JPH06100623B2

JPH06100623B2 - 回路素子測定装置

Info

Publication number: JPH06100623B2
Application number: JP57047752A
Authority: JP
Inventors: 隆則関; 敬三山木
Original assignee: 安藤電気株式会社
Priority date: 1982-03-25
Filing date: 1982-03-25
Publication date: 1994-12-12
Anticipated expiration: 2009-12-12
Also published as: JPS58165062A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は、抵抗・コンデンサ・インダクタンスなどの
インピーダンスを測定する回路素子測定装置についての
ものであり、さらに詳しくいえば装置内における同期検
波器の直線性をそこなわずに、基準位相信号に含まれる
高周波を少なくした測定装置についてのものである。

［従来の技術］次に、従来技術による回路素子測定装置の構成を第１図
により説明する。第１図の１は測定用信号源の正弦波発
振器、２は測定されるインピーダンス、３は増幅器、４
と５は切換スイッチ、６は同期検波器である。

発振器１の出力は端子1Aからインピーダンス２に加えら
れる。2Aと2Bはそれぞれインピーダンス２に加える測定
信号の入力端子と出力端子である。増幅器３はインピー
ダンス２の出力端子2Bをゼロ電位にするためのもので、
3Aは基準抵抗である。

端子2Aからインピーダンス２に流れる電流をIxとし、基
準抵抗3Aの抵抗値をRsとすれば、切換スイッチ４の端子
4Aに現われる電圧はIxRsになる。一方、インピーダンス
２への入力電圧をVxとすれば、切換スイッチ４の端子4B
に現われる電圧はVxになる。

切換スイッチ５の端子5Aには発振器１の端子1Bを介して
基準位相の方形波を送り、切換スイッチ５の端子5Bには
発振器１の端子1Cを介して端子1Bの方形波に対し位相差
が90゜の方形波を送る。

したがって、切換スイッチ４を端子4Aに接続し、切換ス
イッチ５を端子5Aに接続すると、同期検波器６からは電
流ベクトルのリアル成分に比例した直流成分I_Rが出てく
る。また、切換スイッチ４を端子4Aに接続し、切換スイ
ッチ５を端子5Bに接続すると、同期検波器６からは電流
ベクトルのイマジナリ成分に比例した出力I_Iが出てく
る。

電圧ベクトルについても同様で、切換スイッチ４を端子
4Bに接続し、切換スイッチ５を切換えると、電圧ベクト
ルのリアル成分に比例した出力V_Rとイマジナリ成分に比
例した出力V_Iがそれぞれ出てくる。

これらの関係を例示すれば第２図のようになる。第２図
から明らかなように、VxとIxRsの直交成分がそれぞれ求
められるので、これらの値からインピーダンス２の値Zx
＝Vx/Ixを算出することができる。

［発明が解決しようとする課題］次に、同期検波器６の入出力波形の一例を第３図を参照
して説明する。第３図アは端子1Aの波形で正弦波であ
り、第３図イは端子1Bの波形で方形波である。第３図ウ
は端子1Cの波形で、第３図イの波形に対し90゜位相がず
れている。

第１図のような従来装置では、同期検波器６の直線性を
よくするため、端子1Bと端子1Cからの基準信号には方形
波を使用する。

切り換えスイッチ４からの信号、すなわち被測定素子か
らの信号をesを、切り換えスイッチ５からの信号、すな
わち基準信号をerとすると、同期検波出力V0は、同期検
波器の乗算動作により、 V₀＝es（ｔ）・er（ｔ） ………（１）となる。

従来装置における同期検波器６では、基準信号として方
形波を使用し、方形波erをフーリエ級数で示すと、 er（ｔ）＝４［sinωｔ＋sin3ωｔ＋sin5ωｔ＋……］
／π ……（２）となる。

ここで、被測定信号を高調波成分をもたない正弦波とす
ると、 es（ｔ）＝es₁・sin（ωｔ＋θ_１） ……（３）ここで、θ_１は基準信号に対する位相差として表す。

被測定信号esを方形波erで同期検波を行ない検波波形を
基本波の整数倍の周期nTで積分すると、ここで、θ_１＝０゜とし、ｎ＝１としたときの１周期分
の平均値を求めると、となる。

これは、正弦波を全波整流したときの平均値に相当す
る。このときの検波波形は、図３のエの波形であり、切
換スイッチ４を端子4Bに接続し、第３図イで同期検波し
たときの出力波形である。

