JP2811632B2 - 分離経路増幅及び絶縁装置並びに方法 - Google Patents
分離経路増幅及び絶縁装置並びに方法Info
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03F—AMPLIFIERS
- H03F3/00—Amplifiers with only discharge tubes or only semiconductor devices as amplifying elements
- H03F3/38—DC amplifiers with modulator at input and demodulator at output; Modulators or demodulators specially adapted for use in such amplifiers
-
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子測定装置に関
し、特に、広い周波数範囲にわたって絶縁された電気信
号電圧測定を行なうために安定して平坦な周波数応答を
与える線形分離経路（又は２重経路）絶縁回路である分
離経路増幅及び絶縁装置並びに方法に関する。
し、特に、広い周波数範囲にわたって絶縁された電気信
号電圧測定を行なうために安定して平坦な周波数応答を
与える線形分離経路（又は２重経路）絶縁回路である分
離経路増幅及び絶縁装置並びに方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】接地電位よりも大幅に高い電圧に上昇さ
れた電気電圧信号を安全且つ正確に測定することは困難
である。多くの場合、被測定信号は、高レベルの同相信
号に乗った低レベルの信号であり、同相抑圧比の高い測
定器を必要とする。さらに、無関係の接地電流が、ハム
や接地ループで誘導された電圧を測定信号に加える。こ
れらの問題は、電気電圧信号を広帯域オシロスコープで
測定する際に、特にやっかいである。
れた電気電圧信号を安全且つ正確に測定することは困難
である。多くの場合、被測定信号は、高レベルの同相信
号に乗った低レベルの信号であり、同相抑圧比の高い測
定器を必要とする。さらに、無関係の接地電流が、ハム
や接地ループで誘導された電圧を測定信号に加える。こ
れらの問題は、電気電圧信号を広帯域オシロスコープで
測定する際に、特にやっかいである。
【０００３】上述の測定の問題により、オシロスコープ
のユーザは、このオシロスコープの接地基準への接続を
無効にして、かかるオシロスコープを「フローティン
グ」するなどの潜在的に危険な測定技法をしばしば用い
なければならない。典型的には、絶縁トランスや３対２
の差込を有する電源プラグ・アダプタを用いたり、オシ
ロスコープ電源プラグの接地差込を単に切断するなどし
て、オシロスコープをフローティングしている。オシロ
スコープをフローティングすることは、このオシロスコ
ープを高電圧ショックの危険なものとするばかりでな
く、その電源トランスに過度のストレスを加えると共
に、容量誘導による接地電流のために測定精度が低下す
る。
のユーザは、このオシロスコープの接地基準への接続を
無効にして、かかるオシロスコープを「フローティン
グ」するなどの潜在的に危険な測定技法をしばしば用い
なければならない。典型的には、絶縁トランスや３対２
の差込を有する電源プラグ・アダプタを用いたり、オシ
ロスコープ電源プラグの接地差込を単に切断するなどし
て、オシロスコープをフローティングしている。オシロ
スコープをフローティングすることは、このオシロスコ
ープを高電圧ショックの危険なものとするばかりでな
く、その電源トランスに過度のストレスを加えると共
に、容量誘導による接地電流のために測定精度が低下す
る。
【０００４】明らかに、安全で正確な測定のためには、
オシロスコープを接地に接続しなければならない。幸い
にも、これらには、間接接地装置、差動測定器、絶縁
（された）入力システム及び絶縁増幅器などの利用可能
ないくつかの安全で正確なフローティング測定解決法が
ある。
オシロスコープを接地に接続しなければならない。幸い
にも、これらには、間接接地装置、差動測定器、絶縁
（された）入力システム及び絶縁増幅器などの利用可能
ないくつかの安全で正確なフローティング測定解決法が
ある。
【０００５】間接接地装置は、測定器及び主電源間に接
続される。この間接接地装置の例としては、本願出願人
の米国オレゴン州のテクトロニクス・インコーポレイテ
ッド製Ａ６９０１型接地絶縁モニタがある。この接地絶
縁モニタによれば、信号基準レベルが４０ボルトを越え
たときに、測定器を約４０ボルトの安全な信号基準レベ
ルにフローティングして、この測定器を接地に再接続す
る。残念なことに、測定が４０ボルトに制限され、測定
器全体が基準レベルに上昇し、測定器を不注意に接地さ
せると測定回路を短絡回路としてしまい、また、基準接
地及び電源接地間の充分な容量により測定が不正確にな
った。
続される。この間接接地装置の例としては、本願出願人
の米国オレゴン州のテクトロニクス・インコーポレイテ
ッド製Ａ６９０１型接地絶縁モニタがある。この接地絶
縁モニタによれば、信号基準レベルが４０ボルトを越え
たときに、測定器を約４０ボルトの安全な信号基準レベ
ルにフローティングして、この測定器を接地に再接続す
る。残念なことに、測定が４０ボルトに制限され、測定
器全体が基準レベルに上昇し、測定器を不注意に接地さ
せると測定回路を短絡回路としてしまい、また、基準接
地及び電源接地間の充分な容量により測定が不正確にな
った。
【０００６】測定器をフローティングさせる必要のない
差動電圧測定は、本願出願人の米国オレゴン州のテクト
ロニクス・インコーポレイテッド製１１Ａ３３型の如き
差動増幅器を用いることにより、高精度に行える。残念
なことに、差動増幅器は、高価且つ複雑であり、同相抑
圧比が制限されており、被測定信号に平衡した１対のプ
ローブを接続する必要があり、測定信号電圧が約５００
ボルト未満に制限される。
差動電圧測定は、本願出願人の米国オレゴン州のテクト
ロニクス・インコーポレイテッド製１１Ａ３３型の如き
差動増幅器を用いることにより、高精度に行える。残念
なことに、差動増幅器は、高価且つ複雑であり、同相抑
圧比が制限されており、被測定信号に平衡した１対のプ
ローブを接続する必要があり、測定信号電圧が約５００
ボルト未満に制限される。
【０００７】絶縁入力システムには、バッテリーを電源
とする携帯型測定器があり、主電源から本質的に絶縁さ
れている。かかる測定器は、通常は良好に絶縁されてお
り、数百ボルト又は数千ボルトに上昇した小さな信号を
測定できる。残念なことに、バッテリーを電源とする測
定器は、典型的には、測定感度及び帯域幅が制限され、
被測定回路への顕著な容量が存在する。
とする携帯型測定器があり、主電源から本質的に絶縁さ
れている。かかる測定器は、通常は良好に絶縁されてお
り、数百ボルト又は数千ボルトに上昇した小さな信号を
測定できる。残念なことに、バッテリーを電源とする測
定器は、典型的には、測定感度及び帯域幅が制限され、
被測定回路への顕著な容量が存在する。
【０００８】絶縁増幅器は、典型的には、被測定回路及
び測定器の間に接続される。絶縁増幅器の例としては、
本願出願人である米国オレゴン州のテクトロニクス・イ
ンコーポレイテッド製Ａ６９０２Ｂ型電圧絶縁増幅器が
ある。絶縁増幅器には、被測定入力信号が結合されるの
に越える絶縁障壁がある。絶縁増幅器は、フローティン
グ測定にとって好適な解決法を与える。それは、分離経
路絶縁技法を用いるので、入力信号の電圧を約３０００
ボルトにまで上昇でき、絶縁障壁にわたる容量が比較的
