JPH05264598A

JPH05264598A - 信号入力回路

Info

Publication number: JPH05264598A
Application number: JP35231091A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Ito; 康博伊藤
Original assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Current assignee: Iwatsu Electric Co Ltd
Priority date: 1991-12-13
Filing date: 1991-12-13
Publication date: 1993-10-12

Abstract

(57)【要約】【目的】オシロスコープの入力回路を小型にし、且つ
広帯域にする。減衰比の調整が容易な入力回路を提供す
る。【構成】オシロスコープの入力信号を高周波成分と低
周波成分に分離する。高周波成分のための第１及び第２
の減衰器２３、２４をスイッチＳ1 、Ｓ2 で選択する。
低周波成分は利得切換回路を備えた直流増幅器２８に通
す。第１及び第２の減衰器２３、２４を通った高周波成
分と直流増幅器２８を通った低周波成分を合成回路で合
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オシロスコープ等の入
力回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の典型的なオシロスコープは図１に
原理的に示すように、信号入力端子１に接続された減衰
器を含む入力回路２と、この入力回路２に接続された垂
直軸増幅回路３と、水平軸回路４と、Ｚ軸（輝度）回路
５と、これ等の出力で駆動されるＣＲＴ６とから成る。
入力回路２は、第１及び第２のスイッチＳ1 、Ｓ2 と、
非減衰伝送路７、第１及び第２の減衰器８、９とから成
る。非減衰伝送路７は第１及び第２のスイッチＳ1 、Ｓ
2 の接点ａを介して入力端子１とＦＥＴ（電界効果トラ
ンジスタ）１０のゲートとの間に接続される。第１の減
衰器８は第１及び第２のスイッチＳ1 、Ｓ2 の接点ｂを
介して入力端子１とＦＥＴ１０のゲ−トとの間に接続さ
れる。第２の減衰器９は第１及び第２のスイッチＳ1 、
Ｓ2 の接点ｃを介して入力端子１とＦＥＴ１０の間に接
続される。第１の減衰器８は直流及び所定周波数よりも
低い周波数成分（以下、直流成分と呼ぶ）に第１の減衰
比を与えるために逆Ｌ型に接続された抵抗Ｒa 、Ｒb
と、所定周波数より高い交流成分（以下、高周波成分と
呼ぶ）に第１の減衰比を与えるために逆Ｌ型に接続され
たコンデンサＣa 、Ｃb とから成る。直流成分での減衰
比と高周波成分での減衰比とを等しくするためにＲa Ｃa ＝Ｒb Ｃb …… (1) の関係が成立するように調整されている。第２の減衰器
９は直流成分に第２の減衰比を与えるために逆Ｌ型に接
続された抵抗Ｒc 、Ｒd と、高周波成分に第２の減衰比
を与えるために逆Ｌ型に接続されたコンデンサＣc 、Ｃ
d とから成る。直流成分での減衰比と高周波成分での減
衰比を等しくするためにＲc Ｃc ＝Ｒd Ｃd …… (2) に設定されている。なお、コンデンサＣe 、Ｃf 、Ｃg
はスイッチＳ1 を切り換えた時でも入力端子１とグラン
ドとの間の静電容量をほぼ一定に保つために設けられて
いる。抵抗Ｒa 、Ｒb 、Ｒc 、Ｒd は入力端子１とグラ
ンドとの間の入力抵抗Ｒinが常に一定の値Ｋ（例えば１
ＭΩ）になるように設定されている。即ち次式を満足す
るように設定されている。Ｒin＝Ｒa ＋( Ｒb Ｒg)／（Ｒb ＋Ｒg)＝Ｋ …… (3) Ｒin＝Ｒc ＋( Ｒd Ｒg)／（Ｒd ＋Ｒg)＝Ｋ …… (4) なお、ソースフォロワ増幅器を構成するＦＥＴ１０のゲ
ートとグランドとの間にバイアス用抵抗Ｒg が接続さ
れ、ＦＥＴ１０のドレインが＋Ｖの電源端子１２に接続
され、ソースが抵抗１３を介して−Ｖの電源端子１４に
接続され、ソースから出力ライン１５が導出されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、入力端子１
には直流から高周波までの種々の信号が入力し、且つ１
００Ｖを超えるような高い電圧信号が入力することがあ
る。このため、スイッチＳ1 、Ｓ2 には、グランドに対
して高い耐電圧を有し、且つ高い開閉電圧（開閉可能電
圧）を有する機械的スイッチが使用されている。スイッ
チの開閉電圧及び耐圧を高めるためには、接点同志の間
隙、及びグランド部材と接点との間隙を広げることが必
要になり、入力回路装置の小型化が阻害される。特に、
電流が連続して流れる直流を開閉する場合の開閉電圧は
同一振幅の交流の開閉電圧の１／１０程度に低下する。
小型化が阻害されると、寄生インダクタンスや寄生容量
が増大し、広帯域化が困難になる。

【０００４】信号入力回路２においては、更に減衰器
８、９の減衰比を上述の（１）〜（４）式を満足するよ
うに調整することに困難を伴うという問題がある。即
ち、コンデンサＣa 〜Ｃd として精度の良いものを揃え
ることが困難である。このため一般的には可変コンデン
サを使用し、機械的に容量を調整した。可変コンデンサ
の代りに、可変容量ダイオードを使用して電気的に容量
を調整することが考えられる。しかし、高い電圧、高い
周波数、大きな電流に対処できる可変容量ダイオードを
入手することは実際上不可能又は困難である。また、抵
抗Ｒa 〜Ｒd を（１）〜（４）式を満足するように調整
することにも困難を伴った。上述の如き問題は、アナロ
グ・ディジタル変換器、メモリを内蔵する装置において
も同様に生じる。