なお、第３図オは第３図ウで同期検波したときの出力波
形であり、θ_１＝90゜で平均値は零である。

次に、被測定信号に高調波成分が含まれていた場合（波
形にひずみがあった場合）のｅをフーリエ級数で示す
と、ｅ′ｓ（ｔ）＝［es₁・sin（ωｔ＋θ_１）＋es₂・sin （２ωｔ＋θ_２）＋es₃・sin（３ωｔ＋θ_３）＋…］ …………（５）となる。

ｅ′ｓとerにより同期検波を行い、検波波形をnT期間積
分すると、となる。

式（４）と式（６）から、被測定信号に高調波成分が含
まれていると、奇数次（３次、５次・・・）の高調波成
分による影響が現れていることがわかる。

いいかえると、第３図イの波形を加えたときの同期検波
器６は０〜180゜の範囲では×１の演算をし、180゜〜36
0゜の範囲では、×（−１）の演算をすることになる。

第３図イと第３図ウは奇数次の高調波をもっているの
で、第３図アの波形にひずみがあったり、インピーダン
ス２が非直線の特性をもっている場合は、同期検波器６
の入力信号に含まれる奇数次の高調波成分によって直流
分が発生し、コンデンサを測定するときの誤差の原因と
なる。

この発明は、正弦波発振器に同期したウオルシュ関数発
生器の出力を基準位相信号として用いるとともに、重み
づけ回路と乗算回路をもつ同期検波器を用い、基準位相
信号の高調波による影響を少なくする回路素子測定装置
の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］この目的を達成するため、この発明では、クロック発生
回路11Aと、クロック発生回路11Aの出力を入力とし、分
周する分周回路11Bと、分周回路11Bの出力を入力とし、
正弦波を合成する正弦波合成回路11Cを持ち、測定用信
号源とする正弦波発振器11と、正弦波発振器11の分周回
路11Bの出力を第１の入力とし、基準位相を切り換える
切り換えスイッチ12Cの出力を第２の入力として加算
し、正弦波発振器11の出力の同期を保ちながら、互いに
90゜の位相変化を与える加算器と、加算器の出力を入力
とし、ウオルシュ関数を発生するウオルシュ関数発生回
路をもつウオルシュ関数発生器12と、ウオルシュ関数発
生器12の出力を入力とし、測定回路14の出力を重み付け
する重み付け回路13Lと重み付け回路13Lの出力とウオル
シュ関数発生器の出力を乗算する乗算回路をもつ同期検
波器13を備える。

［作用］次に、この発明による回路素子測定装置の構成を第４図
により説明する。第４図の11は測定用信号源の正弦波発
振器、12は正弦波発振器11の出力に同期するとともに、
互いに90゜の位相差をもつ出力を出すウオルシュ関数発
生器、13は重みづけ回路と乗算回路をもつ同期検波器で
ある。また、14は測定回路であり、第１図のインピーダ
ンス２と増幅器３を含み、発振器１の端子1Aから切換ス
イッチ４までの回路に対応するものである。

次に、正弦波発振器11とウオルシュ関数発生器12の実施
例の構成図を第５図により説明する。

正弦波発振器11には、クロック発生回路11A・分周回路1
1Bおよび正弦合成回路11Cがある。第５図のような構成
で正弦波を発生する回路には種々のものがあるが、特願
昭52−31898号明細書に記載されているものなどもその
一例である。

ウオルシュ関数発生器12には、加算回路12Aとウオルシ
ュ関数発回路12Bがある。加算回路12Aには、分周回路11
Bの２進符号出力と切換スイッチ12Cからの信号を加え、
２進加算をする。

切換スイッチ12Cは同期検波器13へ０゜と90゜の基準位
相を与えるためのものである。分周器11Bの次数を３と
すれば、０゜を「000」、90゜を「010」、180゜を「10
0」、270゜を「110」などで表す。また、第５図では、
０゜と90゜を用いているが、お互いに90゜の位相差をも
った状態、例えば90゜と180゜、180゜と270゜などを用
いてもよい。

分周回路11Bの出力を加算回路12Aに加えることにより、
正弦波発振器11の出力とウオルシュ関数発生器12の出力
で同期を保ちながら、90゜の位相変化を与える。

次に、ウオルシュ関数発生器12の実施例回路を第６図に
より説明する。ウオルシュ関数発生回路12Bには２つの
排他的論理和回路EORがあり、出力にはウオルシュ関数
波のWAL（１）とWAL（５）が出力される。