に低く、測定帯域幅がゼロヘルツ（直流、即ち、ＤＣ）
から約２５メガヘルツまでの範囲にわたるためである。
び測定器の間に接続される。絶縁増幅器の例としては、
本願出願人である米国オレゴン州のテクトロニクス・イ
ンコーポレイテッド製Ａ６９０２Ｂ型電圧絶縁増幅器が
ある。絶縁増幅器には、被測定入力信号が結合されるの
に越える絶縁障壁がある。絶縁増幅器は、フローティン
グ測定にとって好適な解決法を与える。それは、分離経
路絶縁技法を用いるので、入力信号の電圧を約３０００
ボルトにまで上昇でき、絶縁障壁にわたる容量が比較的
に低く、測定帯域幅がゼロヘルツ（直流、即ち、ＤＣ）
から約２５メガヘルツまでの範囲にわたるためである。
【０００９】分離経路絶縁技法は、入力信号の直流から
低周波（本明細書では、「低経路」と呼ぶ）成分及び低
周波から高周波（本明細書では、「高経路」と呼ぶ）成
分を結合する分離絶縁障壁装置を用いている。低経路及
び高経路の出力を加算増幅器で再組み合わせして、結果
としての直流から高周波（本明細書では、「広帯域」と
呼ぶ）出力信号を発生する。
低周波（本明細書では、「低経路」と呼ぶ）成分及び低
周波から高周波（本明細書では、「高経路」と呼ぶ）成
分を結合する分離絶縁障壁装置を用いている。低経路及
び高経路の出力を加算増幅器で再組み合わせして、結果
としての直流から高周波（本明細書では、「広帯域」と
呼ぶ）出力信号を発生する。
【００１０】上述のＡ６９０２Ｂ型の高経路及び低経路
は、トランス及び光結合器を夫々に用いて、入力信号の
分離した周波数成分を絶縁障壁を越えて結合して、加算
増幅器を駆動する。閉ループ帰還路を与える第２光結合
器が、低経路の直線性を制御する。残念なことに、低経
路の直線性は、２個の光結合器の温度及び電気変換特性
が一致する程度に応じて決まる。高経路の直線性は、ト
ランスの結合特性により決まり、このトランスの結合特
性は、トランスのコア材料の磁束特性によりほとんど決
まる。上述の線形を決める要素は相互に作用するので、
Ａ６９０２Ｂ型には、利得、オフセット及び周波数応答
を適切に平衡させるのに１７個の調整が必要である。
は、トランス及び光結合器を夫々に用いて、入力信号の
分離した周波数成分を絶縁障壁を越えて結合して、加算
増幅器を駆動する。閉ループ帰還路を与える第２光結合
器が、低経路の直線性を制御する。残念なことに、低経
路の直線性は、２個の光結合器の温度及び電気変換特性
が一致する程度に応じて決まる。高経路の直線性は、ト
ランスの結合特性により決まり、このトランスの結合特
性は、トランスのコア材料の磁束特性によりほとんど決
まる。上述の線形を決める要素は相互に作用するので、
Ａ６９０２Ｂ型には、利得、オフセット及び周波数応答
を適切に平衡させるのに１７個の調整が必要である。
【００１１】電気的信号電流を測定するには、典型的に
は、電流伝送導体に電流測定検知器を挿入し、潜在的に
危険な操作を行い、その導体の周波数応答を変更する必
要があり、高周波測定を不正確とする。その結果、今ま
での操作者は、ホール効果素子を用いて、導体内の電流
の流れにより生じた磁束を検知して、導体を破損したり
電気的に接続することなく、直流から中間周波数までの
信号電流を測定した。その後の技術としては、信号電圧
を先ず信号電流に変換したならば、絶縁増幅器の低経路
内にホール効果素子を用いることができた。電流検知ホ
ール効果素子は、１９７９年８月１８日に発行され、本
願出願人に譲渡された米国特許第３５２５０４１号「広
い周波数範囲にわたって有効な電界測定方法及び装置」
に開示されている。残念なことに、ホール効果素子の電
流感度は、温度に応じて変化するので、測定精度を維持
するのに、周波数校正が必要となる。さらに、ホール効
果素子は、帰還技法に良好に適合しないので、直線性が
比較的悪くなる。光結合器も一般的には、ホール効果素
子と同様であるが、信号忠実度が重要な要素でないデジ
タル信号の結合及び絶縁に広範に用いられている。
は、電流伝送導体に電流測定検知器を挿入し、潜在的に
危険な操作を行い、その導体の周波数応答を変更する必
要があり、高周波測定を不正確とする。その結果、今ま
での操作者は、ホール効果素子を用いて、導体内の電流
の流れにより生じた磁束を検知して、導体を破損したり
電気的に接続することなく、直流から中間周波数までの
信号電流を測定した。その後の技術としては、信号電圧
を先ず信号電流に変換したならば、絶縁増幅器の低経路
内にホール効果素子を用いることができた。電流検知ホ
ール効果素子は、１９７９年８月１８日に発行され、本
願出願人に譲渡された米国特許第３５２５０４１号「広
い周波数範囲にわたって有効な電界測定方法及び装置」
に開示されている。残念なことに、ホール効果素子の電
流感度は、温度に応じて変化するので、測定精度を維持
するのに、周波数校正が必要となる。さらに、ホール効
果素子は、帰還技法に良好に適合しないので、直線性が
比較的悪くなる。光結合器も一般的には、ホール効果素
子と同様であるが、信号忠実度が重要な要素でないデジ
タル信号の結合及び絶縁に広範に用いられている。
【００１２】従来の分離経路絶縁増幅器は、低経路及び
高経路周波数領域が重なるクロスオーバー周波数領域に
て信号精度を維持するのが困難である。３ｄｂ低経路及
び高経路ロールオフ周波数を一致させてクロスオーバー
周波数を達成し、これにより、クロスオーバー周波数に
おける組み合わせ信号の振幅におけるわずかな「下降
（dip ）」が生じることが周知である。したがって、従
来の分離経路増幅器では、典型的には、１ダース以上の
可変抵抗器及びコンデンサの調整により、クロスオーバ
ー周波数領域における組み合わせ信号振幅を補正する。
可変抵抗器及びコンデンサは精密な部品でなければなら
ないが、残念なことに、これにより、従来の絶縁増幅器
が大幅に高価になり、信頼性が低下すると共に、信号精
度を維持するために周期的な再調整が必要となる。
高経路周波数領域が重なるクロスオーバー周波数領域に
て信号精度を維持するのが困難である。３ｄｂ低経路及
び高経路ロールオフ周波数を一致させてクロスオーバー
周波数を達成し、これにより、クロスオーバー周波数に
おける組み合わせ信号の振幅におけるわずかな「下降
（dip ）」が生じることが周知である。したがって、従
来の分離経路増幅器では、典型的には、１ダース以上の
可変抵抗器及びコンデンサの調整により、クロスオーバ
ー周波数領域における組み合わせ信号振幅を補正する。
可変抵抗器及びコンデンサは精密な部品でなければなら
ないが、残念なことに、これにより、従来の絶縁増幅器
が大幅に高価になり、信頼性が低下すると共に、信号精
度を維持するために周期的な再調整が必要となる。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】したがって、周波数補
償調整をなくし、信号測定帯域幅を広げ、絶縁障壁にま
たがる容量を低下させ、一般にコストを下げ、改善され
た信頼性の簡単な線形分離経路絶縁増幅器が望まれてい
る。
償調整をなくし、信号測定帯域幅を広げ、絶縁障壁にま
たがる容量を低下させ、一般にコストを下げ、改善され
た信頼性の簡単な線形分離経路絶縁増幅器が望まれてい
る。
【００１４】したがって、本発明の目的の１つは、広い
範囲の信号測定周波数にわたって正確で安定した応答特
性を有する改善された分離経路増幅及び絶縁装置並びに
方法の提供にある。
範囲の信号測定周波数にわたって正確で安定した応答特
性を有する改善された分離経路増幅及び絶縁装置並びに
方法の提供にある。
【００１５】本発明の他の目的は、周波数補償調整をす
ることなく、安定した周波数及びパルス応答を維持する
簡単な分離経路絶縁増幅器の提供にある。
ることなく、安定した周波数及びパルス応答を維持する
