ｂからなるＬＣ直列共振回路３に被測定素子２を
通して電流ｉO を流し、電流ｉ O が流れることにより生
じるＬＣ直列共振回路３の中点の電圧ｅS を測定して未
知の静電容量ＣX に相当する値として表示出力する。な
お、この出力は表示に用いるだけでなく、良否判別装置
への入力としても使用可能である。
インダクタ３ａおよびキャパシタ３ｂは可変型となって
おり、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO に共振した状態
となるように、測定前に少なくとも一方が調整される。
なお、インダクタ３ａおよびキャパシタ３ｂの片方は固
定型であってもよい。また、この静電容量測定装置を用
いた静電容量測定方法は、出力インピーダンスＺO をも
った交流電圧発生器１から未知の静電容量ＣX をもった
被測定素子２の一端に所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO
を印加することにより、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅ
O に対して共振状態にあるインダクタ３ａおよびキャパ
シタ３ｂからなるＬＣ直列共振回路３に被測定素子２を
通して電流ｉO を流し、電流ｉ O が流れることにより生
じるＬＣ直列共振回路３の中点の電圧ｅS を測定して未
知の静電容量ＣX に相当する値として表示出力する。な
お、この出力は表示に用いるだけでなく、良否判別装置
への入力としても使用可能である。
【００３３】以下、静電容量測定方法およびその装置に
ついて詳細に説明する。この実施の形態においては、出
力インピーダンスＺO をもった交流電圧発生器１から所
定の周波数ｆO の交流電圧ｅO が出力され、この交流電
圧ｅO が未知の静電容量ＣXをもった被測定素子２の一
端ａに印加され、交流電圧ｅO の印加によって被測定素
子２の他端ｂから流出した電流ｉO はインピーダンスＺ
S をもったＬＣ直列共振回路３に流入することになる。
上記のインピーダンスＺS はインダクタＬS およびキャ
パシタＣS とそれらの等価直列抵抗ｒS で構成される。
ついて詳細に説明する。この実施の形態においては、出
力インピーダンスＺO をもった交流電圧発生器１から所
定の周波数ｆO の交流電圧ｅO が出力され、この交流電
圧ｅO が未知の静電容量ＣXをもった被測定素子２の一
端ａに印加され、交流電圧ｅO の印加によって被測定素
子２の他端ｂから流出した電流ｉO はインピーダンスＺ
S をもったＬＣ直列共振回路３に流入することになる。
上記のインピーダンスＺS はインダクタＬS およびキャ
パシタＣS とそれらの等価直列抵抗ｒS で構成される。
【００３４】そして、ＬＣ直列共振回路３の中点の電圧
ｅS 、この回路ではキャパシタＣSの両端間に生じる電
圧を増幅器４でＡ倍に増幅し、増幅器４の出力電圧ｅS
×Ａを表示手段６で表示するためにＡＣ／ＤＣ変換手段
５で直流電圧に変換して表示手段６へ供給し、表示手段
６にて被測定素子２の未知の静電容量ＣX に相当する値
として表示を行う。
ｅS 、この回路ではキャパシタＣSの両端間に生じる電
圧を増幅器４でＡ倍に増幅し、増幅器４の出力電圧ｅS
×Ａを表示手段６で表示するためにＡＣ／ＤＣ変換手段
５で直流電圧に変換して表示手段６へ供給し、表示手段
６にて被測定素子２の未知の静電容量ＣX に相当する値
として表示を行う。
【００３５】図１の静電容量測定装置においては、ＬＣ
直列共振回路３のインピーダンスＺ S は、
直列共振回路３のインピーダンスＺ S は、
【００３６】
【数６】
【００３７】で表される。ただし、ωは角速度で、２π
ｆO である。ここで、電流ｉO に対応した電圧を取り出
すために設けたＬＣ直列共振回路３をインダクタンス３
ａのインダクタンスまたはキャパシタ３ｂのキャパシタ
ンスを調整することにより所定の周波数ｆO の交流電圧
ｅO に対して共振状態としたので、
ｆO である。ここで、電流ｉO に対応した電圧を取り出
すために設けたＬＣ直列共振回路３をインダクタンス３
ａのインダクタンスまたはキャパシタ３ｂのキャパシタ
ンスを調整することにより所定の周波数ｆO の交流電圧
ｅO に対して共振状態としたので、
【００３８】
【数７】
【００３９】が成り立ち、したがってＬＣ直列共振回路
３のインピーダンスＺS は、
３のインピーダンスＺS は、
【００４０】
【数８】
【００４１】となり、電圧取り出し用のＬＣ直列共振回
路３のインダクタンスＬS およびキャパシタンスＣS は
どのような値であっても無視できる。つまり、上記した
ように、所定の周波数ｆO においてＬＣ直列共振回路３
のインピーダンスＺS は等価直列抵抗ｒS のみとなり、
交流電圧発生器１の出力電圧ｅO によって被測定素子２
に電流ｉO を流す場合に、限流要素となるのは被測定素
子２と交流電圧発生器１の出力インピーダンスＺO とＬ
Ｃ直列共振回路３の等価直列抵抗ｒS だけとなる。
路３のインダクタンスＬS およびキャパシタンスＣS は