【０００５】そこで、本発明の第１番目の目的は、減衰
比を切り換えるためのスイッチの小型化とそれにともな
う広帯域化が可能な信号入力回路を提供することにあ
る。第２番目の目的は、減衰比の調整を容易に行うこと
ができる信号入力回路を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記第１番目の目的を達
成するための本発明は、入力信号を交流成分と直流及び
／又は低周波成分に分離する手段と、前記交流成分を減
衰させる交流成分減衰手段と、前記交流成分減衰手段の
減衰量を切り換える手段と、利得の切り換え機能を有し
且つ前記直流及び／又は低周波成分が印加されるように
接続されている増幅器と、前記交流成分減衰手段の出力
と前記増幅器の出力とを合成する手段とから成る信号入
力回路に係わるものである。なお、請求項２に示すよう
に所定周波数以上の高周波成分を分離する手段を設け、
ここに非減衰ラインと、第１の減衰器と、第２の減衰器
との内の少なくとも２つを選択的に接続することができ
る。また、請求項３に示すように非減衰ライン、第１及
び第２の減衰器自体に高周波成分抽出機能を持たせるこ
とができる。

【０００７】上記第２番目の目的を達成するための手段
は、入力信号が与えられる入力端子と、前記入力信号を
交流成分と直流及び／又は低周波成分に分離する手段
と、前記交流成分を減衰させる交流成分減衰手段と、前
記交流成分減衰手段の減衰量を切り換える手段と、前記
直流成分及び／又は低周波成分の利得可変制御機能を有
する増幅器と、前記交流成分減衰手段の出力と前記増幅
器の出力とを合成する手段とから成る信号入力回路に係
わるものである。なお、請求項５に示すように所定周波
数以上の高周波成分を分離する手段を設け、ここに非減
衰ラインと、第１の減衰器と、第２の減衰器との内の少
なくとも２つを選択的に接続することができる。また、
請求項６に示すように非減衰ライン、第１及び第２の減
衰器自体に高周波成分抽出機能を持たせることができ
る。

【０００８】

【作用及び効果】各請求項の発明においては、入力信号
が高周波成分と低周波成分（直流を含む）に分けられて
減衰あるいは増幅される。この結果、交流成分又は高周
波成分の減衰量を切り換える手段（選択接続手段）に加
わる信号の低周波成分（直流成分）が除去され、この手
段の小型化又は低コスト化又は広帯域化が可能になる。
請求項４〜６の発明によれば、利得可変制御によって高
周波成分の減衰量と低周波成分（直流成分）の減衰量と
の最適設定を容易に行うことが可能になる。なお、請求
項４〜６の発明は請求項１〜３と同一の効果も有する。

【０００９】

【第１の実施例】次に、図２を参照して本発明の第１の
実施例に係わるオシロスコープの信号入力回路を説明す
る。直流から高周波までの種々の信号が入力する入力端
子１には、コンデンサ２０と、第１及び第２のスイッチ
Ｓ1 、Ｓ2 と、非減衰伝送ライン２２と、第１及び第２
の交流成分の減衰器２３、２４から成る交流成分即ち高
周波成分伝送手段が接続されていると共に、直流及び低
周波成分（以下、直流成分と呼ぶ）を抽出するための分
岐ライン２７が接続されている。高周波成分伝送手段に
おける交流成分即ち高周波成分分離手段としての結合コ
ンデンサ２０は入力端子１と減衰比切換用の機械的スイ
ッチから成る第１のスイッチＳ1 の共通可動子２１との
間に接続され、所定周波数以上の高い周波数の交流成分
を分離することができる容量に設定されている。第１の
スイッチＳ1 は選択的にオンになる固定接点ａ、ｂ、ｃ
を有し、ここに減衰比１／１即ち非減衰ライン２２、第
１の減衰比の第１の減衰器２３、第２の減衰比の第２の
減衰器２４が接続されている。第１及び第２の減衰器２
３、２４は交流成分を減衰させるためのものであるか
ら、逆Ｌ型に接続されたコンデンサＣ1 、Ｃ2 、Ｃ3 、
Ｃ4 で構成され、減衰比Ｃ1 ／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）及びＣ3
／（Ｃ3 ＋Ｃ4 ）を有している。ライン２２、第１及び
第２の減衰器２３、２４の出力端子は減衰比切換用の機
械的スイッチから成る第２のスイッチＳ2 の固定接点
ａ、ｂ、ｃに接続されている。第２のスイッチＳ2 の共
通の可動子２５は合成回路２６のＦＥＴＱ0 のゲートに
接続されている。第１及び第２のスイッチＳ1 、Ｓ2 か
ら成る減衰比切換手段即ち選択接続手段は、入力信号の
種類に応じて非減衰ライン２２、第１及び第２の減衰器
２３、２４を合成回路２６に接続する。

【００１０】入力端子１には直流成分分離用分岐ライン
２７が接続され、ここに反転型直流増幅器２８が接続さ
れている。直流成分分離及び直流成分の増幅手段として
の直流増幅器２８は、入力抵抗Ｒ1 と、演算増幅器即ち
オペアンプ２９と、３つの帰還抵抗Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4
と、第３のスイッチＳ3 とから成る。オペアンプ２９の
非反転入力端子がグランドに接続され、反転入力端子が
入力抵抗Ｒ1 を介して信号入力端子１に接続され、３つ
の帰還抵抗Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 がスイッチＳ3 を介してオ
ペアンプ２９の出力端子と反転入力端子との間に選択的
に接続される。利得切換手段として第３のスイッチＳ3
は固定接点ａ、ｂ、ｃと共通の可動子３０とを有し、可
動子３０がオペアンプ２９の出力端子に接続され、固定
接点ａ、ｂ、ｃに帰還抵抗Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 が接続され
ている。直流成分の利得切換手段としての抵抗Ｒ2 、Ｒ
3 、Ｒ4 及びスイッチＳ3 から成る部分又はこれにオペ
アンプ２９を加えた部分には信号入力端子１の電圧より
も低い信号電圧が印加される。従って、第３のスイッチ
Ｓ3 として低い耐圧且つ低い開閉電圧の小型スイッチを
使用することができる。第１、第２及び第３のスイッチ
Ｓ1 、Ｓ2 、Ｓ3 は連動するように構成されており、接
点ａ、ｂ、ｃを順に選択する。

