JPH11316252A - インピーダンス測定器 - Google Patents
インピーダンス測定器Info
- Publication number
- JPH11316252A JPH11316252A JP12313598A JP12313598A JPH11316252A JP H11316252 A JPH11316252 A JP H11316252A JP 12313598 A JP12313598 A JP 12313598A JP 12313598 A JP12313598 A JP 12313598A JP H11316252 A JPH11316252 A JP H11316252A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- voltage
- impedance
- input terminal
- differential amplifier
- phase input
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】インピーダンス測定器ないしアドミッタンス測
定器において、対象測定物の接続端に位置する電子回路
の浮遊容量や洩れ電流に起因する誤差を縮小する。 【構成】差動増幅器（Ｄ１）の正相入力端に交流信号電
圧（Ｖｉ）を加え、かつこの差動増幅器Ｄ１の供給電源
に電圧重複手段（Ｍ１）によってＶｉを加重する。逆相
入力端に測定対象であるインピーダンスを接続し、これ
に流れる電流をＤ１によって電圧へ変換し、これを整流
してインピーダンスないしアドミッタンスを指示する直
流信号に変える。
定器において、対象測定物の接続端に位置する電子回路
の浮遊容量や洩れ電流に起因する誤差を縮小する。 【構成】差動増幅器（Ｄ１）の正相入力端に交流信号電
圧（Ｖｉ）を加え、かつこの差動増幅器Ｄ１の供給電源
に電圧重複手段（Ｍ１）によってＶｉを加重する。逆相
入力端に測定対象であるインピーダンスを接続し、これ
に流れる電流をＤ１によって電圧へ変換し、これを整流
してインピーダンスないしアドミッタンスを指示する直
流信号に変える。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本考案は、絶縁体、潤滑油、粉体
など高い絶縁性を持つ物体の誘電率ないし誘電損失を測
定したり、物体の近接や形状などを非接触で知るために
静電容量を測定したりする、インピーダンスないしアド
ミッタンス測定器に関するものである。
など高い絶縁性を持つ物体の誘電率ないし誘電損失を測
定したり、物体の近接や形状などを非接触で知るために
静電容量を測定したりする、インピーダンスないしアド
ミッタンス測定器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】インピーダンスを測定する最も代表的な
手段はインピーダンス・ブリッジである。手動操作を加
えずに高い感度で測定する為にはブリッジ・バランス誤
差信号への増幅器を加えなければならず、測定の自動化
と高感度を要求される今日では、対象インピーダンスの
接続端に半導体電子回路の入力端が位置することが避け
難い。
手段はインピーダンス・ブリッジである。手動操作を加
えずに高い感度で測定する為にはブリッジ・バランス誤
差信号への増幅器を加えなければならず、測定の自動化
と高感度を要求される今日では、対象インピーダンスの
接続端に半導体電子回路の入力端が位置することが避け
難い。
【０００３】電子回路の能力を使うことによって、対象
インピーダンスの接続端を等価的にグランド電位に置
き、半導体電子回路の入力端の特性に起因する問題を回
避する方法がある。この場合は回路上の制約から、対象
インピーダンスのもう一方の端子をグランドに落とせな
いので、結局両端ともグランドに対して浮遊状態にある
対象しか測定出来ない。
インピーダンスの接続端を等価的にグランド電位に置
き、半導体電子回路の入力端の特性に起因する問題を回
避する方法がある。この場合は回路上の制約から、対象