どのような値であっても無視できる。つまり、上記した
ように、所定の周波数ｆO においてＬＣ直列共振回路３
のインピーダンスＺS は等価直列抵抗ｒS のみとなり、
交流電圧発生器１の出力電圧ｅO によって被測定素子２
に電流ｉO を流す場合に、限流要素となるのは被測定素
子２と交流電圧発生器１の出力インピーダンスＺO とＬ
Ｃ直列共振回路３の等価直列抵抗ｒS だけとなる。
【００４２】上記した交流電圧発生器１の出力インピー
ダンスＺO は設計により小さくできるものであり、等価
直列抵抗ｒS も線路抵抗等によって決まるだけであり、
電流ｉO に対応した電圧の取り出しに関係なく小さくで
きるものである。ここで、交流電圧発生器１の出力イン
ピーダンスＺO を１／ωＣSOに比べて十分に小さい値
（例えば、ＺO ≦（１／ωＣSO）／１０００）とし、Ｌ
Ｃ直列共振回路３に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ω
ＣSSに比べて十分に小さい値（例えば、ｒS ≦（１／ω
ＣSS）／１０００）以下とすれば、ストレィ静電容量Ｃ
SOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響を無視することが
可能となる。
ダンスＺO は設計により小さくできるものであり、等価
直列抵抗ｒS も線路抵抗等によって決まるだけであり、
電流ｉO に対応した電圧の取り出しに関係なく小さくで
きるものである。ここで、交流電圧発生器１の出力イン
ピーダンスＺO を１／ωＣSOに比べて十分に小さい値
（例えば、ＺO ≦（１／ωＣSO）／１０００）とし、Ｌ
Ｃ直列共振回路３に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ω
ＣSSに比べて十分に小さい値（例えば、ｒS ≦（１／ω
ＣSS）／１０００）以下とすれば、ストレィ静電容量Ｃ
SOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響を無視することが
可能となる。
【００４３】また、交流電圧発生器１の出力インピーダ
ンスＺO を１／ωＣX に比べて十分に小さい値（例え
ば、ＺO ≦（１／ωＣX ）／１０００）とし、ＬＣ直列
共振回路３に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に
比べて十分に小さい値（例えば、ｒS ≦（１／ωＣX ）
／１０００）とすれば、交流電圧発生器１から被測定素
子２に電流ｉO を流すときに、交流電圧発生器１の出力
インピーダンスＺO およびＬＣ直列共振回路３に存在す
る等価直列抵抗ｒS の影響を無視することができ、上記
の電流ｉO は、ほぼ交流電圧発生器１の出力電圧ｅO と
被測定素子２の未知の静電容量ＣX とで決まることにな
る。つまり、電流ｉO は、
ンスＺO を１／ωＣX に比べて十分に小さい値（例え
ば、ＺO ≦（１／ωＣX ）／１０００）とし、ＬＣ直列
共振回路３に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に
比べて十分に小さい値（例えば、ｒS ≦（１／ωＣX ）
／１０００）とすれば、交流電圧発生器１から被測定素
子２に電流ｉO を流すときに、交流電圧発生器１の出力
インピーダンスＺO およびＬＣ直列共振回路３に存在す
る等価直列抵抗ｒS の影響を無視することができ、上記
の電流ｉO は、ほぼ交流電圧発生器１の出力電圧ｅO と
被測定素子２の未知の静電容量ＣX とで決まることにな
る。つまり、電流ｉO は、
【００４４】
【数９】
【００４５】で表されることになる。一方、ＬＣ直列共
振回路３の中点に生じる電圧ｅS は、電流ｉO に比例し
たものとなり、したがって、交流電圧発生器１の出力電
圧ｅO を一定とし、ＬＣ直列共振回路３の回路定数が一
定とすると、被測定素子２の未知の静電容量ＣX に比例
したものとなる。つまり、電圧ｅS は、
振回路３の中点に生じる電圧ｅS は、電流ｉO に比例し
たものとなり、したがって、交流電圧発生器１の出力電
圧ｅO を一定とし、ＬＣ直列共振回路３の回路定数が一
定とすると、被測定素子２の未知の静電容量ＣX に比例
したものとなる。つまり、電圧ｅS は、
【００４６】
【数１０】
【００４７】で表される。ここで、〔数１０〕に〔数
９〕を代入すると、
９〕を代入すると、
【００４８】
【数１１】
【００４９】となり、したがって
【００５０】
【数１２】
【００５１】となる。ここで、キャパシタＣS および交
流電圧ｅO が既知の値であれば、
流電圧ｅO が既知の値であれば、
【００５２】
【数１３】
【００５３】であるので、電圧ｅS の値は被測定素子２
の未知の静電容量ＣX に比例することになる。このた
め、ＬＣ直列共振回路３の中点に生じる電圧ｅS を増幅
器４およびＡＣ／ＤＣ変換手段５により増幅および交流
／直流変換し（つまり、測定し）、さらに表示手段６に
より被測定素子２の未知の静電容量ＣX として表示する