【００１１】合成回路２６は、ＦＥＴＱ0 の他に、抵抗
Ｒ5 、Ｒ6 、Ｒ7 と、オペアンプ３１と、トランジスタ
３２と、＋Ｖの電源端子３３と、−Ｖの電源端子３４
と、出力ライン３５とを有する。ＦＥＴＱ0 のドレイン
は＋Ｖの電源端子３３に接続され、ソースはトランジス
タ３２を介して−Ｖの電源端子３４に接続されている。
抵抗Ｒ5 はゲート・ソース間に接続されている。出力ラ
イン３５は図１の出力ライン１５と同様にソースに接続
されている。この出力ライン３５の負荷は示されていな
いが、図１と同様な垂直増幅回路又は図１２に示すよう
なアナログ・ディジタル変換器（ＡＤＣ）等が接続され
る。オペアンプ３１の反転入力端子はグランドに接続さ
れ、非反転入力端子は入力抵抗Ｒ6 を介して前段のオペ
アンプ２９に接続され、出力端子はトランジスタ３２の
ベースに接続されている。ＮＰＮ型トランジスタ３２の
エミッタは−Ｖの電源端子３４に接続され、コレクタは
ＦＥＴＱ0 のソースに接続されている。帰還抵抗Ｒ7 は
出力ライン３５とオペアンプ３１の非反転入力端子との
間に接続されている。なお、図２では第２のオペアンプ
３１及びトランジスタ３２を合成回路２６に含めたが、
この部分は直流増幅器２８の一部として考えることもで
きる。

【００１２】

【動作】周波数の高い交流成分即ち高周波成分と本実施
例で直流成分と呼ばれている直流及び周波数の低い交流
成分とを含む入力信号が入力端子１に印加されると、コ
ンデンサ２０で所定周波数以上の高周波成分が分離さ
れ、これが非減衰ライン２２、第１及び第２の減衰器２
３、２４から選択されたものを通ってＦＥＴＱ0 に入力
する。第１及び第２のスイッチＳ1 、Ｓ2 には高周波成
分が流れるのみであるから、図１に示す従来例の直流成
分を含むものに比べて開閉電圧及び耐圧を低くすること
ができる。これにより、スイッチＳ1 、Ｓ2 の小型化が
可能になり、寄生インダクタンス及び寄生容量を低減さ
せて広帯域化を図れる。

【００１３】反転直流増幅器２８を構成するオペアンプ
２９の裸利得での周波数帯域は数＋Hzである。オペアン
プの種類や位相補償の行ない方で負帰還をかけたときの
周波数帯域は数＋Hzから数MHz 程度まで変化するが、直
流増幅器は一種のローパスフィルタとして働き、所定周
波数よりも低い周波数成分及び直流（直流成分）のみが
直流増幅器２８を通過する。直流増幅器２８は直流成分
分離手段としての働きも有する。直流増幅器２８は複数
の帰還抵抗Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 をスイッチＳ3 で選択的に
接続する構成であるので、利得切換可能な増幅器であ
る。スイッチＳ3の接点ａがオンの時の利得は−Ｒ2 ／
Ｒ1 であり、接点ｂがオンの時の利得は−Ｒ3 ／Ｒ1 で
あり、接点ｃがオンの時の利得は−Ｒ4 ／Ｒ1 である。
Ｒ1 をＲ2、Ｒ3 、Ｒ4 よりも大きく設定することによ
り、直流増幅器２８は直流成分の減衰器として働く。直
流成分の利得（減衰率）の切換は、帰還回路中の第３の
スイッチＳ3 で行うので、この第３のスイッチＳ3 に印
加される直流電圧を１０Ｖ程度にすることができ、図１
の従来の回路で行われたように１００Ｖを超える入力電
圧を直接扱う必要がなく、第３のスイッチＳ3 を小型に
することができる。

【００１４】ＦＥＴＱ0 はスイッチＳ2 を介して供給さ
れる高周波成分に対してソースフォロワ増幅器として動
作する。第２のオペアンプ３１とトランジスタ３２と抵
抗Ｒ6 、Ｒ7 は、第１のオペアンプ２９の出力電圧Ｖ1
と出力ライン３５の電圧Ｖout の和が零になるように、
つまり、第１のオペアンプの出力電圧−Ｖ1 の極性反転
した値Ｖ1 と出力ライン３５の電圧Ｖout が等しくなる
ようにＦＥＴＱ0 のドレイン電流を制御する誤差増幅器
として働く。トランジスタ３２は第２のオペアンプ３１
の出力電圧に対応する電流を得るための電圧・電流変換
器として機能すると共に、ＦＥＴＱ0 のソースフォロワ
増幅器を構成するためのソース電源供給源として機能す
る。ＦＥＴＱ0 のゲ−トには高周波成分が、ソ−スには
トランジスタ３２より低周波成分が印加され、高周波成
分と低周波成分が合成される。