インピーダンスのもう一方の端子をグランドに落とせな
いので、結局両端ともグランドに対して浮遊状態にある
対象しか測定出来ない。
【０００４】その他インパルス応答を観測する方法など
様々な方式がありうるが、対象インピーダンスの接続端
に半導体電子回路の入力端が位置するという特徴は、共
通して持たざるをえない。
様々な方式がありうるが、対象インピーダンスの接続端
に半導体電子回路の入力端が位置するという特徴は、共
通して持たざるをえない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】一端がグランド電位に
ある測定対象が工業的環境には多い。この対象インピー
ダンスの接続端に半導体電子回路の入力端が位置する
と、その部位の不可避的な浮遊容量や洩れ電流がインピ
ーダンス測定誤差となる。浮遊容量による誤差を差動効
果で打消すために平衡式の回路構成としても、温度環境
などの変化の下で全く誤差を皆無にするには無理があ
る。
ある測定対象が工業的環境には多い。この対象インピー
ダンスの接続端に半導体電子回路の入力端が位置する
と、その部位の不可避的な浮遊容量や洩れ電流がインピ
ーダンス測定誤差となる。浮遊容量による誤差を差動効
果で打消すために平衡式の回路構成としても、温度環境
などの変化の下で全く誤差を皆無にするには無理があ
る。
【０００６】本考案はこのような状況に鑑みてなされた
もので、対象インピーダンスの接続端に位置する電子回
路の浮遊容量や洩れ電流を、等価的に無視量まで抑え、
温度変動など不良な周囲環境のもとでも、極めて精度の
高いインピーダンス測定を実現するものである。
もので、対象インピーダンスの接続端に位置する電子回
路の浮遊容量や洩れ電流を、等価的に無視量まで抑え、
温度変動など不良な周囲環境のもとでも、極めて精度の
高いインピーダンス測定を実現するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】まず請求項１の解決手段
について、図を参照しながら説明する。第１図が構成図
の一例である。
について、図を参照しながら説明する。第１図が構成図
の一例である。
【０００８】正弦波ないしパルス状の交流電圧（Ｖｉ）
を発生する信号発生器（Ｓ）と正相入力端（Ｉ＋）に交
流電圧Ｖｉを加え、負相入力端（Ｉ−）に接続されたイ
ンピーダンス（Ｚ）に流れる電流（Ｉｚ）を電圧（Ｖ
ｚ）に変換する差動増幅器（Ｄ１）と差動増幅器の直流
電源供給端子（Ｖｃ、Ｖｅ）に交流電圧Ｖｉを重複させ
る手段（Ｍ１）とから構成される。
を発生する信号発生器（Ｓ）と正相入力端（Ｉ＋）に交
流電圧Ｖｉを加え、負相入力端（Ｉ−）に接続されたイ
ンピーダンス（Ｚ）に流れる電流（Ｉｚ）を電圧（Ｖ
ｚ）に変換する差動増幅器（Ｄ１）と差動増幅器の直流
電源供給端子（Ｖｃ、Ｖｅ）に交流電圧Ｖｉを重複させ
る手段（Ｍ１）とから構成される。
【０００９】この例では、差動増幅器（Ｄ１）はコンプ
リメンタリ・トランジスタによって上下対称的に組まれ
たエミッタ接地増幅器と、この上下電流出力を合流させ
て電圧に変換する折返しベース接地増幅器より成ってい
る。すなわち所謂トランスコンダクタンス型の差動増幅
器である。初段トランジスタのベースが正相入力端Ｉ＋
をなし、エミッタが負相入力端Ｉ−をなす。
リメンタリ・トランジスタによって上下対称的に組まれ
たエミッタ接地増幅器と、この上下電流出力を合流させ
て電圧に変換する折返しベース接地増幅器より成ってい
る。すなわち所謂トランスコンダクタンス型の差動増幅
器である。初段トランジスタのベースが正相入力端Ｉ＋
をなし、エミッタが負相入力端Ｉ−をなす。
【００１０】この回路全体は一つの半導体ウエハーの上
にＩＣチップ化されることが多いが、この場合そのサブ
ストレートは正電源端子Ｖｃないし負電源端子Ｖｅのい
ずれかに接続される。
にＩＣチップ化されることが多いが、この場合そのサブ
ストレートは正電源端子Ｖｃないし負電源端子Ｖｅのい
ずれかに接続される。
【００１１】直流電源供給端子Ｖｃ、Ｖｅに交流電圧Ｖ
ｉを重複させるために、電源供給に抵抗を挿入し、コン