ことができる。この結果、ストレィ静電容量ＣSOおよび
ストレィ静電容量ＣSSの影響をほとんど受けずに被測定
素子２の未知の静電容量ＣX を精度良く測定して表示す
ることができる。
の未知の静電容量ＣX に比例することになる。このた
め、ＬＣ直列共振回路３の中点に生じる電圧ｅS を増幅
器４およびＡＣ／ＤＣ変換手段５により増幅および交流
／直流変換し（つまり、測定し）、さらに表示手段６に
より被測定素子２の未知の静電容量ＣX として表示する
ことができる。この結果、ストレィ静電容量ＣSOおよび
ストレィ静電容量ＣSSの影響をほとんど受けずに被測定
素子２の未知の静電容量ＣX を精度良く測定して表示す
ることができる。
【００５４】この際、上記のように、１０００分の１以
下とすることにより、ストレィ静電容量ＣSOの影響によ
る交流電圧発生器１の交流電圧ｅO の変動を０．１％以
内に収めることができるとともに、ストレィ静電容量Ｃ
SSの影響により発生するＬＣ直列共振回路３の中点の電
圧ｅS の誤差を０．１％以内に収めることができ、ま
た、静電容量ＣX の影響による交流電圧発生器１の交流
電圧ｅO の変動を０．１％以内に収めることができると
ともに、静電容量ＣX の影響により発生するＬＣ直列共
振回路３の中点の電圧ｅS の誤差を０．１％以内に収め
ることができる。
下とすることにより、ストレィ静電容量ＣSOの影響によ
る交流電圧発生器１の交流電圧ｅO の変動を０．１％以
内に収めることができるとともに、ストレィ静電容量Ｃ
SSの影響により発生するＬＣ直列共振回路３の中点の電
圧ｅS の誤差を０．１％以内に収めることができ、ま
た、静電容量ＣX の影響による交流電圧発生器１の交流
電圧ｅO の変動を０．１％以内に収めることができると
ともに、静電容量ＣX の影響により発生するＬＣ直列共
振回路３の中点の電圧ｅS の誤差を０．１％以内に収め
ることができる。
【００５５】ここで、ＡＣ／ＤＣ変換手段５について、
図２および図３を参照しながら詳しく説明する。このＡ
Ｃ／ＤＣ変換手段５は、位相検波を行うことにより、交
流／直流変換を行うものであり、その回路は図２に示す
ようになっている。図２において、Ａ11，Ａ12，Ａ13は
それぞれ増幅器（一般的なオペアンプ、例えばナショナ
ルセミコンダクター社製のＬＦ３５６等；ただし、入力
交流電圧ｅX の周波数に適したものを使用する）、ＩＮ
Ｖはインバータ（ロジックＩＣ、トランジスタ、ＦＥＴ
などからなる）、Ｓ1 ，Ｓ2 はそれぞれアナログスイッ
チ、Ｒ11〜Ｒ16はそれぞれ抵抗器、Ｃ11，Ｃ12はそれぞ
れコンデンサである。
図２および図３を参照しながら詳しく説明する。このＡ
Ｃ／ＤＣ変換手段５は、位相検波を行うことにより、交
流／直流変換を行うものであり、その回路は図２に示す
ようになっている。図２において、Ａ11，Ａ12，Ａ13は
それぞれ増幅器（一般的なオペアンプ、例えばナショナ
ルセミコンダクター社製のＬＦ３５６等；ただし、入力
交流電圧ｅX の周波数に適したものを使用する）、ＩＮ
Ｖはインバータ（ロジックＩＣ、トランジスタ、ＦＥＴ
などからなる）、Ｓ1 ，Ｓ2 はそれぞれアナログスイッ
チ、Ｒ11〜Ｒ16はそれぞれ抵抗器、Ｃ11，Ｃ12はそれぞ
れコンデンサである。
【００５６】以下、このＡＣ／ＤＣ変換手段５について
詳しく説明する。入力交流電圧ｅXを増幅器Ａ11の非反
転入力端子（＋）に加える。また、入力交流電圧ｅX に
同期した同一周波数でデューティサイクルが５０％の矩
形波パルスからなる基準パルスｅR をアナログスイッチ
Ｓ2 のロジック入力端子に加え、基準パルスｅR をイン
バータＩＮＶで反転した反転基準パルス／ｅR （記号／
は反転を意味する）をアナログスイッチＳ1 のロジック
入力端子に加える。したがって、基準パルスｅ R が
“Ｈ”のときはアナログスイッチＳ2 が導通するととも
にアナログスイッチＳ1 が遮断し、基準パルスｅR が
“Ｌ”のときはアナログスイッチＳ1 が導通するととも
にアナログスイッチＳ2 が遮断する。
詳しく説明する。入力交流電圧ｅXを増幅器Ａ11の非反
転入力端子（＋）に加える。また、入力交流電圧ｅX に
同期した同一周波数でデューティサイクルが５０％の矩
形波パルスからなる基準パルスｅR をアナログスイッチ
Ｓ2 のロジック入力端子に加え、基準パルスｅR をイン
バータＩＮＶで反転した反転基準パルス／ｅR （記号／
は反転を意味する）をアナログスイッチＳ1 のロジック
入力端子に加える。したがって、基準パルスｅ R が
“Ｈ”のときはアナログスイッチＳ2 が導通するととも
にアナログスイッチＳ1 が遮断し、基準パルスｅR が
“Ｌ”のときはアナログスイッチＳ1 が導通するととも
にアナログスイッチＳ2 が遮断する。
【００５７】また、増幅器Ａ11によるバッファ（増幅
率：＋１倍）の出力ｅX ′をアナログスイッチＳ1 の一
端に接続し、出力ｅX ′を等しい抵抗値を有する抵抗器
Ｒ11，Ｒ12および増幅器Ａ12からなる反転増幅器（増幅
率：−１倍）に加え、この反転増幅器の出力／ｅX ′を
アナログスイッチＳ2 の一端に接続する。この結果、基