【００１５】説明を簡単にするためにＲ6 ＝Ｒ7 に設定
して、入力端子１の入力信号に忠実な出力電圧Ｖout を
ライン３５に得るためには、コンデンサＣ1 〜Ｃ4 、抵
抗Ｒ1 〜Ｒ4 を次式を満足するように設定する。Ｒ2 ／Ｒ1 ＝１ …… (5) Ｒ3 ／Ｒ1 ＝Ｃ1 ／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ） …… (6) Ｒ4 ／Ｒ1 ＝Ｃ3 ／（Ｃ3 ＋Ｃ4 ） …… (7) つまり、高周波成分用減衰器の減衰比と直流成分用直流
増幅器２８の利得の絶対値とが等しくなるようにコンデ
ンサＣ1 〜Ｃ4 の容量値及び抵抗Ｒ1 〜Ｒ4 の抵抗値を
設定する。これにより、スイッチＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3 の接
点ａ、ｂ、ｃの切換えに対応して入力端子１の信号の直
流及び高周波成分の両方を減衰比１、Ｒ3 ／Ｒ1 、Ｒ4
／Ｒ1 に従うように減衰することができる。

【００１６】Ｒ6 とＲ7 が同一値でない場合には、次式
を満足するようにＲ1 〜Ｒ7 、Ｃ1〜Ｃ4 を設定する。Ｒ2 ／Ｒ1 ・Ｒ7 ／Ｒ6 ＝１ …… (8) Ｒ3 ／Ｒ1 ・Ｒ7 ／Ｒ6 ＝Ｃ1 ／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ） …… (9) Ｒ4 ／Ｒ1 ・Ｒ7 ／Ｒ6 ＝Ｃ3 ／（Ｃ3 ＋Ｃ4 ） …… (10) 高周波成分を分離するためのコンデンサ２０の容量Ｃ0
は、Ｃ1 〜Ｃ4 の値、スイッチＳ1 、Ｓ2 、ＦＥＴＱ0
の寄生容量とバイアス抵抗Ｒ5 の値とで決まるスイッチ
Ｓ1 よりも右側のインピーダンスに比較して十分に小さ
いインピーダンスになる値に決定される。

【００１７】

【第２の実施例】次に、図３に示す本発明の第２の実施
例のオシロスコープの入力回路を説明する。但し、図３
及び後述する図５〜図１６において図２と共通する部分
には同一の符号を付してその説明を省略する。図３の回
路は図２の回路にコンデンサＣ5 、Ｃ6 、Ｃ7 を付加し
たものである。このコンデンサＣ5 、Ｃ6 、Ｃ7 は図１
の回路のコンデンサＣe 、Ｃf 、Ｃgと同様に入力容量
を一定にするために設けられている。この様にコンデン
サＣ5〜Ｃ7 を設けて入力容量Ｃinを一定にすれば、入
力端子１にプローブを接続した時の調整が不要になる。
この効果を図４によって説明すると、オシロスコープＯ
Ｓの入力端子１に接続されたプローブＰＲは抵抗Ｒs 、
コンデンサＣs 、Ｃp を含んでいる。一方、オシロスコ
ープＯＳにおける図３の第１のオペアンプ２９の反転入
力端子は仮想接地（イマジナルショート）によってグラ
ンドになる。このため、オシロスコープＯＳの入力抵抗
Ｒinは次式で示される。Ｒin＝Ｒ1 …… (11) また、入力容量もＣ5 、Ｃ6 、Ｃ7 の働きで一定値Ｃin
になる。このためプローブＰＲ内の抵抗Ｒs とコンデン
サＣs 、Ｃp とオシロスコープＯＳ内の入力抵抗Ｒ1 と
入力容量Ｃinで構成される減衰回路における直流成分の
減衰比及び高周波成分の減衰比を一定にすることができ
る。なお、直流成分と高周波成分の減衰比を同一にする
ために次式を満足するようにコンデンサＣp を調整す
る。Ｒs ・Ｃs ＝Ｒin・（Ｃp ＋Ｃin） …… (12) もし、コンデンサＣ5 、Ｃ6 、Ｃ7 が無いと、Ｓ1 、Ｓ
2 の切換えによって入力容量Ｃinが変化し、その都度プ
ローブＰＲのコンデンサＣp を調整しなければならない
が、図３の構成にすることによりこの調整が不要にな
る。

【００１８】

【第３の実施例】図５に示す第３の実施例の入力回路
は、図２における入力抵抗Ｒ1 を３つの抵抗Ｒ1a、Ｒ1
b、Ｒ1cに分割し、これ等の接続中点に抵抗Ｒ8 、Ｒ9
を介して第１及び第２の減衰器２３、２４のコンデンサ
Ｃ2 、Ｃ4 の一端に接続し、コンデンサＣ2 、Ｃ4 の一
端とスイッチＳ2 の接点ｂ、ｃの間にコンデンサＣ8 、
Ｃ9 を追加したものである。

【００１９】この新たに付加した回路は減衰器２３、２
４におけるコンデンサＣ1 〜Ｃ4 の寄生並列抵抗の影響
を除去する働きを有する。コンデンサＣ1 〜Ｃ4 は常温
で１０ＧΩ程度の寄生並列抵抗を有し、高温、高湿等環
境が悪い時には１００ＭΩ以下になることもある。図２
の回路においてコンデンサＣ1 〜Ｃ4 に寄生並列抵抗が
あると、高周波成分の内の周波数の低い領域ではコンデ
ンサＣ1 〜Ｃ4 の寄生並列抵抗によって決定される分圧
比で減衰比が決定される。また、高い周波数領域の減衰
比はコンデンサＣ1 〜Ｃ4 の容量値で決定される。低い
周波数領域と高い周波数領域との境界周波数ｆc はコン
デンサＣ1 〜Ｃ4 の容量と寄生並列抵抗との時定数で決
まる。例えば第１の減衰器２３においてＣ1 の容量が１
０ｐＦで寄生並列抵抗が１００ＭΩであれば境界周波数
ｆc は１６０Hzである。このように境界周波数ｆc があ
ると、図２において第１のオペアンプ２９を含む反転増
幅器及び第２のオペアンプ３１を含む誤差増幅器が境界
周波数ｆc に応答しない場合、つまりｆc においては第
１及び第２の減衰器２３、２４を介して信号が伝達され
る場合、出力ライン３５における周波数に対する振幅特
性が平坦でなくなる。