デンサを通じてＶｉを重複させる手段Ｍ１が採られてい
る。
ｉを重複させるために、電源供給に抵抗を挿入し、コン
デンサを通じてＶｉを重複させる手段Ｍ１が採られてい
る。
【００１２】負相入力端Ｉ−に測定対象であるインピー
ダンスＺが接続され、このＺを流れる電流Ｉｚに対して
は、増幅器Ｄ１は単純な電流−電圧変換手段として働い
て、Ｉｚに比例する電圧Ｖｚを発生する。
ダンスＺが接続され、このＺを流れる電流Ｉｚに対して
は、増幅器Ｄ１は単純な電流−電圧変換手段として働い
て、Ｉｚに比例する電圧Ｖｚを発生する。
【００１３】この例では、差動増幅器Ｄ１はコンプリメ
ンタリ・トランジスタのエミッタ接地増幅器をフロント
エンドとする構成となっているが、一般的なオペアンプ
回路のようにエミッタ結合差動増幅回路をフロントエン
ドとする差動増幅器を用いることもできる。この場合は
負相入力端Ｉ−と出力端との間に抵抗器を接続すること
によって、電流−電圧変換器として働かす事が出来る。
ンタリ・トランジスタのエミッタ接地増幅器をフロント
エンドとする構成となっているが、一般的なオペアンプ
回路のようにエミッタ結合差動増幅回路をフロントエン
ドとする差動増幅器を用いることもできる。この場合は
負相入力端Ｉ−と出力端との間に抵抗器を接続すること
によって、電流−電圧変換器として働かす事が出来る。
【００１４】またこの例では、正負電源を使用している
が、単電源を用いることもある。この時には、差動増幅
器の電源コモンとなるグランドとの接続線にＭ１を挿入
する。
が、単電源を用いることもある。この時には、差動増幅
器の電源コモンとなるグランドとの接続線にＭ１を挿入
する。
【００１５】
【作用】差動増幅器Ｄ１の正相入力端Ｉ＋に交流電圧Ｖ
ｉが加えられていると、負相入力端Ｉ−に接続されたイ
ンピーダンスＺに流れる電流Ｉｚは、Ｖｉ／Ｚの値とな
ってＺに反比例する。従ってＤ１の電圧出力ＶｚもＺに
反比例する。もしＶｉが正弦波であるなら適当な換算係
数をもってすれば、出力Ｖｚの絶対値検波された値は対
象インピーダンスの逆数、即ちアドミッタンスの指示値
となる。元の交流電圧Ｖｉを位相基準としてフェイズ・
センシティブ・ディテクトすることによって、コンダク
タンスとサセプタンスを分離検出することも可能であ
る。
ｉが加えられていると、負相入力端Ｉ−に接続されたイ
ンピーダンスＺに流れる電流Ｉｚは、Ｖｉ／Ｚの値とな
ってＺに反比例する。従ってＤ１の電圧出力ＶｚもＺに
反比例する。もしＶｉが正弦波であるなら適当な換算係
数をもってすれば、出力Ｖｚの絶対値検波された値は対
象インピーダンスの逆数、即ちアドミッタンスの指示値
となる。元の交流電圧Ｖｉを位相基準としてフェイズ・
センシティブ・ディテクトすることによって、コンダク
タンスとサセプタンスを分離検出することも可能であ
る。
【００１６】測定されたコンダクタンスとサセプタンス
とに更に適当な換算を加えることによって、静電容量や
誘電損失を指示することも可能である。アドミッタンス
の逆数を計算することによって、インピーダンス測定値
を指示しうることは云うまでもない。
とに更に適当な換算を加えることによって、静電容量や
誘電損失を指示することも可能である。アドミッタンス
の逆数を計算することによって、インピーダンス測定値
を指示しうることは云うまでもない。
【００１７】Ｖｉが正弦波でなくパルス波である場合
も、何等かの手段によって周波数分解して、基本波およ
び各高調波に上記の操作を加えれば、周波数ごとのアド
ミッタンスないしインピーダンスを抽出しうる。
も、何等かの手段によって周波数分解して、基本波およ
び各高調波に上記の操作を加えれば、周波数ごとのアド
ミッタンスないしインピーダンスを抽出しうる。
【００１８】ここで、もし電源供給端子Ｖｃ、Ｖｅが交
流的にグランド電位にあれば、入力端トランジスタのベ
ースと他の電極端子との浮遊静電容量やリーク・インピ
ーダンスに電流が流れ込み、Ｉｚと重複されて誤差を発
生する。増幅器Ｄ１がＩＣチップからなっておれば、サ
ブストレートへの浮遊静電容量も同じ誤差の要因とな