簡単な分離経路絶縁増幅器の提供にある。
【００１６】本発明の更に他の目的は、広い温度範囲に
わたって、増幅応答ドリフトを最小とする分離経路絶縁
増幅器の提供にある。
わたって、増幅応答ドリフトを最小とする分離経路絶縁
増幅器の提供にある。
【００１７】本発明の別の目的は、用いる低経路及び高
経路絶縁障壁装置における非直線性に関係なく、出力信
号が入力信号を正確に表す線形分離絶縁増幅器の提供に
ある。
経路絶縁障壁装置における非直線性に関係なく、出力信
号が入力信号を正確に表す線形分離絶縁増幅器の提供に
ある。
【００１８】さらに本発明の目的は、オシロスコープの
コストを低減すると共に信頼性及び製造容易性を改善し
たフローティング入力増幅器を有するオシロスコープの
提供にある。
コストを低減すると共に信頼性及び製造容易性を改善し
たフローティング入力増幅器を有するオシロスコープの
提供にある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、分離経
路絶縁増幅器回路は、高経路にて磁束がゼロになったト
ランスと、低経路に閉ループ帰還を設ける単一入力及び
多出力光結合器とを具えており、周波数補償調整をする
ことなく、平坦で広い周波数応答を達成する。低経路周
波数領域にて、光結合器は、信号の総て又はほとんどを
出力とする。絶縁増幅器のクロスオーバー周波数領域が
実質的に重なっており、高経路信号をトランスの１次巻
き線に供給し、低経路信号をトランスの２次巻き線に差
動的に供給する。クロスオーバー周波数範囲未満の周波
数にて、光結合器からの信号が、１次巻き線ロールオフ
から結合された信号として支配する。クロスオーバー周
波数範囲より高い周波数にて、１次巻き線から結合され
た信号が、光結合器ロールオフからの信号として支配す
る。クロスオーバー周波数範囲内の周波数にて、トラン
スの１次巻き線及び２次巻き線が発生した磁束は協働し
て、平坦な周波数応答の組み合わせ出力信号を発生す
る。これらに必要な調整は、低経路の利得を高経路の利
得に合わせることと、低経路における任意のオフセット
を補償することとである。
路絶縁増幅器回路は、高経路にて磁束がゼロになったト
ランスと、低経路に閉ループ帰還を設ける単一入力及び
多出力光結合器とを具えており、周波数補償調整をする
ことなく、平坦で広い周波数応答を達成する。低経路周
波数領域にて、光結合器は、信号の総て又はほとんどを
出力とする。絶縁増幅器のクロスオーバー周波数領域が
実質的に重なっており、高経路信号をトランスの１次巻
き線に供給し、低経路信号をトランスの２次巻き線に差
動的に供給する。クロスオーバー周波数範囲未満の周波
数にて、光結合器からの信号が、１次巻き線ロールオフ
から結合された信号として支配する。クロスオーバー周
波数範囲より高い周波数にて、１次巻き線から結合され
た信号が、光結合器ロールオフからの信号として支配す
る。クロスオーバー周波数範囲内の周波数にて、トラン
スの１次巻き線及び２次巻き線が発生した磁束は協働し
て、平坦な周波数応答の組み合わせ出力信号を発生す
る。これらに必要な調整は、低経路の利得を高経路の利
得に合わせることと、低経路における任意のオフセット
を補償することとである。
【００２０】本発明のその他の目的及び利点は、好適実
施例の添付図を参照した以下の詳細説明から明らかにな
ろう。
施例の添付図を参照した以下の詳細説明から明らかにな
ろう。
【００２１】
【発明の実施の形態】図１は、分離経路絶縁増幅器１０
（以下、単に増幅器１０という）を示し、入力信号源１
２は、５０オームの終端抵抗器１４に電気的に接続さ
れ、３００００オームの抵抗器１６を介して演算増幅器
１８（以下、単に増幅器１８という）の非反転入力端に
接続されると共に、トランスコンダクタンス増幅器２０
（以下、単に増幅器２０という）の非反転入力端に接続
される。入力信号源１２は、絶縁された接地２２を基準
にしている。増幅器１８は、好適には、米国カリフォル
ニア州パルアルトのナショナル・セミコンダクター・コ
ーポレイション製ＬＮ−４１２型であり、増幅器２０
は、好適には、米国カリフォルニア州サニーベールのマ
キシム・インテグレーテッド・プロダクツ製ＭＡＸ−４
３５型である。増幅器１８及び２０は、入力信号源１２
に発生した信号を低経路２４及び高経路２６に分離す
る。なお、増幅器１８（及びその周辺回路）が低経路増
幅器を構成し、増幅器２０（及びその周辺回路）が高経
路増幅器を構成する。
（以下、単に増幅器１０という）を示し、入力信号源１
２は、５０オームの終端抵抗器１４に電気的に接続さ
れ、３００００オームの抵抗器１６を介して演算増幅器
１８（以下、単に増幅器１８という）の非反転入力端に
接続されると共に、トランスコンダクタンス増幅器２０
（以下、単に増幅器２０という）の非反転入力端に接続
される。入力信号源１２は、絶縁された接地２２を基準
にしている。増幅器１８は、好適には、米国カリフォル
ニア州パルアルトのナショナル・セミコンダクター・コ
ーポレイション製ＬＮ−４１２型であり、増幅器２０
は、好適には、米国カリフォルニア州サニーベールのマ
キシム・インテグレーテッド・プロダクツ製ＭＡＸ−４
３５型である。増幅器１８及び２０は、入力信号源１２
に発生した信号を低経路２４及び高経路２６に分離す
る。なお、増幅器１８（及びその周辺回路）が低経路増
幅器を構成し、増幅器２０（及びその周辺回路）が高経
路増幅器を構成する。
【００２２】高経路２６では、入力信号源１２を増幅器
２０の非反転入力端に接続し、この増幅器２０は、入力
信号を対応する差動出力電流に変換して、トランス３０
の１次巻き線２８に流す。トランス３０は、米国ワシン
トン州ケントのジマンマグネテックス製Ｚ−９３２０３
Ｊ型トロイダル・トランジスタ部品である。増幅器２０
の差動出力端は、１６０オームの抵抗器３２及び７５オ
ームの抵抗器３４、３６を介して絶縁された電圧源＋Ｖ
ｉから電力を受ける。
２０の非反転入力端に接続し、この増幅器２０は、入力
信号を対応する差動出力電流に変換して、トランス３０
の１次巻き線２８に流す。トランス３０は、米国ワシン
トン州ケントのジマンマグネテックス製Ｚ−９３２０３
Ｊ型トロイダル・トランジスタ部品である。増幅器２０
の差動出力端は、１６０オームの抵抗器３２及び７５オ
ームの抵抗器３４、３６を介して絶縁された電圧源＋Ｖ
ｉから電力を受ける。
【００２３】１次巻き線２８を流れる高経路２６の信号
電流は、トランス３０のコア３８内に時間と伴に変化す
る磁束を生じ、１次巻き線２８に対応する電圧を誘導す
る。この磁束は、また、１対の２次巻き線４０及び４２
を通過して、そこに時間に伴に変化する関連した電流を
誘導する。この電流が、１次巻き線２８の発生した磁束
と逆方向に起磁力を発生する。２次巻き線４０及び４２
で時間と伴に変化する電流は、高周波範囲のみにおいて
有効であり、１次巻き線２８が生じた磁束を効果的にゼ
ロにする。
電流は、トランス３０のコア３８内に時間と伴に変化す
る磁束を生じ、１次巻き線２８に対応する電圧を誘導す
る。この磁束は、また、１対の２次巻き線４０及び４２
を通過して、そこに時間に伴に変化する関連した電流を
誘導する。この電流が、１次巻き線２８の発生した磁束
と逆方向に起磁力を発生する。２次巻き線４０及び４２
で時間と伴に変化する電流は、高周波範囲のみにおいて
有効であり、１次巻き線２８が生じた磁束を効果的にゼ
ロにする。
【００２４】２次巻き線４０及び４２からの逆位相の第
１対の出力接続は、２０オームの抵抗器４８、５０及び
０．０１５マイクロファラッドのコンデンサ５２、５４
が形成する直列抵抗器・コンデンサ（ＲＣ）回路網によ
り、シャーシ接地４６に高周波終端（高周波成分の終