【００２０】上述の問題を解決するために、図５ではＲ
1a、Ｒ1b、Ｒ1c、Ｃ1 〜Ｃ4 が次式を満足するように設
定されている。Ｒ1a＋Ｒ1b＋Ｒ1c＝Ｒ1 …… (13) Ｒ1c／Ｒ1 ＝Ｃ3 ／（Ｃ3 ＋Ｃ4 ） …… (14) （Ｒ1b＋Ｒ1c）／Ｒ1 ＝Ｃ1 ／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ） …… (15) これにより、図２と同様に動作し、境界周波数ｆc より
低い周波数領域においても平坦な振幅特性を得ることが
できる。

【００２１】なお、図５における抵抗Ｒ8 、Ｒ9 は高い
周波数領域における減衰器２３、２４から抵抗Ｒ1a〜Ｒ
1cとその配線による寄生素子を分離し、Ｒ1a〜Ｒ1cが高
周波で負荷とならないようにするためのものである。ま
た、コンデンサＣ8 、Ｃ9 は直流成分除去用のコンデン
サであり、スイッチＳ2 の右端のグランドに対するイン
ピーダンスよりも十分に小さいインピーダンスとなる容
量値に決定されている。

【００２２】

【第４の実施例】図６に示す第４の実施例の回路は、図
２の第１及び第２の減衰器２３、２４に抵抗Ｒ10〜Ｒ13
とコンデンサＣ8 、Ｃ9 を付加したものである。抵抗Ｒ
10〜Ｒ13はコンデンサＣ1 〜Ｃ4 にそれぞれ並列接続さ
れている。各抵抗Ｒ10〜Ｒ13は各コンデンサＣ1 〜Ｃ4
の寄生並列抵抗よりも十分に小さい値を有するものであ
り、前述した境界周波数ｆc よりも低い周波数領域にお
いても減衰比を一定にするものである。従って、各抵抗
Ｒ10〜Ｒ13は次式を満足するように設定する。Ｒ10・Ｃ1 ＝Ｒ11・Ｃ2 …… (16) Ｒ12・Ｃ3 ＝Ｒ13・Ｃ4 …… (17) 但し、Ｒ10〜Ｒ13はコンデンサＣ1 〜Ｃ4 の寄生並列抵
抗を含めた値である。図６の第１及び第２の減衰器２
３、２４は図１の減衰器８、９と同様に構成されている
が、コンデンサ２０、Ｃ8 、Ｃ9 によって直流成分を除
去している点で相違する。

【００２３】

【第５の実施例】図７の第５の実施例の回路は図２の回
路の第１のオペアンプ２９の反転入力端子とグランドと
の間に抵抗Ｒ11を接続したものに相当する。この抵抗Ｒ
11は第１のオペアンプ２９の入力端子に対する過大電圧
の印加を防ぐためのものである。もし、第１のオペアン
プ２９がすべての周波数領域に応答すれば、反転入力端
子が仮想接地が成立するので、過大電圧の印加の問題は
発生しない。しかし、第１のオペアンプ２９は高い周波
数領域に対して応答しない。この応答しない周波数領域
においては仮想接地が成立しないので、この周波数の信
号が過大な電圧で印加された時にはオペアンプ２９が破
壊するおそれがある。また、オペアンプ２９が応答しな
い周波数領域においては、入力端子１から見た入力抵抗
ＲinがＲ1 と異なる値になる。

【００２４】上述のような問題は抵抗Ｒ11の接続によっ
て解決することができる。即ち図７において、抵抗Ｒ11
をＲ1 に比べて十分に小さく且つ入力端子１に印加され
る入力信号の最大電圧をＲ1 とＲ11で分圧した値がオペ
アンプ２９の最大許容入力電圧以下に設定すれば、過大
電圧を防ぐことができる。なお、オペアンプ２９が応答
する周波数領域では、その反転入力端子が仮想接地が成
立するので、Ｒ11の付加による影響はない。抵抗Ｒ11を
図４〜図６の回路にも付加することができる。

【００２５】

【第６の実施例】図８に示す第６の実施例の回路では、
図７の抵抗Ｒ11の代りに逆並列接続された２つのダイオ
ードＤ1 、Ｄ2 がオペアンプ２９の反転入力端子とグラ
ンドとの間に接続されている。図８のダイオードＤ1 、
Ｄ2 が導通することによってオペアンプ２９の反転入力
端子の電位がダイオードＤ1 、Ｄ2 の順方向電圧以上に
上昇することが阻止され、図７と同様な効果が得られ
る。なお、図８のダイオードＤ1 、Ｄ2 を図４〜図６の
回路に付加することができる。

【００２６】

【第７の実施例】図９に示す第７の実施例の回路は、図
２の増幅器２８を変形したものであり、入力端子１とグ
ランドとの間に抵抗Ｒ1 とＲ13とが接続され、この分圧
点がオペアンプ２９の非反転入力端子に接続されてい
る。また、オペアンプ２９の反転入力端子に帰還を分圧
して与えるために帰還抵抗Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 の共通接続
ライン即ち反転入力端子とグランドとの間に抵抗Ｒ13が
接続されている。また、第２のオペアンプ３１の反転入
力端子が第１のオペアンプ２９の出力端子に接続され、
非反転入力端子は出力ライン３５に接続されている。な
お、図２の回路と同一の効果を得るために抵抗Ｒ1 〜Ｒ
4 、Ｒ12、Ｒ13及びコンデンサＣ1 〜Ｃ4 は次式に示す
ように設定されている。［Ｒ12／（Ｒ1 ＋Ｒ12）］・［（Ｒ2 ＋Ｒ13）／Ｒ13］＝１ …… (18) ［Ｒ12／（Ｒ1 ＋Ｒ12）］・［（Ｒ3 ＋Ｒ13）／Ｒ13］＝Ｃ1 ／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ） …… (19) ［Ｒ12／（Ｒ1 ＋Ｒ12）］・［（Ｒ4 ＋Ｒ13）／Ｒ13］＝Ｃ3 ／（Ｃ3 ＋Ｃ4 ） …… (20) なお、図９の第１及び第２の減衰器２３、２４を図４、
図５に示すように変形することができる。