準パルスｅR が“Ｈ”のときは、入力交流電圧ｅX の正
極性部分に対応した出力／ｅX ′の負極性部分がアナロ
グスイッチＳ2 を通り、基準パルスｅR が“Ｌ”のとき
は、入力交流電圧ｅX の負極性部分に対応した出力
ｅX ′の負極性部分がアナログスイッチＳ1 を通ること
になる。
率：＋１倍）の出力ｅX ′をアナログスイッチＳ1 の一
端に接続し、出力ｅX ′を等しい抵抗値を有する抵抗器
Ｒ11，Ｒ12および増幅器Ａ12からなる反転増幅器（増幅
率：−１倍）に加え、この反転増幅器の出力／ｅX ′を
アナログスイッチＳ2 の一端に接続する。この結果、基
準パルスｅR が“Ｈ”のときは、入力交流電圧ｅX の正
極性部分に対応した出力／ｅX ′の負極性部分がアナロ
グスイッチＳ2 を通り、基準パルスｅR が“Ｌ”のとき
は、入力交流電圧ｅX の負極性部分に対応した出力
ｅX ′の負極性部分がアナログスイッチＳ1 を通ること
になる。
【００５８】アナログスイッチＳ1 ，Ｓ2 の他端を等し
い抵抗値を有する抵抗器Ｒ13，Ｒ14をそれぞれ介して増
幅器Ａ13の反転入力端子（−）に接続する。増幅器Ａ13
の帰還抵抗Ｒ15の抵抗値は、増幅器Ａ13の増幅率が、−
Ｒ15／Ｒ13もしくは−Ｒ15／Ｒ14となるので、必要な増
幅率に応じて適切な値とする。例えば、増幅率を−１と
する場合は、Ｒ15＝Ｒ13＝Ｒ14とする。この結果、出力
／ｅX ′の負極性部分と出力ｅX ′の負極性部分とを合
成して反転したものを増幅器Ａ13の出力ｅO として得る
ことができ、さらに出力ｅO のリップルを除去すると完
全な直流電圧である検波直流出力ＥO が得られ、その値
は出力ｅX の基準パルスｅR の期間の成分に比例し、出
力ｅX の位相、極性も検出できる。
い抵抗値を有する抵抗器Ｒ13，Ｒ14をそれぞれ介して増
幅器Ａ13の反転入力端子（−）に接続する。増幅器Ａ13
の帰還抵抗Ｒ15の抵抗値は、増幅器Ａ13の増幅率が、−
Ｒ15／Ｒ13もしくは−Ｒ15／Ｒ14となるので、必要な増
幅率に応じて適切な値とする。例えば、増幅率を−１と
する場合は、Ｒ15＝Ｒ13＝Ｒ14とする。この結果、出力
／ｅX ′の負極性部分と出力ｅX ′の負極性部分とを合
成して反転したものを増幅器Ａ13の出力ｅO として得る
ことができ、さらに出力ｅO のリップルを除去すると完
全な直流電圧である検波直流出力ＥO が得られ、その値
は出力ｅX の基準パルスｅR の期間の成分に比例し、出
力ｅX の位相、極性も検出できる。
【００５９】図３に上記の回路のタイムチャートを示
す。図３（ａ）は増幅器Ａ11の出力ｅ X ′（入力交流電
圧ｅX も同じ波形）である。同図（ｂ）は増幅器Ａ12の
出力／ｅX ′であり、出力ｅX ′を反転したものであ
る。同図（ｃ）は入力交流電圧ｅ X に同期した基準パル
スｅR であり、出力ｅX ′が正極性のときに“Ｈ”とな
り、出力ｅX ′が負極性のときに“Ｌ”となっている。
同図（ｄ）は反転基準パルス／ｅR で、基準パルスｅR
を反転したものである。同図（ｅ）は、増幅器Ａ13の出
力ｅO で、出力ｅX ′の負極性部分と反転出力／ｅX ′
の負極性部分とを加算合成して極性反転したものとなっ
ており、この波形はコンデンサＣ11を省いたときの波形
であり、コンデンサＣ11が存在するとリップル成分は十
分に低くなる。同図（ｆ）は検波直流出力電圧ＥO であ
り、コンデンサＣ11またはＣ12によりリップルが除去さ
れて完全な直流電圧となっている。
す。図３（ａ）は増幅器Ａ11の出力ｅ X ′（入力交流電
圧ｅX も同じ波形）である。同図（ｂ）は増幅器Ａ12の
出力／ｅX ′であり、出力ｅX ′を反転したものであ
る。同図（ｃ）は入力交流電圧ｅ X に同期した基準パル
スｅR であり、出力ｅX ′が正極性のときに“Ｈ”とな
り、出力ｅX ′が負極性のときに“Ｌ”となっている。
同図（ｄ）は反転基準パルス／ｅR で、基準パルスｅR
を反転したものである。同図（ｅ）は、増幅器Ａ13の出
力ｅO で、出力ｅX ′の負極性部分と反転出力／ｅX ′
の負極性部分とを加算合成して極性反転したものとなっ
ており、この波形はコンデンサＣ11を省いたときの波形
であり、コンデンサＣ11が存在するとリップル成分は十
分に低くなる。同図（ｆ）は検波直流出力電圧ＥO であ
り、コンデンサＣ11またはＣ12によりリップルが除去さ
れて完全な直流電圧となっている。
【００６０】抵抗器Ｒ16およびコンデンサＣ11，Ｃ12は
検波直流出力ＥO に、検波しようとする信号ｅX の周波
数成分のリプル（直流の中に含まれる交流成分）を無く
するための最小限の時定数の値に設定する。ＡＣ／ＤＣ
変換手段の他の例として、絶対値回路を利用したものを
図４に示す。
検波直流出力ＥO に、検波しようとする信号ｅX の周波
数成分のリプル（直流の中に含まれる交流成分）を無く
するための最小限の時定数の値に設定する。ＡＣ／ＤＣ
変換手段の他の例として、絶対値回路を利用したものを
図４に示す。
【００６１】ここで、ＡＣ／ＤＣ変換手段の他の例につ