端）される。２次巻き線４０及び４２からの逆位相の第
２対の出力接続は、２０オームの抵抗器５６、５８によ
りシャーシ接地４６に高帯域終端される。これら抵抗器
５６、５８には、差動出力電圧＋ＶOUT 及び−ＶOUT
（まとめて「ＶOUT 」という）が発生する。特定のアプ
リケーションにおける増幅器９０の形式に応じて、３３
０オームの抵抗器６０及び０．００３マイクロファラッ
ドのコンデンサ６２により典型的に形成したオプション
の高周波寄生抑圧ＲＣ回路網を差動出力端間に接続して
もよい。
１対の出力接続は、２０オームの抵抗器４８、５０及び
０．０１５マイクロファラッドのコンデンサ５２、５４
が形成する直列抵抗器・コンデンサ（ＲＣ）回路網によ
り、シャーシ接地４６に高周波終端（高周波成分の終
端）される。２次巻き線４０及び４２からの逆位相の第
２対の出力接続は、２０オームの抵抗器５６、５８によ
りシャーシ接地４６に高帯域終端される。これら抵抗器
５６、５８には、差動出力電圧＋ＶOUT 及び−ＶOUT
（まとめて「ＶOUT 」という）が発生する。特定のアプ
リケーションにおける増幅器９０の形式に応じて、３３
０オームの抵抗器６０及び０．００３マイクロファラッ
ドのコンデンサ６２により典型的に形成したオプション
の高周波寄生抑圧ＲＣ回路網を差動出力端間に接続して
もよい。
【００２５】図２Ａは、高経路２６における２００ミリ
ボルト・ステップの入力信号に対する時間対振幅応答を
示す。高経路２６では、入力信号の立ち上がり時間に続
いて、直ちに、９０から１０％の立ち下がり時間が約３
６．６マイクロ秒で、ゼロ・ボルトへ指数関数的に減衰
する。この立ち下がり時間は、高経路２６が約９．５キ
ロヘルツの低周波３ｄｂロールオフ周波数を有すること
を示す。
ボルト・ステップの入力信号に対する時間対振幅応答を
示す。高経路２６では、入力信号の立ち上がり時間に続
いて、直ちに、９０から１０％の立ち下がり時間が約３
６．６マイクロ秒で、ゼロ・ボルトへ指数関数的に減衰
する。この立ち下がり時間は、高経路２６が約９．５キ
ロヘルツの低周波３ｄｂロールオフ周波数を有すること
を示す。
【００２６】再び図１を参照する。トランス３０は、絶
縁障壁（アイソレーション・バリアー）４４（点線で示
す）の第１部分を更に形成する。これは、分離した接地
２２を基準とする部分と、シャーシ接地４６を基準とす
る部分とに増幅器１０を分離する。絶縁障壁４４は、空
気空間、真空又は他の形式の電気的絶縁器により形成す
る。トランス３０の好適なパラメータは、次の通りであ
る。
縁障壁（アイソレーション・バリアー）４４（点線で示
す）の第１部分を更に形成する。これは、分離した接地
２２を基準とする部分と、シャーシ接地４６を基準とす
る部分とに増幅器１０を分離する。絶縁障壁４４は、空
気空間、真空又は他の形式の電気的絶縁器により形成す
る。トランス３０の好適なパラメータは、次の通りであ
る。
【００２７】トロイダル・コア３８は、マグネテックス
・インコーポレイテッド製の部品番号Ｇ−４０７０５−
ＴＣであり、その外側直径が７．６２ミリメートル
（０．３００インチ）であり、内側直径が３．１８ミリ
メートル（０．１２５インチ）であり、高さが４．７８
ミリメートル（０．１８８インチ）である。
・インコーポレイテッド製の部品番号Ｇ−４０７０５−
ＴＣであり、その外側直径が７．６２ミリメートル
（０．３００インチ）であり、内側直径が３．１８ミリ
メートル（０．１２５インチ）であり、高さが４．７８
ミリメートル（０．１８８インチ）である。
【００２８】１次巻き線２８は、０．２５ミリメートル
（０．０１０インチ）の厚さのテフロン絶縁された３２
ＡＷＧの銀メッキの固体銅線である。
（０．０１０インチ）の厚さのテフロン絶縁された３２
ＡＷＧの銀メッキの固体銅線である。
【００２９】２次巻き線４０及び４２は、夫々１２回の
バイファイラ巻きの３２−ＡＷＧエナメル線であり、コ
ア３８上に単一の平坦な層を形成する。
バイファイラ巻きの３２−ＡＷＧエナメル線であり、コ
ア３８上に単一の平坦な層を形成する。
【００３０】ミネソタ・マイニング・アンド・マニュフ
ァクチャリング製５６番テフロン・テープの単一の層を
２次巻き線４０及び４２の上部に巻く。
ァクチャリング製５６番テフロン・テープの単一の層を
２次巻き線４０及び４２の上部に巻く。
【００３１】１次巻き線２８は、テープの巻かれた２次
巻き線４０及び４２の上部にわたって広げられた単一の
平坦層内に形成されたワイヤの４回巻きである。
巻き線４０及び４２の上部にわたって広げられた単一の
平坦層内に形成されたワイヤの４回巻きである。
【００３２】２次巻き線４０及び４２の各々は、０．１
ボルト最大測定信号で１００キロヘルツで測定した際
に、約２０８から約３６４マイクロヘンリーのインダク
タンスを有する。
ボルト最大測定信号で１００キロヘルツで測定した際
に、約２０８から約３６４マイクロヘンリーのインダク
タンスを有する。
【００３３】トランス３０の最低帯域幅は、約２５０メ
ガヘルツである。
ガヘルツである。
【００３４】トランス３０は、少なくとも３５００ＲＭ
Ｓ（実行値）ボルトを１０秒間供給する高電位ブレーク
ダウン試験（１次巻き線から２次巻き線へ）に耐えると
共に、４４００ＲＭＳボルトの１分間のサージ電圧に耐
えるように設計されている。
Ｓ（実行値）ボルトを１０秒間供給する高電位ブレーク
ダウン試験（１次巻き線から２次巻き線へ）に耐えると
共に、４４００ＲＭＳボルトの１分間のサージ電圧に耐
えるように設計されている。
【００３５】低経路２４において、入力信号源１２にお
ける入力信号電圧に応じて、増幅器１８は、単一入力多
出力光結合器６６の内部に配置された光放射ダイオード
（ＬＥＤ）６４を介して絶縁された正電圧源＋Ｖi から
流れる電流を制御可能に引き込む。この光結合器６６
は、好ましくは、米国コロラド州イングレウッドのヒュ
ーレット・パッカード・コーポレイション製ＣＮＲ−２
０１型である。２４５オームの抵抗器６８は、ＬＥＤ６
４に流れる電流を安全な値に制限する。光結合器６６
は、１対のマッチした光ダイオード（フォトダイオー
ド）７０及び７２を含んでおり、これらフォトダイオー
ドの各々は、制御可能に引き込まれた電流に応答してＬ
ＥＤ６４が発生した光束のほぼ等しい部分を検知する。
光結合器６６は、絶縁障壁４４の第２部分を更に形成す
る。
ける入力信号電圧に応じて、増幅器１８は、単一入力多
出力光結合器６６の内部に配置された光放射ダイオード
（ＬＥＤ）６４を介して絶縁された正電圧源＋Ｖi から
流れる電流を制御可能に引き込む。この光結合器６６
は、好ましくは、米国コロラド州イングレウッドのヒュ
ーレット・パッカード・コーポレイション製ＣＮＲ−２
０１型である。２４５オームの抵抗器６８は、ＬＥＤ６
４に流れる電流を安全な値に制限する。光結合器６６
は、１対のマッチした光ダイオード（フォトダイオー
ド）７０及び７２を含んでおり、これらフォトダイオー
ドの各々は、制御可能に引き込まれた電流に応答してＬ
ＥＤ６４が発生した光束のほぼ等しい部分を検知する。
光結合器６６は、絶縁障壁４４の第２部分を更に形成す
る。
【００３６】光束に応答して、フォトダイオード７０
は、対応する信号電流を、絶縁負電圧源−Ｖi から２０
００オームの抵抗器７４を介して、バイアス回路網抵抗
器７６及び７８の共通接続点に流す。フォトダイオード
７０及び抵抗器７４の共通接続点に発生した帰還電圧
は、増幅器１８の反転入力端に電気的に供給するので、
負帰還ループが増幅器１８の周囲に形成される。よっ
て、増幅器１８は、ＬＥＤ６４やフォトダイオード７
０、７２などの素子に固有の非直線性を補償するので、
一致した信号電流がフォトダイオード７０及び７２に流