【００２７】

【第８の実施例】図１０に示す第８の実施例では、直流
成分の減衰手段が合成回路２６に含められている。即
ち、図１０では図２の回路で第１のオペアンプ２９の帰
還回路に設けた抵抗Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 とスイッチＳ3 に
対応するものとして第２のオペアンプ３１の帰還回路に
抵抗Ｒ14、Ｒ15、Ｒ16、Ｒ17とスイッチＳ3 とが設けら
れている。第１のオペアンプ２９によって非反転増幅器
２８を構成するために、この非反転入力端子が図９の回
路と同様に抵抗Ｒ1 とＲ2 の分圧点に接続されている。
第１のオペアンプ２９の反転入力端子は出力端子に接続
されている。第２のオペアンプ３１の反転入力端子は第
１のオペアンプ２９の出力端子に接続されている。第２
のオペアンプ３１の非反転入力端子は抵抗Ｒ14、Ｒ15、
Ｒ16の共通接続点に接続されている。抵抗Ｒ17は非反転
入力端子とグランドとの間に接続されている。抵抗Ｒ1
4、Ｒ15、Ｒ16の右端は第３のスイッチＳ3 の固定接点
ａ、ｂ、ｃに接続されている。第３のスイッチＳ3 の可
動子３０は出力ライン３５に接続されている。第２のオ
ペアンプ３１とトランジスタ３２と抵抗Ｒ14〜Ｒ17とス
イッチＳ3 から成る部分は直流増幅器２８と合成回路２
６で兼用されている。図２の実施例と同一の効果を得る
ために、抵抗Ｒ1 、Ｒ12、Ｒ14〜Ｒ17及びコンデンサＣ
1 〜Ｃ4 は次式を満足するように設定されている。［Ｒ12／（Ｒ1 ＋Ｒ12）］・［（Ｒ14／Ｒ17）］＝１ …… (21) ［Ｒ12／（Ｒ1 ＋Ｒ12）］・［（Ｒ15／Ｒ17）］＝Ｃ1 ／（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）…(22) ［Ｒ12／（Ｒ1 ＋Ｒ12）］・［（Ｒ16／Ｒ17）］＝Ｃ3 ／（Ｃ3 ＋Ｃ4 ）…(23) なお、図１０の第１及び第２の減衰器２３、２４を図
４、図５に示すように変形することができる。この実施
例においても、抵抗Ｒ1 よりも後段に直流成分のレベル
を切換えるための手段が設けられているので、スイッチ
Ｓ3 に加わる電圧が低くなる。

【００２８】

【第９の実施例】図１１に示す第９の実施例の入力回路
は図２の回路に利得制御用可変抵抗素子としてＦＥＴＱ
1 、Ｑ2 、Ｑ3 を付加したものである。ＦＥＴＱ1 、Ｑ
2 、Ｑ3は帰還抵抗Ｒ2 、Ｒ3 、Ｒ4 に直列に接続され
ている。ＦＥＴＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3のゲートは制御電圧が
印加される制御端子Ｇに接続されている。ＦＥＴＱ1 、
Ｑ2 、Ｑ3 の抵抗値ｒ1 、ｒ2 、ｒ3 を固定の抵抗Ｒ2
、Ｒ3 、Ｒ4 に加算したＲ2 ＋ｒ1 、Ｒ3 ＋ｒ2 、Ｒ4
＋ｒ3 を（５）（６）（７）式または（８）（９）
（１０）式のＲ2 、Ｒ3 、Ｒ4 となるようにＦＥＴＱ1
、Ｑ2 、Ｑ3 を制御する。これにより、図２の回路と
同様に動作する。なお、ＦＥＴＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 は共通
の制御端子Ｇに接続されているが、スイッチＳ3 によっ
てＦＥＴＱ1 、Ｑ2、Ｑ3 は選択的に動作するので何ら
の問題も生じない。

【００２９】一例として図１２に図１１の入力回路の制
御方式を示す。図１２の４０は図１１の入力回路を示
す。この入力回路４０は入力端子１及び出力ライン３５
の他に制御端子Ｇを有する。入力回路４０の出力側には
利得制御増幅器４１、アナログ・ディジタル変換器即ち
ＡＤＣ４２、ディジタルメモリ４３、及び表示装置４４
が順次に接続されている。メモリ４３の出力ラインはＣ
ＰＵ（マイクロプロセッサ）４５にも接続されている。
ＣＰＵ４５は図１１のＦＥＴＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 のための
３つのＦＥＴ制御データを作成し、内蔵メモリ４６に蓄
積する。また、利得制御増幅器４１の増幅器制御データ
を作成し、同様にメモリ４６に蓄積する。ＣＰＵ４５は
ディジタル・アナログ変換器即ちＤＡＣ４７を介して入
力回路４０のゲート端子Ｇに接続されていると共にＤＡ
Ｃ４８を介して利得制御増幅器４１に接続されている。
また計測データに対応した表示を行うためにメモリ４３
及び表示装置４４にも接続されている。