なお、ウオルシュ関数発生回路12Bの例については、前
出の特願昭52−31898号明細書にも記載されている。

次に、同期検波器13の実施例回路を第７図により説明す
る。第７図の13Aは利得１の位相反転増幅回路、13B〜13
Eは乗算回路、13F〜13Hは反転否定回路、13Kは加算回路
である。乗算回路13B〜13Eはアナログスイッチであり、
×１と×０の乗算をする。

次に、ウオルシュ関数波を用いた同期検波器の一例とし
て、ウオルシュ関数波のWAL（１）と、WAL（５）を用い
て同期検波器を構成した場合の波形例を図９に示す。

基準信号として、WAL（１）の波形をer₁、WAL（５）の
波形をer₅とした場合、各波形をフーリエ級数で示す
と、となる。

ここで、測定回路14からの信号には、乗算回路13B〜13E
に入るまえに、基準信号のWAL（１）と、WAL（５）の合
成比率をすなわち１対2.414の重みづけ回路13Lで重みづけをし、
合成した基準波形をerwとすると、となる。この比率はウオルシュ関数波のWAL（１）とWAL
（５）で正弦波を合成するときの比率である。

ここで、定数とすると、 erw（ｔ）＝（4/π）・kw・［sinωｔ＋1/7・sin7ωｔ＋1/9・sin9ωｔ＋…］… ……（７）となる。

ここで、高調波成分をもたない式（３）の被測定信号es
を式（７）のウオルシュ関数波の合成波erwで同期検波
を行わない、検波波形をnT期間積分すると、となる。式（８）は、式（４）の定数kw倍に相当する。

次に、被測定信号に高調波成分が含まれていた場合の式
（５）のesを式（７）のウオルシュ関数波の合成波erw
で同期検波を行い、検波波形をnT期間積分すると、となる。

なお、第７図の同期検波器13の原理については特願昭54
−117657号明細書にも記載されている。

次に、同期検波器13の基準信号に対する等化スペクトラ
ムの一例を第８図により説明する。第８図は同期検波器
13の測定回路14側に直流を加えて乗算をし、それを出力
端子15で観測したものである。第８図で、等化スペクト
ラムには基本波と第７高調波だけが認められ、第３高調
波と第５高調波は出ていない。また、第７高調波のレベ
ルは第３図イ・ウの方形波の第７高調波のレベルとほぼ
同じレベルであり、基本波に対して約７分の１になる。

［発明の効果］この発明によれば、同期検波器への基準信号にウオルシ
ュ関数波を用いているので、同期検波器へ入力する被測
定素子の出力信号に奇数次の高調波成分が含まれている
場合でも、低次数の第３高調波や第５高調波がなくな
り、低次数の高調波による測定誤差の影響を少なくする
ことができる。

なお、この発明は回路素子の測定に使えるばかりではな
く、回路解析にも使えることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術による回路素子測定装置の構成図、第
２図はインピーダンス２のベクトル図、第３図は同期検
波器６の入出力波形図の１例、第４図はこの発明による
回路素子測定装置の実施例の構成図、第５図は正弦波発
振器11とウオルシュ関数発生器12の実施例の構成図、第
６図はウオルシュ関数発生器12の実施例回路、第７図は
同期検波器13の実施例回路、第８図は同期検波器13の基
準信号に対する等化スペクトラム図の一例、第９図はウ
オルシュ関数波を基準信号に用いたときの同期検波器13
の入出力波形の一例である。１……発振器、２……インピーダンス、３……増幅器、
４……切換スイッチ、５……切換スイッチ、６……同期
検波器、11……正弦波発振器、12……ウオルシュ関数発
生器、13……同期検波器、14……測定回路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】クロック発生回路（11A）と、クロック発
生回路（11A）の出力を入力とし、分周する分周回路（1
1B）と、分周回路（11B）の出力を入力とし、正弦波を
合成する正弦波合成回路（11C）を持ち、測定用信号源
とする正弦波発振器（11）と、正弦波発振器（11）の分周回路（11B）の出力を第１の
入力とし、基準位相を切り換える切り換えスイッチ（12
C）の出力を第２の入力として加算し、正弦波発振器（1
1）の出力の同期を保ちながら、互いに90゜の位相変化
を与える加算器（12A）と、加算器（12A）の出力を入力
とし、ウォルシュ関数を発生するウォルシュ関数発生回
路（12B）をもつウォルシュ関数発生器（12）と、ウォルシュ関数発生器（12）の出力を入力とし、測定回
路（14）の出力を重み付けする重み付け回路（13L）
と、重み付け回路（13L）の出力とウォルシュ関数発生
器（12）の出力を乗算する乗算回路をもつ同期検波器
（13）を備えることを特徴とする回路素子測定装置。