れる。これら電流は、入力信号源１２における信号電圧
に忠実に対応する。
は、対応する信号電流を、絶縁負電圧源−Ｖi から２０
００オームの抵抗器７４を介して、バイアス回路網抵抗
器７６及び７８の共通接続点に流す。フォトダイオード
７０及び抵抗器７４の共通接続点に発生した帰還電圧
は、増幅器１８の反転入力端に電気的に供給するので、
負帰還ループが増幅器１８の周囲に形成される。よっ
て、増幅器１８は、ＬＥＤ６４やフォトダイオード７
０、７２などの素子に固有の非直線性を補償するので、
一致した信号電流がフォトダイオード７０及び７２に流
れる。これら電流は、入力信号源１２における信号電圧
に忠実に対応する。
【００３７】絶縁された電圧源＋Ｖi 及び−Ｖi の各々
は、約５ボルトの好適な電位であり、低容量トランス
（図示せず）によって絶縁障壁４４を越えて１００キロ
ヘルツの電力を結合することにより従来通り発生する。
そして、従来の整流及び安定化を用いる。代わりに、バ
ッテリー、光電圧変換素子、又は他の絶縁された低容量
電力結合技法を用いてもよい。
は、約５ボルトの好適な電位であり、低容量トランス
（図示せず）によって絶縁障壁４４を越えて１００キロ
ヘルツの電力を結合することにより従来通り発生する。
そして、従来の整流及び安定化を用いる。代わりに、バ
ッテリー、光電圧変換素子、又は他の絶縁された低容量
電力結合技法を用いてもよい。
【００３８】絶縁障壁４４の他方の側は、シャーシ接地
４６を基準にしている。信号電流は、フォトダイオード
７２の制御により、電圧源＋Ｖから演算増幅器８０に流
れる。この演算増幅器８０は、好適には、米国カリフォ
ルニア州パルアルトのナショナル・セミコンダクター・
コーポレイション製ＬＮ−４１２型である。増幅器８０
の利得は、可変抵抗器８２により調整できる。この可変
抵抗器８２は、抵抗器７４の２０００オームの抵抗値に
ほぼ一致するように設定できるので、実質的に等しい信
号電流をフォトダイオード７０、７２を介して流せる。
代わりに、増幅器８０の利得は、電圧制御利得セルを駆
動するデジタル・アナログ変換器を用いて、デジタル的
に制御してもよい。
４６を基準にしている。信号電流は、フォトダイオード
７２の制御により、電圧源＋Ｖから演算増幅器８０に流
れる。この演算増幅器８０は、好適には、米国カリフォ
ルニア州パルアルトのナショナル・セミコンダクター・
コーポレイション製ＬＮ−４１２型である。増幅器８０
の利得は、可変抵抗器８２により調整できる。この可変
抵抗器８２は、抵抗器７４の２０００オームの抵抗値に
ほぼ一致するように設定できるので、実質的に等しい信
号電流をフォトダイオード７０、７２を介して流せる。
代わりに、増幅器８０の利得は、電圧制御利得セルを駆
動するデジタル・アナログ変換器を用いて、デジタル的
に制御してもよい。
【００３９】同様に、増幅器８０のオフセットは、２５
０オームの可変抵抗器８４により調整できる。この可変
抵抗器８４のスライダ（可動接点）は、２０００オーム
の抵抗器８６を介して増幅器８０の非反転入力端に接続
する。可変抵抗器８４の一端は、シャーシ接地４６に接
続し、その他端は、２２００オームの抵抗器８８を介し
て電圧源＋Ｖに接続する。代わりに、増幅器８０のオフ
セットは、この増幅器８０の非反転入力端を駆動するデ
ジタル・アナログ変換器によりデジタル的に制御しても
よい。
０オームの可変抵抗器８４により調整できる。この可変
抵抗器８４のスライダ（可動接点）は、２０００オーム
の抵抗器８６を介して増幅器８０の非反転入力端に接続
する。可変抵抗器８４の一端は、シャーシ接地４６に接
続し、その他端は、２２００オームの抵抗器８８を介し
て電圧源＋Ｖに接続する。代わりに、増幅器８０のオフ
セットは、この増幅器８０の非反転入力端を駆動するデ
ジタル・アナログ変換器によりデジタル的に制御しても
よい。
【００４０】増幅器８０の電圧出力をトランスコンダク
タンス増幅器９０により差動電流に変換し、この差動出
力によりトランス３０の２次巻き線４０及び４２の高周
波出力端部を駆動する。増幅器９０は、好適には市販の
集積回路増幅器であるが、本発明においては、米国カリ
フォルニア州サニーベイルのマキシム・インテグレーテ
ッド・プロダクツ製ＭＡＸ−４３５又はＭＡＸ−４３６
型等の特性の増幅器が適する。増幅器９０の非反転出力
端及び反転出力端を夫々２次巻き線４０及び４２に接続
して、これら２次巻き線４０及び４２を介して増幅器９
０の差動出力電流を広帯域終端抵抗器５６及び５８に流
して、出力電流に比例した出力電圧Ｖout の低周波成分
を発生する。さらに、増幅器９０からの差動出力電流
は、１次巻き線２８が発生した磁束と逆にコア３８内に
磁束を発生する。したがって、低経路周波数にて、２次
巻き線４０及び４２内の電流が、１次巻き線２８により
生じた磁束を実質的にゼロにする磁束を発生する。な
お、これらトランス３０、光結合器６６、増幅器８０、
９０及びその周辺回路が、信号組み合わせ器を構成す
る。
タンス増幅器９０により差動電流に変換し、この差動出
力によりトランス３０の２次巻き線４０及び４２の高周
波出力端部を駆動する。増幅器９０は、好適には市販の
集積回路増幅器であるが、本発明においては、米国カリ
フォルニア州サニーベイルのマキシム・インテグレーテ
ッド・プロダクツ製ＭＡＸ−４３５又はＭＡＸ−４３６
型等の特性の増幅器が適する。増幅器９０の非反転出力
端及び反転出力端を夫々２次巻き線４０及び４２に接続
して、これら２次巻き線４０及び４２を介して増幅器９
０の差動出力電流を広帯域終端抵抗器５６及び５８に流
して、出力電流に比例した出力電圧Ｖout の低周波成分
を発生する。さらに、増幅器９０からの差動出力電流
は、１次巻き線２８が発生した磁束と逆にコア３８内に
磁束を発生する。したがって、低経路周波数にて、２次
巻き線４０及び４２内の電流が、１次巻き線２８により
生じた磁束を実質的にゼロにする磁束を発生する。な
お、これらトランス３０、光結合器６６、増幅器８０、
９０及びその周辺回路が、信号組み合わせ器を構成す
る。
【００４１】図２Ｂは、２５０ミリボルト・ステップの
入力信号に対する低経路２４の時間帯振幅応答を示す。
低経路２４では、１０％から９０％への約１．３マイク
ロ秒の立ち上がり時間で２５０ミリボルトに指数的に上
昇する。この立ち上がり時間は、低経路２４が約２６９
キロヘルツの高周波３ｄｂロールオフ周波数を有するこ
とを示す。
入力信号に対する低経路２４の時間帯振幅応答を示す。
低経路２４では、１０％から９０％への約１．３マイク
ロ秒の立ち上がり時間で２５０ミリボルトに指数的に上
昇する。この立ち上がり時間は、低経路２４が約２６９
キロヘルツの高周波３ｄｂロールオフ周波数を有するこ
とを示す。
【００４２】再び図１を参照する。トランス３０を介し
て結合された高経路２６は、出力電圧Ｖout の支配的な
部分となり、２次巻き線４０及び４２に供給された低経
路２４の信号がロールオフを開始する。低経路２４及び
高経路２６の両方がコア３８内に重要な磁束を発生する
周波数にて、これら２つの経路が発生した磁束成分のベ
クトル和は、ゼロに近づく。一方の経路に充分な駆動電
流がなければ、低経路２４の場合、他方の経路が充分な
電流を発生して入力磁束をゼロにする。よって、低経路
２４及び高経路２６がクロスオーバー周波数領域にわた
って効果的に協働して、増幅器１０に対して、平坦で広
帯域周波数応答を発生する。
て結合された高経路２６は、出力電圧Ｖout の支配的な
部分となり、２次巻き線４０及び４２に供給された低経
路２４の信号がロールオフを開始する。低経路２４及び
高経路２６の両方がコア３８内に重要な磁束を発生する
周波数にて、これら２つの経路が発生した磁束成分のベ