【００３０】次に、図１２の装置でＦＥＴＱ1 、Ｑ2 、
Ｑ3 の制御データ及び利得制御増幅器４１の制御データ
の作成方法を説明する。図１１の減衰比１／１のライン
２２を通る高周波成分の振幅とスイッチＳ3 で帰還抵抗
Ｒ2 を接続した時に得られる直流成分の振幅とが一致し
ていないと、入力端子１の入力信号の波形を忠実に再現
することができない。例えば入力端子１に平坦なステッ
プ波形を入力させ、これをＡＤＣ４２でディジタル信号
に変換し、メモリ４３に蓄積し、しかる後このデータを
読み出して表示装置４４で表示した時に前述の高周波成
分の振幅と直流成分の振幅が不一致であると、平坦な波
形が得られない。この原理を利用し、入力端子１に平坦
なステップ波形を入力させ、入力回路４０と利得制御増
幅器４１を通した後にＡＤ変換し、その結果平坦なステ
ップ波形が得られるようにＦＥＴＱ1 の制御信号を調整
する。減衰比１／１の調整が終了したら、第１〜第３の
スイッチＳ1 〜Ｓ3 の接点ｂをオンにし、高周波成分の
ための第１の減衰器２３及び直流成分のための帰還抵抗
Ｒ3 の回路を動作させて、減衰比１／１の場合と同様に
ＦＥＴＱ2 のための制御データを作成する。ところで、
第１の減衰器２３のコンデンサＣ1 、Ｃ2 の容量のバラ
ツキがあるので、目標とする減衰比を得ることができな
い。コンデンサＣ1 とＣ2 で決定される減衰比Ｃ1 ／
（Ｃ1 ＋Ｃ2 ）に合せて抵抗Ｒ3 とＦＥＴＱ2 の抵抗ｒ
2 に基づく直流成分側の減衰比を決定するため、コンデ
ンサＣ1 、Ｃ2 の容量値のバラツキはそのまま減衰比の
バラツキになる。そこで、この実施例では系全体で所定
減衰比になるように利得制御増幅器４１の利得を制御す
る。

【００３１】ＦＥＴＱ2 を含む回路の制御が終了した
ら、第１〜第３のスイッチＳ1 〜Ｓ3の接点ｃをオンに
し、第２の減衰器２４とＦＥＴＱ3 を接続し、第１の減
衰器２３とＦＥＴＱ2 の場合と同様な調整を行う。

【００３２】

【第１０の実施例】図１３は第１０の実施例の入力回路
を示す。この実施例は図１１の第３のスイッチＳ3 、抵
抗Ｒ3 、Ｒ4 、ＦＥＴＱ2 、Ｑ3 を省いたものに相当す
る。ＦＥＴＱ1 は第１及び第２のスイッチＳ1 、Ｓ2 の
接点ａ、ｂ、ｃの切換りに応答してソース・ドレイン間
の抵抗値が３段階に変化する。ＦＥＴＱ1 の抵抗を３段
階に変化させるための制御は図１２と同一の回路で行
う。即ち、３段階の制御データでＦＥＴＱ1 を制御す
る。図１３のＦＥＴＱ1 を使用する方式は、図３、図５
〜図１０の回路にも適用することができる。

【００３３】

【第１１の実施例】図１４は第１１の実施例の入力回路
を示す。この回路は図６の回路に可変抵抗素子としてＦ
ＥＴＱ4 、Ｑ5 を付加したものである。ＦＥＴＱ4 、Ｑ
5 は抵抗Ｒ11、Ｒ13に直列に接続されている。従って、
抵抗Ｒ11とＦＥＴＱ4 の抵抗ｒ4 との和を（１６）式の
Ｒ11、抵抗Ｒ13とＦＥＴＱ5 の抵抗ｒ5 との和を（１
７）式の抵抗Ｒ3 となるようにＦＥＴＱ4 、Ｑ5 の抵抗
値を制御すれば図６の回路と同一の作用効果が得られ
る。なお、ＦＥＴＱ4 、Ｑ5 の制御電圧は図１１及び図
１２で説明した方法と同一の方法で得る。

【００３４】

【第１２の実施例】図１５は第１２の実施例の入力回路
を示す。この入力回路は図９の入力回路における抵抗Ｒ
13に直列に可変抵抗素子としてＦＥＴＱ6 を付加したも
のである。図１５における抵抗Ｒ13とＦＥＴＱ6 の抵抗
ｒ6 との和を（１８）（１９）（２０）式のＲ13となる
ように設定すれば、図９と同一の作用効果が得られる。
ＦＥＴＱ6 にもスイッチＳ6 の切換に応じて３段階の制
御電圧が与えられる。この制御電圧の作成及び供給は図
１１及び図１２と同一の方法で行う。

【００３５】

【第１３の実施例】図１６に示す第１３の実施例の入力
回路は、図２の高周波成分分離用コンデンサ２０を非減
衰ライン２２に移したものに相当する。第１及び第２の
減衰器２３、２４はラインに直列に接続されたコンデン
サＣ1 、Ｃ3 を含むので、交流成分のみを減衰させる。
この様に構成しても図２と同一の効果を得ることができ
る。なお、図３、図５、図７〜図１１、図１３、図１５
においてもコンデンサ２０を非減衰ライン２２に移すこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のオシロスコープを示す回路図である。