いて、図４および図５を参照しながら詳しく説明する。
このＡＣ／ＤＣ変換手段は、絶対値を求めることによ
り、交流／直流変換を行うものであり、その回路は図４
に示すようになっている。図４において、Ａ21，Ａ22，
Ａ23はそれぞれ増幅器（一般的なオペアンプ、例えばナ
ショナルセミコンダクター社製のＬＦ３５６等；ただ
し、入力交流電圧ｅX の周波数に適したものを使用す
る）、Ｄ1 ，Ｄ2 は小信号ダイオード（例えば、東芝株
式会社製の１Ｓ１５８８等；ただし、入力交流電圧ｅX
の周波数に適したものを使用する）、Ｒ21〜Ｒ26はそれ
ぞれ抵抗器、Ｃ21，Ｃ22はそれぞれコンデンサである。
いて、図４および図５を参照しながら詳しく説明する。
このＡＣ／ＤＣ変換手段は、絶対値を求めることによ
り、交流／直流変換を行うものであり、その回路は図４
に示すようになっている。図４において、Ａ21，Ａ22，
Ａ23はそれぞれ増幅器（一般的なオペアンプ、例えばナ
ショナルセミコンダクター社製のＬＦ３５６等；ただ
し、入力交流電圧ｅX の周波数に適したものを使用す
る）、Ｄ1 ，Ｄ2 は小信号ダイオード（例えば、東芝株
式会社製の１Ｓ１５８８等；ただし、入力交流電圧ｅX
の周波数に適したものを使用する）、Ｒ21〜Ｒ26はそれ
ぞれ抵抗器、Ｃ21，Ｃ22はそれぞれコンデンサである。
【００６２】以下、このＡＣ／ＤＣ変換手段について詳
しく説明する。入力交流電圧ｅX を増幅器Ａ21の非反転
入力端子（＋）に加え、増幅された電圧ｅX ′（図４で
は、増幅率が＋１）を抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 ，ダイオードＤ
1 ，Ｄ2 および増幅器Ａ21からなる半波整流回路に供給
し、この半波整流回路の出力ｅ2 と電圧ｅX ′を抵抗器
Ｒ4 ，Ｒ3 を介して増幅器Ａ23の反転入力端子（−）に
加えることにより、電流合成を行う。この電流合成は、
電圧ｅX ′によって抵抗器Ｒ23を流れる電流ｉ 3 と電圧
ｅ2 によって抵抗器Ｒ24を流れる電流ｉ4 とを加算合成
して増幅器Ａ23の帰還抵抗Ｒ25に合成電流ｉ5 （＝ｉ3
＋ｉ4 ）として流すものである。そして、帰還抵抗Ｒ5
に合成電流ｉ5 が流れることによる電圧が増幅器Ａ23の
出力ｅOとして得られる。ここで、Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ3 、
Ｒ4 ＝Ｒ3 ／２となる値に設定し、Ｒ5 は必要な直流出
力電圧ＥO の値に応じて設定する。
しく説明する。入力交流電圧ｅX を増幅器Ａ21の非反転
入力端子（＋）に加え、増幅された電圧ｅX ′（図４で
は、増幅率が＋１）を抵抗器Ｒ1 ，Ｒ2 ，ダイオードＤ
1 ，Ｄ2 および増幅器Ａ21からなる半波整流回路に供給
し、この半波整流回路の出力ｅ2 と電圧ｅX ′を抵抗器
Ｒ4 ，Ｒ3 を介して増幅器Ａ23の反転入力端子（−）に
加えることにより、電流合成を行う。この電流合成は、
電圧ｅX ′によって抵抗器Ｒ23を流れる電流ｉ 3 と電圧
ｅ2 によって抵抗器Ｒ24を流れる電流ｉ4 とを加算合成
して増幅器Ａ23の帰還抵抗Ｒ25に合成電流ｉ5 （＝ｉ3
＋ｉ4 ）として流すものである。そして、帰還抵抗Ｒ5
に合成電流ｉ5 が流れることによる電圧が増幅器Ａ23の
出力ｅOとして得られる。ここで、Ｒ1 ＝Ｒ2 ＝Ｒ3 、
Ｒ4 ＝Ｒ3 ／２となる値に設定し、Ｒ5 は必要な直流出
力電圧ＥO の値に応じて設定する。
【００６３】そして、電圧ｅO に含まれるリップルをコ
ンデンサＣ21，Ｃ22，抵抗器Ｒ26で取り除けば、その出
力ＥO は、入力交流電圧ｅX に比例した直流電圧とな
る。抵抗器Ｒ26およびコンデンサＣ21，Ｃ22の値は、電
圧ＥO 中のリップルをなくすための最小限の時定数の値
に設定する。この回路の場合、入力交流電圧ｅX の位相
ならびに極性の検出はできない。
ンデンサＣ21，Ｃ22，抵抗器Ｒ26で取り除けば、その出
力ＥO は、入力交流電圧ｅX に比例した直流電圧とな
る。抵抗器Ｒ26およびコンデンサＣ21，Ｃ22の値は、電
圧ＥO 中のリップルをなくすための最小限の時定数の値
に設定する。この回路の場合、入力交流電圧ｅX の位相
ならびに極性の検出はできない。
【００６４】図５に上記の回路のタイムチャートを示
す。図５（ａ）は増幅器Ａ21の出力ｅ X ′（入力交流電
圧ｅX も同じ波形）である。同図（ｂ）は増幅器Ａ22の
出力／ｅ2 であり、出力ｅX ′を半波整流し極性反転し
たものである。同図（ｃ）は電流ｉ3 を示し、同図
（ｄ）は電流ｉ4 を示し、同図（ｅ）は合成電流ｉ5 を
示し、電流ｉ3 ，ｉ4 を加算したものとなっている。同
図（ｆ）は増幅器Ａ23の出力ｅO を示し、この波形はコ
ンデンサＣ21を省いたときの波形であり、コンデンサＣ
21が存在するとリップル成分は十分に低くなる。同図
（ｆ）は検波直流出力電圧ＥO であり、コンデンサＣ21
またはＣ22によりリップルが除去されて完全な直流電圧
となっている。
す。図５（ａ）は増幅器Ａ21の出力ｅ X ′（入力交流電