クトル和は、ゼロに近づく。一方の経路に充分な駆動電
流がなければ、低経路２４の場合、他方の経路が充分な
電流を発生して入力磁束をゼロにする。よって、低経路
２４及び高経路２６がクロスオーバー周波数領域にわた
って効果的に協働して、増幅器１０に対して、平坦で広
帯域周波数応答を発生する。
【００４３】トランス３０のコア３８内の正味の磁束が
増幅器１０の全周波数範囲にわたって実質的にゼロなの
で、非線形磁束効果が実質的に逓減するか、又は除去さ
れる。さらに、一致したフォトダイオード７０及び７２
を帰還ループ内に設けて、ＬＥＤ６４の光束を正確に追
跡するので、光結合器６６の時間及び温度安定性が確実
になる。したがって、本発明は、低経路２４及び高経路
２６の間の変動に対して相補的に自己補正を行って、入
力信号源１２での入力信号電圧を正確に表す出力電圧Ｖ
out を発生する。
増幅器１０の全周波数範囲にわたって実質的にゼロなの
で、非線形磁束効果が実質的に逓減するか、又は除去さ
れる。さらに、一致したフォトダイオード７０及び７２
を帰還ループ内に設けて、ＬＥＤ６４の光束を正確に追
跡するので、光結合器６６の時間及び温度安定性が確実
になる。したがって、本発明は、低経路２４及び高経路
２６の間の変動に対して相補的に自己補正を行って、入
力信号源１２での入力信号電圧を正確に表す出力電圧Ｖ
out を発生する。
【００４４】図２Ｃは、１００ミリボルト・ステップの
入力信号における増幅器１０の時間に対する組み合わせ
結果の振幅応答を示す。増幅器１０は、１０％から９０
％の立ち上がり時間が約３．２３ナノ秒で、１００ミリ
ボルトに指数的に上昇する。この立ち上がり時間は、増
幅器１０が約１０８メガヘルツの高周波３ｄｂロールオ
フ周波数を有することを示す。
入力信号における増幅器１０の時間に対する組み合わせ
結果の振幅応答を示す。増幅器１０は、１０％から９０
％の立ち上がり時間が約３．２３ナノ秒で、１００ミリ
ボルトに指数的に上昇する。この立ち上がり時間は、増
幅器１０が約１０８メガヘルツの高周波３ｄｂロールオ
フ周波数を有することを示す。
【００４５】次に、図１及び図３を参照する。なお、図
３は、図１の増幅器の低経路部分及び高経路部分の周波
数対振幅応答の図である。低経路振幅応答１００及び高
経路振幅応答１０２は、両端矢印１０４で示すクロスオ
ーバー周波数領域にて実質的に重なっている。特に、低
経路２４は、約２６９キロヘルツの周波数にて高周波３
ｄｂロールオフ点１０６を有し、高経路２６は、約９．
５キロヘルツの周波数にて低周波３ｄｂロールオフ点１
０８を有する。なお、本発明では、約０ヘルツから少な
くとも約２５メガヘルツまで又は約１００メガヘルツま
での入力信号周波数範囲にわたる広帯域入力信号電圧を
正確に表す出力信号を発生できる。
３は、図１の増幅器の低経路部分及び高経路部分の周波
数対振幅応答の図である。低経路振幅応答１００及び高
経路振幅応答１０２は、両端矢印１０４で示すクロスオ
ーバー周波数領域にて実質的に重なっている。特に、低
経路２４は、約２６９キロヘルツの周波数にて高周波３
ｄｂロールオフ点１０６を有し、高経路２６は、約９．
５キロヘルツの周波数にて低周波３ｄｂロールオフ点１
０８を有する。なお、本発明では、約０ヘルツから少な
くとも約２５メガヘルツまで又は約１００メガヘルツま
での入力信号周波数範囲にわたる広帯域入力信号電圧を
正確に表す出力信号を発生できる。
【００４６】トランス３０、光結合器６６、電力結合ト
ランス及び他の浮遊容量源が組合わさって、絶縁障壁４
４に対して約５０ピコファラッドの総合容量を発生す
る。この容量は充分に小さく、無関係の接地電流を最小
にする。
ランス及び他の浮遊容量源が組合わさって、絶縁障壁４
４に対して約５０ピコファラッドの総合容量を発生す
る。この容量は充分に小さく、無関係の接地電流を最小
にする。
【００４７】図４は、オシロスコープ１１２に実施した
本発明の１対の分離経路絶縁増幅器１１０Ａ及び１１０
Ｂ（総称して、「増幅器１１０」という）を示す。増幅
器１１０Ａは、絶縁障壁１１４Ａ（点線で示す）を有し
ており、この絶縁障壁が増幅器１１０Ａの第１絶縁接地
１１６をオシロスコープ１１２のシャーシ接地１１８か
ら分離する。同様に、増幅器１１０Ｂは、絶縁障壁１１
４Ｂ（点線で示す）を有しており、この絶縁障壁が増幅
器１１０Ｂの第２絶縁接地１２０をオシロスコープ１１
２のシャーシ接地１１８から分離する。絶縁障壁１１４
Ａ及び１１４Ｂは、接地１１６、１１８及び１２０を互
いに相互的に絶縁するように配置されている。絶縁障壁
１１４Ａ及び１１４Ｂは、数千ボルトに耐えられるが、
オシロスコープ１１２における実際に考察した絶縁は、
約６００ボルト程度の電圧絶縁に制限する。
本発明の１対の分離経路絶縁増幅器１１０Ａ及び１１０
Ｂ（総称して、「増幅器１１０」という）を示す。増幅
器１１０Ａは、絶縁障壁１１４Ａ（点線で示す）を有し
ており、この絶縁障壁が増幅器１１０Ａの第１絶縁接地
１１６をオシロスコープ１１２のシャーシ接地１１８か
ら分離する。同様に、増幅器１１０Ｂは、絶縁障壁１１
４Ｂ（点線で示す）を有しており、この絶縁障壁が増幅
器１１０Ｂの第２絶縁接地１２０をオシロスコープ１１
２のシャーシ接地１１８から分離する。絶縁障壁１１４
Ａ及び１１４Ｂは、接地１１６、１１８及び１２０を互
いに相互的に絶縁するように配置されている。絶縁障壁
１１４Ａ及び１１４Ｂは、数千ボルトに耐えられるが、
オシロスコープ１１２における実際に考察した絶縁は、
約６００ボルト程度の電圧絶縁に制限する。
【００４８】増幅器１１０が発生した出力信号Ｖout
は、シャーシ接地１１８を基準にしており、従来の垂直
増幅器１２２Ａ及び１２２Ｂ（総称して、「垂直増幅器
１２２」という）を駆動する。これら垂直増幅器は、次
に、トリガ・サブシステム１２４及び表示サブシステム
１２６の１対の垂直入力端Ｖを駆動する。トリガ・サブ
システム１２４は、垂直増幅器１２２からの受けた信号
の適切な部分を選択して、掃引サブシステム１２８をト
リガする。この掃引サブシステム１２８は、トリガ・サ
ブシステム１２４からのトリガ信号に応答して、表示サ
ブシステム１２６の水平入力端Ｈを駆動する掃引信号を
発生する。よって、増幅器１１０が発生した出力信号が
従来の時間対電圧の形式で表示サブシステム１２６に図
形的に表示される。
は、シャーシ接地１１８を基準にしており、従来の垂直
増幅器１２２Ａ及び１２２Ｂ（総称して、「垂直増幅器
１２２」という）を駆動する。これら垂直増幅器は、次
に、トリガ・サブシステム１２４及び表示サブシステム
１２６の１対の垂直入力端Ｖを駆動する。トリガ・サブ
システム１２４は、垂直増幅器１２２からの受けた信号
の適切な部分を選択して、掃引サブシステム１２８をト
リガする。この掃引サブシステム１２８は、トリガ・サ
ブシステム１２４からのトリガ信号に応答して、表示サ
ブシステム１２６の水平入力端Ｈを駆動する掃引信号を
発生する。よって、増幅器１１０が発生した出力信号が
従来の時間対電圧の形式で表示サブシステム１２６に図
形的に表示される。
【００４９】端子１３０Ａは、第１絶縁接地１１６を基
準とした第１電気信号を受け、この信号を減衰器１３２
Ａに電気的に供給して信号状態を整え、更に、増幅器１
１０Ａの絶縁入力端に供給する。同様に、端子１３０Ｂ
は、第２絶縁接地１２０を基準とした第２電気信号を受
け、この信号を減衰器１３２Ｂに電気的に供給して信号
状態を整え、更に、増幅器１１０Ｂの絶縁入力端に供給
する。
準とした第１電気信号を受け、この信号を減衰器１３２
Ａに電気的に供給して信号状態を整え、更に、増幅器１
１０Ａの絶縁入力端に供給する。同様に、端子１３０Ｂ
は、第２絶縁接地１２０を基準とした第２電気信号を受