る。
流的にグランド電位にあれば、入力端トランジスタのベ
ースと他の電極端子との浮遊静電容量やリーク・インピ
ーダンスに電流が流れ込み、Ｉｚと重複されて誤差を発
生する。増幅器Ｄ１がＩＣチップからなっておれば、サ
ブストレートへの浮遊静電容量も同じ誤差の要因とな
る。
【００１９】これに対して電源供給端子Ｖｃ、Ｖｅに手
段Ｍ１を通じて交流電圧Ｖｉを重複させていると、これ
ら浮遊容量の終端は交流的にＶｉの電位に置かれるの
で、誤差電流が遮断されて、出力Ｖｚは正確なＺの指標
値となる。こうして本考案の手段は、対象インピーダン
スの接続端に位置する電子回路Ｄ１の浮遊容量や洩れ電
流を、等価的に無視量まで抑える作用を持つ。
段Ｍ１を通じて交流電圧Ｖｉを重複させていると、これ
ら浮遊容量の終端は交流的にＶｉの電位に置かれるの
で、誤差電流が遮断されて、出力Ｖｚは正確なＺの指標
値となる。こうして本考案の手段は、対象インピーダン
スの接続端に位置する電子回路Ｄ１の浮遊容量や洩れ電
流を、等価的に無視量まで抑える作用を持つ。
【００２０】
【実施例】実施例について、図面を参照して説明する。
【００２１】図２がオペアンプによって構成した、本考
案になるアドミッタンス測定器である。差動増幅器（Ｄ
２）の正相入力端Ｉ＋には、信号発生器Ｓからの正弦電
圧Ｖｉが加えられ、負相入力端Ｉ−に測定対象であるイ
ンピーダンスＺが接続される。増幅器Ｄ２は抵抗器と組
み合わさって電流−電圧変換手段として働き、Ｚを流れ
る電流Ｉｚに比例する電圧Ｖｚを出力端に発生する。
案になるアドミッタンス測定器である。差動増幅器（Ｄ
２）の正相入力端Ｉ＋には、信号発生器Ｓからの正弦電
圧Ｖｉが加えられ、負相入力端Ｉ−に測定対象であるイ
ンピーダンスＺが接続される。増幅器Ｄ２は抵抗器と組
み合わさって電流−電圧変換手段として働き、Ｚを流れ
る電流Ｉｚに比例する電圧Ｖｚを出力端に発生する。
【００２２】Ｄ２と別に、全く同じ構成で同じ電源供給
を受ける電流−電圧変換手段が配置されて、この負相入
力端Ｉ−には基準となるインピーダンスＺ０が接続され
ている。この出力とＤ２の出力Ｖｚとの差が差動増幅器
（Ｕ）によって演算され出力される。
を受ける電流−電圧変換手段が配置されて、この負相入
力端Ｉ−には基準となるインピーダンスＺ０が接続され
ている。この出力とＤ２の出力Ｖｚとの差が差動増幅器
（Ｕ）によって演算され出力される。
【００２３】電源供給端子Ｖｃ、Ｖｅに交流電圧Ｖｉを
重複させるために、オペアンプを用いて一定の直流電圧
とＶｉとをミキシングする手段（Ｍ２）が採用され、こ
こから電源供給されている。
重複させるために、オペアンプを用いて一定の直流電圧
とＶｉとをミキシングする手段（Ｍ２）が採用され、こ
こから電源供給されている。
【００２４】Ｕの出力はフェイズ・センシティブ・ディ
テクタ（Ｐ１、Ｐ２）によって、正弦電圧Ｖｉと位相比
較されて実数成分値と虚数成分値に分けられ、それぞれ
適切な利得を有する低域通過増幅器（Ａ１、Ａ２）を経
てコンダクタンス（Ｇ）とサセプタンス（Ｙ）とに換算
される。この値は基準のインピーダンスＺ０からの相対
変差量として得られる。
テクタ（Ｐ１、Ｐ２）によって、正弦電圧Ｖｉと位相比
較されて実数成分値と虚数成分値に分けられ、それぞれ
適切な利得を有する低域通過増幅器（Ａ１、Ａ２）を経
てコンダクタンス（Ｇ）とサセプタンス（Ｙ）とに換算
される。この値は基準のインピーダンスＺ０からの相対
変差量として得られる。
【００２５】
【発明の効果】本考案によるインピーダンス測定器を用
いることによって、一端がアースされた対象であって
も、インピーダンスの接続端に位置する電子回路の浮遊
容量や洩れ電流を抑えることができ、温度変動など不良
な周囲環境のもとでも極めて精度の高いインピーダンス
測定を実現できる。
いることによって、一端がアースされた対象であって
も、インピーダンスの接続端に位置する電子回路の浮遊
容量や洩れ電流を抑えることができ、温度変動など不良
な周囲環境のもとでも極めて精度の高いインピーダンス
測定を実現できる。