圧ｅX も同じ波形）である。同図（ｂ）は増幅器Ａ22の
出力／ｅ2 であり、出力ｅX ′を半波整流し極性反転し
たものである。同図（ｃ）は電流ｉ3 を示し、同図
（ｄ）は電流ｉ4 を示し、同図（ｅ）は合成電流ｉ5 を
示し、電流ｉ3 ，ｉ4 を加算したものとなっている。同
図（ｆ）は増幅器Ａ23の出力ｅO を示し、この波形はコ
ンデンサＣ21を省いたときの波形であり、コンデンサＣ
21が存在するとリップル成分は十分に低くなる。同図
（ｆ）は検波直流出力電圧ＥO であり、コンデンサＣ21
またはＣ22によりリップルが除去されて完全な直流電圧
となっている。
【００６５】
【発明の効果】この発明の静電容量測定方法によれば、
出力インピーダンスＺO をもった交流電圧発生器から未
知の静電容量ＣX をもった被測定素子の一端に所定の周
波数ｆ O の交流電圧ｅO を印加することにより、所定の
周波数ｆO の交流電圧ｅO に対して共振状態にあるイン
ダクタおよびキャパシタからなるＬＣ直列共振回路に被
測定素子を通して電流ｉO を流し、電流ｉO が流れるこ
とにより生じるＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅS を測
定して未知の静電容量ＣX に相当する値として出力する
ので、交流電圧発生器の出力インピーダンスＺO を１／
ωＣSOに比べて十分に小さく設定するとともに、ＬＣ直
列共振回路に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣSSに
比べて十分に小さく設定すれば、ストレィ静電容量ＣSO
およびストレィ静電容量ＣSSの影響を無視することが可
能となり、ストレィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容
量ＣSSの影響をほとんど受けず、しかも、交流電圧発生
器の出力インピーダンスＺO を１／ωＣX に比べて十分
に小さく設定するとともに、ＬＣ直列共振回路に存在す
る等価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に比べて十分に小さく
設定すれば、交流電圧発生器から被測定素子に電流ｉO
を流すときに、交流電圧発生器の出力インピーダンスＺ
O およびＬＣ直列共振回路に存在する等価直列抵抗ｒS
の影響を無視することができ、被測定素子の未知の静電
容量ＣX を精度良く測定することができる。また、この
発明の静電容量測定装置によれば、出力インピーダンス
ＺO をもち所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO を未知の静
電容量ＣX をもった被測定素子の一端に印加する交流電
圧発生器と、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO に対して
共振状態にあるインダクタおよびキャパシタからなり交
流電圧発生器から被測定素子を通して電流ｉO が流れる
ＬＣ直列共振回路と、電流ｉO が流れることにより生じ
るＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅS を測定する電圧測
定手段と、この電圧測定手段による測定結果を未知の静
電容量ＣX に相当する値として表示する表示手段とを備
えているので、交流電圧発生器の出力インピーダンスＺ
O を１／ωＣSOに比べて十分に小さく設定するととも
に、ＬＣ直列共振回路に存在する等価直列抵抗ｒS を１
／ωＣSSに比べて十分に小さく設定すれば、ストレィ静
電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響を無視す
ることが可能となり、ストレィ静電容量ＣSOおよびスト
レィ静電容量ＣSSの影響をほとんど受けず、しかも、交
流電圧発生器の出力インピーダンスＺO を１／ωＣX に
比べて十分に小さく設定するとともに、ＬＣ直列共振回
路に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に比べて十
分に小さく設定すれば、交流電圧発生器から被測定素子
に電流ｉO を流すときに、交流電圧発生器の出力インピ
ーダンスＺO およびＬＣ直列共振回路に存在する等価直
列抵抗ｒS の影響を無視することができ、被測定素子の
未知の静電容量ＣX を精度良く測定して表示することが
できる。
出力インピーダンスＺO をもった交流電圧発生器から未
知の静電容量ＣX をもった被測定素子の一端に所定の周
波数ｆ O の交流電圧ｅO を印加することにより、所定の
周波数ｆO の交流電圧ｅO に対して共振状態にあるイン
ダクタおよびキャパシタからなるＬＣ直列共振回路に被
測定素子を通して電流ｉO を流し、電流ｉO が流れるこ
とにより生じるＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅS を測
定して未知の静電容量ＣX に相当する値として出力する