け、この信号を減衰器１３２Ｂに電気的に供給して信号
状態を整え、更に、増幅器１１０Ｂの絶縁入力端に供給
する。
【００５０】増幅器１１０の予期せぬ利点は、オシロス
コープに用いる従来の広帯域増幅器と比較して、全体的
に簡単な構成、直線性、及び製造容易性である。したが
って、絶縁増幅器１１０は典型的には独立した付属品と
して提供するものであるが、かかる増幅器をオシロスコ
ープ１１２内に設けることが望ましい。１次信号絶縁の
利点の他に、オシロスコープ１１２の利点には、改善さ
れた維持性、信頼性、信号忠実度、帯域幅、安定性、操
作者の安全性、及び低減した製造コストがある。
コープに用いる従来の広帯域増幅器と比較して、全体的
に簡単な構成、直線性、及び製造容易性である。したが
って、絶縁増幅器１１０は典型的には独立した付属品と
して提供するものであるが、かかる増幅器をオシロスコ
ープ１１２内に設けることが望ましい。１次信号絶縁の
利点の他に、オシロスコープ１１２の利点には、改善さ
れた維持性、信頼性、信号忠実度、帯域幅、安定性、操
作者の安全性、及び低減した製造コストがある。
【００５１】オシロスコープ１１２は、好ましくは、信
号調整器、信号サンプル回路、デジタル化回路、プロセ
ッサ、メモリ及びラスタ走査表示技術を用いて、従来の
２重チャンネル・デジタル・サンプリング・オシロスコ
ープ・メインフレームを実現する。もちろん、従来のア
ナログ・オシロスコープ技術を用いてもよく、また、何
れの技術も任意の数の信号チャンネルを含んでもよい。
例示的なオシロスコープ・メインフレームは、本願出願
人が製造している２４６５型オシロスコープである。さ
らに、増幅器１１０及び減衰器１３２に関連した制御
は、光結合器、トランスなどにより絶縁障壁１１４を越
えて結合されたデジタル信号による「コールド・スイッ
チ」でもよい。
号調整器、信号サンプル回路、デジタル化回路、プロセ
ッサ、メモリ及びラスタ走査表示技術を用いて、従来の
２重チャンネル・デジタル・サンプリング・オシロスコ
ープ・メインフレームを実現する。もちろん、従来のア
ナログ・オシロスコープ技術を用いてもよく、また、何
れの技術も任意の数の信号チャンネルを含んでもよい。
例示的なオシロスコープ・メインフレームは、本願出願
人が製造している２４６５型オシロスコープである。さ
らに、増幅器１１０及び減衰器１３２に関連した制御
は、光結合器、トランスなどにより絶縁障壁１１４を越
えて結合されたデジタル信号による「コールド・スイッ
チ」でもよい。
【００５２】当業者には、本発明の一部が代わりの実施
例を含んでもよいことを理解できよう。例えば、トラン
ス３０は、シングル・エンド増幅器で駆動する単一の２
次巻き線を有してもよい。
例を含んでもよいことを理解できよう。例えば、トラン
ス３０は、シングル・エンド増幅器で駆動する単一の２
次巻き線を有してもよい。
【００５３】上述の好適実施例は、好適な部品の形式及
び値を示した。しかし、勿論、種々の増幅器、トラン
ス、光結合器及び関連した形式及び値を変更したり、加
えたり、削除して、特定のアプリケーションの要求に合
うようにしてもよい。
び値を示した。しかし、勿論、種々の増幅器、トラン
ス、光結合器及び関連した形式及び値を変更したり、加
えたり、削除して、特定のアプリケーションの要求に合
うようにしてもよい。
【００５４】同様に、本発明の個別部品の実施例につい
て説明したが、種々の増幅器、部品及びサブシステムの
内の適当なものを、集積回路、ハイブリッド回路又はマ
ルチチップ・モジュールのいくつかの組み合わせとして
実現してもよい。
て説明したが、種々の増幅器、部品及びサブシステムの
内の適当なものを、集積回路、ハイブリッド回路又はマ
ルチチップ・モジュールのいくつかの組み合わせとして
実現してもよい。
【００５５】好適な実施例では、増幅器８０に関連した
相互調整により、低経路２４の利得を高経路２６の利得
に合わせたが、相互又は自動利得及び／又はオフセット
調整を本発明の増幅器の任意の組み合わせに実質的に適
用してもよい。
相互調整により、低経路２４の利得を高経路２６の利得
に合わせたが、相互又は自動利得及び／又はオフセット
調整を本発明の増幅器の任意の組み合わせに実質的に適
用してもよい。
【００５６】本発明の要旨を逸脱することなく、本発明
の上述の実施例の細部に対して多くの変更が可能なこと
が当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、
電気信号測定器以外の信号絶縁アプリケーションにも適
用できることが明らかである。よって、本発明の要旨
は、特許請求の範囲のみにより決まる。
の上述の実施例の細部に対して多くの変更が可能なこと
が当業者には明らかであろう。したがって、本発明は、
電気信号測定器以外の信号絶縁アプリケーションにも適
用できることが明らかである。よって、本発明の要旨
は、特許請求の範囲のみにより決まる。
【００５７】
【発明の効果】したがって、本発明によれば、周波数補
償調整をすることなく、信号帯域幅を広げ、絶縁障壁に
またがる容量を低下させ、一般にコストを下げ、改善さ
れた信頼性の簡単な分離経路絶縁増幅器が得られる。
償調整をすることなく、信号帯域幅を広げ、絶縁障壁に
またがる容量を低下させ、一般にコストを下げ、改善さ
れた信頼性の簡単な分離経路絶縁増幅器が得られる。
【図１】本発明による好適な分離経路絶縁増幅器のブロ
ック図である。
ック図である。
【図２】図１の高経路、低経路及び分離経路増幅器の時
間対パルス応答を示す図である。
間対パルス応答を示す図である。
【図３】図１の増幅器の低経路部分及び高経路部分の周
波数対振幅応答の図である。
波数対振幅応答の図である。
【図４】本発明の１対の分離経路増幅器の２重チャンネ
ル・オシロスコープの実施例のブロック図である。
ル・オシロスコープの実施例のブロック図である。
１２ 入力信号源 １８ 低経路増幅器 ２０ 高経路増幅器 ２２、１１６、１２０ 絶縁接地 ３０ トランス ４４ 絶縁障壁 ４６、１１８ シャーシ接地 ６６ 光結合器 ３０、６６、８０、９０ 信号組み合わせ器 １１０ 絶縁増幅器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル・ピー・ホー アメリカ合衆国 オレゴン州 97229ポ ートランド ノース・ウエスト ワンハ ンドレッドシックスティナインス・プレ イス 5420 (56)参考文献 特開 平２−72706（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H03F 3/38 H03F 3/68
Claims (4)
- 【請求項１】 広帯域入力信号電圧を増幅して、該広帯
域入力信号電圧を表す広帯域出力信号電圧を発生する分
離経路増幅装置であって、 上記広帯域入力信号電圧を増幅し、該広帯域入力信号電
圧の低周波から高周波までの部分を信号組み合わせ器に
結合する高経路増幅器と、 上記広帯域入力信号電圧を増幅し、該広帯域入力信号電
圧の直流から低周波までの部分を上記信号組み合わせ器
に結合する低経路増幅器と、 上記高経路増幅器で増幅された上記入力信号電圧の低周
波から高周波までの部分を受ける１個の１次巻き線、並
びに上記低経路増幅器で増幅された上記入力信号電圧の
直流から低周波までの部分を表す上記差動信号の各々を
一端に夫々受ける第１及び第２の２次巻き線を有するト
ランスを含み、上記第１及び第２の２次巻き線の他端間
から上記広帯域出力信号電圧を出力する上記信号組み合
わせ器とを具え、 上記トランスの上記第１及び第２の２次巻き線が上記１
次巻き線と協働して、上記広帯域出力信号電圧の上記直