【図１】請求項１の構成図。
【図２】本考案の実施例。
Ａ１ 低域通過増幅器 Ａ２ 低域通過増幅器 Ｄ１ 差動増幅器 Ｄ２ 差動増幅器 Ｇ コンダクタンス Ｉｚ インピーダンス電流 Ｉ＋ 正相入力端子 Ｉ− 負相入力端子 Ｍ１ 電圧重複手段 Ｍ２ 電圧重複手段 Ｐ１ フェイズ・センシティブ・ディテクタ Ｐ２ フェイズ・センシティブ・ディテクタ Ｓ 信号発生器 Ｕ 差動増幅器 Ｖｃ 正電源供給端子 Ｖｃｃ 正電源 Ｖｅ 負電源供給端子 Ｖｅｅ 負電源 Ｖｉ 交流信号電圧 Ｖｚ 出力電圧 Ｙ サセプタンス Ｚ 対象インピーダンス Ｚ０ 基準インピーダンス
Claims (1)
- 【請求項１】交流電圧（Ｖｉ）を発生する信号発生器
（Ｓ）と差動増幅器（Ｄ１、Ｄ２）の正相入力端に交流
電圧Ｖｉを加え、負相入力端に接続されたインピーダン
スに流れる電流を電圧に変換する電流−電圧変換手段と
差動増幅器の直流電源供給端子（Ｖｃ、Ｖｅ）ないしコ
モン端子に交流電圧Ｖｉを重複させる手段（Ｍ１、Ｍ
２）とから構成され、 測定物接続端の浮遊容量や洩れ電流に起因する誤差を軽
減したインピーダンスないしアドミッタンス測定器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12313598A JPH11316252A (ja) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | インピーダンス測定器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12313598A JPH11316252A (ja) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | インピーダンス測定器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11316252A true JPH11316252A (ja) | 1999-11-16 |
Family
ID=14853060
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12313598A Pending JPH11316252A (ja) | 1998-05-06 | 1998-05-06 | インピーダンス測定器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11316252A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8115505B2 (en) | 2007-04-02 | 2012-02-14 | Samsung Mobile Display Co., Ltd. | Differential signaling system and flat panel display with the same |
| CN108072792A (zh) * | 2016-11-18 | 2018-05-25 | 马亨德拉雷瓦电动汽车有限公司 | 用于监测高电压系统中的隔离的系统和方法 |
-
1998
- 1998-05-06 JP JP12313598A patent/JPH11316252A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8115505B2 (en) | 2007-04-02 | 2012-02-14 | Samsung Mobile Display Co., Ltd. | Differential signaling system and flat panel display with the same |
| CN108072792A (zh) * | 2016-11-18 | 2018-05-25 | 马亨德拉雷瓦电动汽车有限公司 | 用于监测高电压系统中的隔离的系统和方法 |
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