ので、交流電圧発生器の出力インピーダンスＺO を１／
ωＣSOに比べて十分に小さく設定するとともに、ＬＣ直
列共振回路に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣSSに
比べて十分に小さく設定すれば、ストレィ静電容量ＣSO
およびストレィ静電容量ＣSSの影響を無視することが可
能となり、ストレィ静電容量ＣSOおよびストレィ静電容
量ＣSSの影響をほとんど受けず、しかも、交流電圧発生
器の出力インピーダンスＺO を１／ωＣX に比べて十分
に小さく設定するとともに、ＬＣ直列共振回路に存在す
る等価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に比べて十分に小さく
設定すれば、交流電圧発生器から被測定素子に電流ｉO
を流すときに、交流電圧発生器の出力インピーダンスＺ
O およびＬＣ直列共振回路に存在する等価直列抵抗ｒS
の影響を無視することができ、被測定素子の未知の静電
容量ＣX を精度良く測定することができる。また、この
発明の静電容量測定装置によれば、出力インピーダンス
ＺO をもち所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO を未知の静
電容量ＣX をもった被測定素子の一端に印加する交流電
圧発生器と、所定の周波数ｆO の交流電圧ｅO に対して
共振状態にあるインダクタおよびキャパシタからなり交
流電圧発生器から被測定素子を通して電流ｉO が流れる
ＬＣ直列共振回路と、電流ｉO が流れることにより生じ
るＬＣ直列共振回路の中点の電圧ｅS を測定する電圧測
定手段と、この電圧測定手段による測定結果を未知の静
電容量ＣX に相当する値として表示する表示手段とを備
えているので、交流電圧発生器の出力インピーダンスＺ
O を１／ωＣSOに比べて十分に小さく設定するととも
に、ＬＣ直列共振回路に存在する等価直列抵抗ｒS を１
／ωＣSSに比べて十分に小さく設定すれば、ストレィ静
電容量ＣSOおよびストレィ静電容量ＣSSの影響を無視す
ることが可能となり、ストレィ静電容量ＣSOおよびスト
レィ静電容量ＣSSの影響をほとんど受けず、しかも、交
流電圧発生器の出力インピーダンスＺO を１／ωＣX に
比べて十分に小さく設定するとともに、ＬＣ直列共振回
路に存在する等価直列抵抗ｒS を１／ωＣX に比べて十
分に小さく設定すれば、交流電圧発生器から被測定素子
に電流ｉO を流すときに、交流電圧発生器の出力インピ
ーダンスＺO およびＬＣ直列共振回路に存在する等価直
列抵抗ｒS の影響を無視することができ、被測定素子の
未知の静電容量ＣX を精度良く測定して表示することが
できる。
【図１】この発明の実施の形態における静電容量測定方
法を実施する静電容量測定装置の構成を示すブロック図
である。
法を実施する静電容量測定装置の構成を示すブロック図
である。
【図２】標準的な位相検波回路の構成を示す回路図であ
る。
る。
【図３】図２の位相検波回路の各部の信号のタイムチャ
ートである。
ートである。
【図４】標準的な絶対値回路の構成を示す回路図であ
る。
る。
【図５】図４の絶対値回路の各部の信号のタイムチャー
トである。
トである。
【図６】従来の静電容量値測定方法を実施する静電容量
測定装置の構成を示すブロック図である。
測定装置の構成を示すブロック図である。
１ 交流電圧発生器 ２ 被測定素子 ３ ＬＣ直列共振回路 ４ 増幅器 ５ ＡＣ／ＤＣ変換手段 ６ 表示手段
Claims (4)
- 【請求項１】 交流電圧発生器から未知の静電容量をも
った被測定素子の一端に所定の周波数の交流電圧を印加
することにより、前記所定の周波数の交流電圧に対して
共振状態にあるインダクタおよびキャパシタからなるＬ
Ｃ直列共振回路を通して前記被測定素子に電流を流し、
前記電流が流れることにより生じる前記ＬＣ直列共振回
路の中点の電圧を測定して前記未知の静電容量に相当す
る値として出力することを特徴とする静電容量測定方
法。 - 【請求項２】 被測定素子の未知の静電容量をＣX と
し、前記被測定素子の一端から見て交流電圧発生器と並
列的に存在するストレィ静電容量をＣSOとし、前記被測
定素子の他端から見てＬＣ直列共振回路と並列的に存在
するストレィ静電容量をＣSSとし、前記交流電圧発生器
の交流電圧の周波数をｆO とし、角速度をω（＝２πｆ
O ）としたときに、前記交流電圧発生器の出力インピー
ダンスＺ O を１／ωＣSOの１０００分の１以下に設定す
るとともに、前記ＬＣ直列共振回路に存在する等価直列
抵抗ｒS を１／ωＣSSの１０００分の１以下に設定し、
かつ前記交流電圧発生器の出力インピーダンスＺO を１
／ωＣX の１０００分の１以下に設定するとともに、前
記ＬＣ直列共振回路に存在する等価直列抵抗ｒS を１／
ωＣX の１０００分の１以下に設定することを特徴とす
る請求項１記載の静電容量測定方法。 - 【請求項３】 所定の周波数の交流電圧を未知の静電容
量をもった被測定素子の一端に印加する交流電圧発生器