流から高周波までの範囲にわたって、上記トランス内に
発生する正味の磁束を実質的にゼロとし、 上記直流から低周波までの部分及び上記低周波から高周
波までの部分がクロスオーバー周波数領域にて実質的に
重なりあって、上記信号組み合わせ器は上記クロスオー
バー周波数領域における周波数応答調整をすることなく
実質的に平坦な振幅応答特性の上記広帯域出力信号電圧
を発生することを特徴とする分離経路増幅装置。 - 【請求項２】 第１接地を基準にした広帯域入力信号電
圧を受け、上記入力信号電圧を増幅して、絶縁障壁によ
り上記第１接地から絶縁した第２接地を基準にした広帯
域出力信号電圧を発生する分離経路絶縁装置であって、 上記広帯域入力信号電圧を増幅し、上記絶縁障壁の第１
部分を形成し１個の１次巻き線並びに第１及び第２の２
次巻き線を有するトランスを介して、上記広帯域入力信
号電圧の低周波から高周波までの部分を伝達する高経路
増幅器と、 上記広帯域入力信号電圧を増幅し、上記絶縁障壁の第２
部分を形成する単一入力多出力光結合器を介して上記広
帯域入力信号電圧の直流から低周波までの部分を伝達す
る低経路増幅器と、 上記絶縁障壁を越えて伝達された上記入力信号電圧の上
記直流から低周波までの部分及び上記低周波から高周波
までの部分を受ける上記トランスを有する信号組み合わ
せ器とを具え、 上記光結合器の第１出力信号路が上記低経路増幅器用の
線形制御帰還経路を形成し、上記光結合器の第２出力信
号が上記絶縁障壁の第２部分を越えて出力され、上記トランスの１次巻き線が上記高経路増幅器の出力信
号を受け、上記トランスの第１及び第２の２次巻き線の
一端が上記光結合器の第２出力信号を表す差動信号の各
々を夫々受け、上記第１及び第２の２次巻き線の他端間
から上記広帯域出力信号電圧を出力し、 上記トランスの上記第１及び第２の２次巻き線が上記１
次巻き線と協働して、上記広帯域出力信号電圧の上記直
流から高周波までの範囲にわたって、上記トランス内に
発生する正味の磁束を実質的にゼロとし、 上記直流から低周波までの部分及び上記低周波から高周
波までの部分がクロスオーバー周波数領域にて実質的に
重なりあって、上記信号組み合わせ器は上記クロスオー
バー周波数領域における周波数応答調整をすることなく
実質的に平坦な振幅応答特性の上記広帯域出力信号電圧
を発生することを特徴とする分離経路増幅装置。 - 【請求項３】 第１接地を基準とした広帯域入力信号電
圧を増幅し、上記第１接地から絶縁障壁により絶縁され
た第２接地を基準とした広帯域出力信号電圧を発生する
方法であって、 上記広帯域入力信号電圧を第１の３ｄｂロールオフ周波
数を有する低経路信号及び第２の３ｄｂロールオフ周波
数を有する高経路信号に分離し、上記第１及び第２ロー
ルオフ周波数がクロスオーバー周波数領域内となり、 １個の１次巻き線並びに第１及び第２の２次巻き線を有
するトランスにより、上記絶縁障壁を越えて上記高経路
信号を伝達し、 単一入力多出力の光結合器の第１出力信号路が上記絶縁
障壁を越えて上記低経路信号を伝達し、 上記低経路内の増幅器の帰還ループを上記光結合器の第
２出力信号路により形成し、上記トランスの１次巻き線が上記高経路増幅器の出力信
号を受け、上記トランスの第１及び第２の２次巻き線の
一端が上記光結合器の第２出力信号を表す差動信号の各
々を夫々受け、上記第１及び第２の２次巻き線の他端間
から上記広帯域出力信号電圧を出力し、 上記トランスの上記第１及び第２の２次巻き線が上記１
次巻き線と協働して、上記広帯域出力信号電圧の上記直
流から高周波の範囲にわたって、上記トランス内に発生
する正味の磁束を実質的にゼロとして、上記クロスオー
バー周波数領域における周波数応答の調整をすることな
く、実質的に平坦な振幅応答特性の上記広帯域出力信号
電圧を発生することを特徴とする方法。 - 【請求項４】 シャーシ接地を有するオシロスコープに
おいて、絶縁接地を基準とした入力信号の時間対振幅応
答を表示する装置であって、 上記絶縁接地を上記シャーシ接地から分離する絶縁障壁
と、 上記入力信号を受け、１個の１次巻き線並びに第１及び
第２の２次巻き線を有し上記入力信号の高周波部分を上
記絶縁障壁を越えて伝達するトランスに結合された高経
路増幅器を含むと共に、上記絶縁障壁を越えて上記入力
信号の直流部分を伝達する単一入力多出力光結合器に結
合された低経路増幅器を含む分離経路絶縁増幅器と、 上記絶縁障壁を越えて伝達された上記入力信号の上記直
流部分及び上記高周波部分を組み合わせて、上記シャー
シ接地を基準とすると共に上記入力信号を表す広帯域出
力信号を発生する上記トランスを有する信号組み合わせ
器と、 上記広帯域出力信号を電気的に受け、上記入力信号の時
間対振幅応答の表示を行う表示サブシステムとを具え、上記トランスの１次巻き線が上記高経路増幅器の出力信
号を受け、上記トランスの第１及び第２の２次巻き線の
一端が上記光結合器の出力信号を表す差動信号の各々を
夫々受け、上記第１及び第２の２次巻き線の他端間から
上記広帯域出力信号電圧を出力し、 上記トランスの上記第１及び第２の２次巻き線が上記１
次巻き線と協働して、上記広帯域出力信号電圧の上記直
流から高周波までの範囲にわたって、上記トランス内に
発生する正味の磁束を実質的にゼロとすることを特徴と
する装置。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US8/372,545 | 1995-01-13 | ||
| US08/372,545 US5517154A (en) | 1995-01-13 | 1995-01-13 | Split-path linear isolation circuit apparatus and method |
| US08/372,545 | 1995-01-13 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08256027A JPH08256027A (ja) | 1996-10-01 |
| JP2811632B2 true JP2811632B2 (ja) | 1998-10-15 |
Family
ID=23468598
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8017193A Expired - Fee Related JP2811632B2 (ja) | 1995-01-13 | 1996-01-05 | 分離経路増幅及び絶縁装置並びに方法 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5517154A (ja) |
| EP (1) | EP0722216B1 (ja) |
| JP (1) | JP2811632B2 (ja) |
| KR (1) | KR100366912B1 (ja) |
| CN (1) | CN1101077C (ja) |
| DE (1) | DE69626431T2 (ja) |
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| CN101350557B (zh) * | 2007-07-18 | 2011-04-27 | 华为技术有限公司 | 一种电源调整装置 |
| RU2499266C2 (ru) * | 2008-05-23 | 2013-11-20 | Фишер Контролз Интернешнел Ллс | Схема обнаружения различных значений напряжения на базе оптрона |
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