【図２】本発明の第１の実施例に係わるオシロスコープ
の入力回路を示す回路図である。

【図３】第２の実施例の入力回路を示す回路図である。

【図４】プローブと入力回路の入力インピーダンスとの
関係を示す回路図である。

【図５】第３の実施例の入力回路を示す回路図である。

【図６】第４の実施例の入力回路を示す回路図である。

【図７】第５の実施例の入力回路を示す回路図である。

【図８】第６の実施例の入力回路を示す回路図である。

【図９】第７の実施例の入力回路を示す回路図である。

【図１０】第８の実施例の入力回路を示す回路図であ
る。

【図１１】第９の実施例の入力回路を示す回路図であ
る。

【図１２】図１１の入力回路を含んだ信号観測装置を示
すブロック図である。

【図１３】第１０の実施例の入力回路を示す回路図であ
る。

【図１４】第１１の実施例の入力回路を示す回路図であ
る。

【図１５】第１２の実施例の入力回路を示す回路図であ
る。

【図１６】第１３の実施例の入力回路を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１入力端子２０高周波成分分離用コンデンサ２３、２４第１及び第２の減衰器２６合成回路２８直流増幅器

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号を交流成分と直流及び／又は低
周波成分に分離する手段と、前記交流成分を減衰させる交流成分減衰手段と、前記交流成分減衰手段の減衰量を切り換える手段と、利得の切り換え機能を有し且つ前記直流及び／又は低周
波成分が印加されるように接続されている増幅器と、前記交流成分減衰手段の出力と前記増幅器の出力とを合
成する手段とから成る信号入力回路。
【請求項２】入力信号が与えられる入力端子と、前記入力端子から所定周波数以上の周波数成分を分離す
るために前記入力端子に接続された高周波成分分離手段
と、前記高周波成分分離手段で分離された高周波成分を非減
衰で伝送するラインと前記高周波成分分離手段で分離し
た高周波成分に第１の減衰比で減衰を与える第１の減衰
器と前記高周波成分分離手段で分離した高周波成分に第
２の減衰比で減衰を与えるための第２の減衰器との内の
少なくとも２つを含み、且つこれ等を前記高周波成分抽
出手段に選択的に接続する手段を有する高周波成分伝送
手段と、前記入力信号から前記所定周波数よりも低い周波成分及
び／又は直流成分から成る低周波成分を分離するために
前記入力端子に接続された低周波成分分離手段と、前記低周波成分分離手段で分離された前記低周波成分が
印加される増幅手段と、前記増幅手段の利得切換手段
と、前記高周波成分伝送手段に接続されていると共に前記増
幅手段に接続されており、前記高周波成分伝送手段の出
力と前記増幅手段の出力とを合成する手段とから成る信
号入力回路。
【請求項３】入力信号が与えられる入力端子と、前記入力信号の所定周波数以上の高周波成分を非減衰で
伝送するラインと前記入力信号の前記所定周波数以上の
高周波成分に第１の減衰比で減衰を与えるための第１の
減衰器と前記入力信号の前記所定周波数以上の高周波成
分に第２の減衰比で減衰を与える第２の減衰器との内の
少なくとも２つを含み、且つこれ等を前記入力端子に選
択的に接続する選択接続手段を有している高周波成分伝
送手段と、前記入力信号から前記所定周波数よりも低
い周波数成分及び／又は直流成分から成る低周波成分を
得るために前記入力端子に接続された低周波成分分離手
段と、前記低周波成分分離手段で分離された前記低周
波成分が印加される増幅手段と、前記増幅手段の利得
切換手段と、前記高周波成分伝送手段に接続されていると共に前記増
幅手段に接続されており、前記高周波成分伝送手段の出
力と前記増幅手段の出力とを合成する手段とから成る信
号入力回路。
【請求項４】入力信号が与えられる入力端子と、前記入力信号を交流成分と直流及び／又は低周波成分に
分離する手段と、前記交流成分を減衰させる交流成分減衰手段と、前記交流成分減衰手段の減衰量を切り換える手段と、前記直流成分及び／又は低周波成分の利得可変制御機能
を有する増幅器と、前記交流成分減衰手段の出力と前記増幅器の出力とを合
成する手段とから成る信号入力回路。
【請求項５】入力信号が与えられる入力端子と、前記入力端子から所定周波数以上の高周波成分を分離す
るために前記入力端子に接続された高周波成分分離手段
と、前記高周波成分分離手段で分離された高周波成分を非減
衰で伝送するラインと前記高周波成分分離手段で分離し
た高周波成分に第１の減衰比で減衰を与えるための第１
の減衰器と前記高周波成分分離手段で分離した高周波成
分に第２の減衰比で減衰を与えるための第２の減衰器と
の内の少なくとも２つを含み、且つこれ等を前記高周波
成分分離手段に選択的に接続する選択接続手段を有する
高周波成分伝送手段と、前記入力信号から前記所定周波数よりも低い周波数成分
及び／又は直流成分から成る低周波成分を得るために前
記入力端子に接続された低周波成分分離手段と、前記
低周波成分分離手段で分離された前記低周波成分が印加
される増幅手段と、前記高周波伝送手段における減衰
比に対応するように前記増幅手段の利得を制御する制御
手段と、前記高周波成分伝送手段の出力と前記増幅手段の出力と
を合成する手段とから成る信号入力回路。
【請求項６】入力信号が与えられる入力端子と、前記入力信号の所定周波数以上の高周波成分を非減衰で
伝送するラインと前記入力信号の前記所定周波数以上の
高周波成分に第１の減衰比で減衰を与えるための第１の
減衰器と前記入力信号の前記所定周波数以上の高周波成
分に第２の減衰比で減衰を与える第２の減衰器との内の
少なくとも２つを含み、且つこれ等を選択的に前記入力
端子に接続する選択接続手段を有する高周波成分伝送手
段と、前記入力信号から前記所定周波数よりも低い周波数成分
及び／又は直流成分から成る低周波成分を分離するため
に前記入力端子に接続された低周波成分分離手段と、前記低周波成分分離手段で分離された前記低周波成分が
印加される増幅手段と、前記高周波成分伝送手段にお
ける減衰比に対応するように前記増幅手段の利得を制御
する制御手段と、前記高周波成分伝送手段の出力と前記演算増幅器の出力
とを合成する手段とから成る信号入力回路。