と、前記所定の周波数の交流電圧に対して共振状態にあ
るインダクタおよびキャパシタからなり前記交流電圧発
生器から前記被測定素子への通電路に直列に挿入された
ＬＣ直列共振回路と、前記ＬＣ直列共振回路の中点の電
圧を測定する電圧測定手段と、この電圧測定手段による
測定結果を前記未知の静電容量に相当する値として表示
する表示手段とを備えた静電容量測定装置。 - 【請求項４】 被測定素子の未知の静電容量をＣX と
し、前記被測定素子の一端から見て交流電圧発生器と並
列的に存在するストレィ静電容量をＣSOとし、前記被測
定素子の他端から見てＬＣ直列共振回路と並列的に存在
するストレィ静電容量をＣSSとし、前記交流電圧発生器
の交流電圧の周波数をｆO とし、角速度をω（＝２πｆ
O ）としたときに、前記交流電圧発生器の出力インピー
ダンスＺ O を１／ωＣSOの１０００分の１以下に設定す
るとともに、前記ＬＣ直列共振回路に存在する等価直列
抵抗ｒS を１／ωＣSSの１０００分の１以下に設定し、
かつ前記交流電圧発生器の出力インピーダンスＺO を１
／ωＣX の１０００分の１以下に設定するとともに、前
記ＬＣ直列共振回路に存在する等価直列抵抗ｒS を１／
ωＣX の１０００分の１以下に設定したことを特徴とす
る請求項３記載の静電容量測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23166595A JP2738828B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 静電容量測定方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23166595A JP2738828B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 静電容量測定方法およびその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0980096A JPH0980096A (ja) | 1997-03-28 |
| JP2738828B2 true JP2738828B2 (ja) | 1998-04-08 |
Family
ID=16927068
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23166595A Expired - Fee Related JP2738828B2 (ja) | 1995-09-08 | 1995-09-08 | 静電容量測定方法およびその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2738828B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102435859A (zh) * | 2011-09-21 | 2012-05-02 | 常州大学 | 基于交流压降平衡的微小电容测量电路及测量方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CZ304501B6 (cs) * | 2013-06-21 | 2014-05-28 | Jaroslav Plocek | Zátěžový tester výkonových kondenzátorů |
| FR3015684B1 (fr) | 2013-12-20 | 2017-03-03 | Skf Aerospace France | Dispositif de mesure de l'usure d'une rotule, rotule integrant ce dispositif et methode de mesure de l'usure d'une telle rotule |
| JP6422424B2 (ja) * | 2015-11-11 | 2018-11-14 | 三菱電機株式会社 | 半導体デバイスの寄生容量測定システムにおける共振装置、半導体デバイスの寄生容量測定システム、および半導体デバイスの寄生容量の測定方法 |
-
1995
- 1995-09-08 JP JP23166595A patent/JP2738828B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102435859A (zh) * | 2011-09-21 | 2012-05-02 | 常州大学 | 基于交流压降平衡的微小电容测量电路及测量方法 |
| CN102435859B (zh) * | 2011-09-21 | 2013-08-21 | 常州大学 | 基于交流压降平衡的微小电容测量电路及测量方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0980096A (ja) | 1997-03-28 |
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |