JPS5924263A

JPS5924263A - 信号入力回路

Info

Publication number: JPS5924263A
Application number: JP57133846A
Authority: JP
Inventors: デスモンド・ルイス・マ−フイ; ワレン・カ−ク・ウイマ−
Original assignee: Tektronix Inc
Current assignee: Tektronix Inc
Priority date: 1982-08-02
Filing date: 1982-08-02
Publication date: 1984-02-07
Also published as: US4525688A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は信号入力回路、特にオシロスコープ等の電子測
定機器に使用して好適な信号入力回路に関する。

オシロスコープ等の高精度の定量測定装置の入力回路に
は、被測定信号源に負荷効果を生じさせることなく広帯
域の入力信号を調整するために、高インピーダンスの可
変減衰器（減衰段）を設けることが必要である。

本発明の理解を容易にするため、先ず、第１図を参照し
て従来のオシロスコープを簡単に説明する。第１図にお
いて、振幅及び周波数が変化する入力信号が、同軸ケー
ブル或いはプローブを介して垂直入力端子１０に印加さ
れる。垂直入力端子１０に接続した入力信号調整回路１
２は、交流結合（ＡＣ）、直流結合（ＤＣ）、及びアー
ス（ＧＮＤ）を選択する結合回路（図示せず）を有する
。入力信号調整回路１２の出力は、前置増幅器１４、シ
ングル・エンド入力信号をプッシュプル即ち平衡信号に
変換するパラフェーズ増幅器１６、及び出力増幅器１８
で夫々増幅され、陰極線管（ＣＲＴ）２０の垂直偏向板
に印加される。

尚、固定遅延線（図示せず）をバラフェーズ増幅器１６
と出力増幅器１８の間に挿入してもよい。

掃引ゲート信号発生器２６は、内部（ＩＮＴ）或いは外
部（ＥＸＴ））リガ信号に同期して掃引ゲート信号を発
生する。内部トリガ信号は、バラフェーズ増幅器１６か
ら取り出した垂直入力信号であり　（■ＮＴトリガ・モ
ード）、外部トリガ信号は、外部トリガ入力端子２２に
印加された外部トリガ信号である（ＥＸＴ　）リガ・モ
ード）。ＩＮＴ及びＥｘＴトリガ・モードは、トリガ・
モード・スイッチ２４で選択される。掃引信号発生器２
８は、掃引ゲート信号発生器２６からゲー・ト信号を受
け、このゲート信号に同期して掃引信号（ランプ信号）
を発生する。掃引信号は、水平増幅器３０で増幅された
後、ＣＲＴ２０の水平偏向板に印加される。第１図には
示していないが、電子ビームのブランキング及びアンブ
ランキングを制御するために、ブランキング回路が設け
られる。

次に、第１図の回路の動作を説明する。端子ｌ路１２の
減衰器を調節して適当な振幅に調整され、入力信号調整
回路１２の出力は、後段の増幅器において、電子ビーム
の垂直偏向に必要な電圧（例えば１０ポルＩ・）に増幅
される。入力信号調整回路１２の結合回路を直流結合す
れば（ＤＣモード）、上限遮断周波数（例えば１（）Ｏ
ＭＨｚ）までの広帯域入力信号を測定或いは観察できる
。

つまり、このモードでは、直流及び交流信号成分の測定
・観察が可能である。一方、入力信号調整回路１２の結
合回路を交流結合すれば（ＡＣモード）、入力信号の交
流成分のみを観察できるので、下限の遮断周波数以下の
直流及び交流成分を除去できる。更に、入力信号調整回
路１２の結合回路をアースに接続し、オシロスコープの
入力端子を接地して入力信号源からの信号を遮断すれば
（ＧＮＤモード）、ＣＲＴの管面に直流基準レベルを表
示できる。ＣＲＴの電子ビームは、掃引ゲート信号発生
器２８のタイミング素子で決定される一定速度でＣＲＴ
管面主面上引する。尚、掃引信号は入力信号と同期して
いるので、ＣＲＴの管面上に入力信号を静止して表示で
きる。

インピーダンス変換器として動作する前置増幅器１４は
、入力インピーダンスを高くして（例えばＩＭΩ）入力
信号源に与える負荷効果を小さくし、出力インピーダン
スを低くして広帯域信号の増幅を容易にするためのもの
である。この目的のため、前置増幅器１４は、ソース・
ホロアノ入力段とエミッタ・ホロアの出力段を有する。

パラフェーズ増幅器１６は、ＣＲＴ２０の偏向板を駆動
し且つトリガ信号の取出しに便利なように、平衡信号を
出力するようにしである。

高周波信号処理に用いられる多段（マルチ・ステージ）
減衰器の一例は、本出願人に係る特公昭５２−１３９０
０号（米国特許第３７５３１７０号に対応）に゛開示さ
れている。この多段減衰器の減衰段を、第２図に示す。

第２図に示すように、１対の特別設計のスイッチＳ１及
びＳ２を、入力端子Ｔ１及び出力端子Ｔ２の間に直列接
続する。

尚、スイッチＳ１及びＳ２は、本出願人に係る特、・開
閉５３−４２２９号（米国特許第３７１９７８８号に対
応）に詳細に開示されている。スイッチＳｌ及びＳ２の
上部（図面上）の端子間には短い導線ＳＲを接続し、ス
イッチＳｌ及びｓ２の下部の端子は、抵抗器Ｒ１及びＲ
２、コンデンサＣ１、Ｃ２及びＣ３から成る抵抗器コン
デンサ（ＲＣ）減衰器を介して接続している。出力端子
Ｔ２に一端を接続した可変コンデンサＣ４は、分路コン
デンサである。出力端子Ｔ２に並列接続した抵抗器ＲＯ
及びＣＯは、夫々、前置増幅器１４（第１図）の入力抵
抗値及び入力静電容量を示す。

スイッチＳｌ及びＳ２は夫々単極双投スイッチの一種で
あり、スイッチ位置が上部にあるときは入力端子Ｔ１及
び出力端子Ｔ２を直結し、上述の減衰器を不動作状態に
する。コンデンサＣ４は、第２図の回路の全入力インピ
ーダンスを所定値（Ｃｉｎ）に調節し、浮遊静電容量の
内でも特に、ソース・ホロア・トランジスタのゲート−
ドレイン間の静電容量に大きく影響される前置増幅器１
４の入力インピーダンスを補償している。スイッチＳ１
及びＳ２のスイッチを下の位置にすると、入力信号は、
入力及び出力端子Ｔ１、Ｔ２の間に挿入されるＲＣ減衰
器によって減衰される。尚、減衰率は適当に定めればよ
く、例えば、減衰率を５に設定する場合には、抵抗器Ｒ
１及びＲ２を夫々８００にΩ、２５０にΩにする。スイ
ッチＳ１及びＳ２のスイッチを下の位置にした場合には
、入力インピーダンス（例えばＩＭΩ）は変化しない。

分路コンデンサＣ１は、ＲＣ減衰器を広帯域にするため
のものであるが、広帯域減衰器を実現するためには、Ｒ１−Ｃ１＝Ｒ２／／ＲＯ（ＣＯ＋Ｃ４＋Ｃ２）の関係
を満足する必要がある。ここで、ＲＯｌＲｌ、Ｒ２は夫
々抵抗器ＲＯ，Ｒ１、Ｒ２の抵抗値、Ｃｏ、ＣＩ、Ｃ２
、Ｃ４は夫々コンデンサＣ０１Ｃ１、Ｃ２、Ｃ４の静電
容量、Ｒ２／／ＲＯは抵抗器Ｒ２及びＲＯの並列抵抗値
である。可変コンデンサＣ２は、上記の関係を成立させ
るために使用される。他の可変コンデンサＣ３は、ＲＣ
減衰器の入力静電容量を所定の入力静電容量Ｃ４ｎに等
しくし、減衰率を変えた場合にも減衰器の周波数応答特
性を一定に維持するためのものである。

第３図は、第１図に示した前置増幅器（或いは、インピ
ーダンス変換器）１４及びパラフェーズ増幅器１６の従
来例を示す回路図である。第３図において、前置増幅器
１４は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）３６及び３８
と、抵抗器４０とを有するソース・ホロア入力段と、バ
イポーラ・トランジスタ４２を有するエミッタ・ホロア
出力段から成る。ＦＥＴ３６のゲートは、入力端子３２
に接続し、入力抵抗値を決定する抵抗器３４を介して接
地している。ＦＥＴ３８及び抵抗器４０は電流源を構成
し、パラフェーズ増幅器１６は、２対のエミッタ接続の
トランジスタ４４−４６及び４８−５０を有する。エミ
ッタ・ホロア・トランジスタ４２のエミッタ出力はトラ
ンジスタ４４のベースに印加され、ポテンショメータ５
２からの垂直位置制御信号はトランジスタ４６のベース
に印加される。トランジスタ４８及び５０のベースは、
夫々トランジスタ４４及び４６のエミッタに接続してい
る。トランジスタ４４及び４６のコレクタは、夫々端子
５４及び５６を介して第１図の出力増幅器１８の入力端
子に接続し、トランジスタ５０のコレクタは端子５８を
介してトリが信号を出力する。

ところで、以上説明した従来の信号入力回路は、次のよ
うな欠点がある。第１に、夫々の減衰回路（減衰段）に
少なくとも２個の特別設計のスイッチを必要とするので
、スイッチ収納部及びスイッチ駆動部が大型化し且つ構
成が複雑となり信゛頼性が低下すると共に、接点のメッ
キに使用する金の使用量が増えるので製作費が高くなる
という問題がある。この問題は、上述の従来例の如く、
縦続接続した減衰段を数個設ける場合には無視できない
。第２に、垂直増幅段は、所望のインピーダンス変換及
びトリガ信号の取出しを行うため回路構成が比較的複雑
となる。且つトリガ信号の取出しも容易でない。第３に
、入力信号成分の一部がキャパシタンス成分の存在によ
り失われるので（特に高周波数において）、周波数応答
特性が広帯域にわたって平担でないという問題がある。

したがって、本発明の目的は、上述の従来例の問題を克
服し、特にオシロスコープのような広帯域の試験俸測定
機器に用いて好適な信号入力回路を提供することである
。

以下、添付の第４図乃至第６図を参照して、本発明の詳
細な説明する。第４図は本発明に係る減衰器の基本回路
図である。入力端子Ｔａは、スイッチＳａ、或いは抵抗
・コンデンサ（ＲＣ）分圧器の何れかを介して出力端子
Ｔｂに接続する。ＲＣ分圧器は、抵抗器Ｒａ及びＲｈ、
コンデンサＣａ、　Ｃｂ、　Ｃｃから構成される。抵抗
器Ｒｂ、及びコンデンサＣｂ。

Ｃｃの共通端（共通接点）は、スイッチＳａと連動する
スイッチｓｂを介して接地し、入力端子Ｔａは、更に、
分路コンデンサとして動作する可変コンデンサＣｄを介
してスイッチｓｂ及びアースに接続している。第４図に
示した減衰器は、例えば、ハイブリッド技術により１枚
の基板上に設けることができる。スイッチＳａ及びｓｂ
は、第２図に示したスイツチＳｔ及びＳ２を利用するの
が望ましいが、電気リレー等の従来のスイッチを用いて
もよい。

減衰動作を選択しない場合には、スイッチＳａ及びｓｂ
を夫々オン、オフとする。この状態では、コンデンサＣ
ａ、　Ｃｂ、　Ｃｃは実質上回路動作には何ら影響を与
えない。可変コンデンサＣｄは入力静電容量を所定値に
調整するためのものである。一方、減衰動作を選択する
場合には、スイッチＳａ及びＳｂを夫々オフ、オンとす
る。つまり、所定の減衰率（例えば、５）を有するＲｃ
減衰器を回路に挿入する。尚、ＲＣ減衰器を回路に挿入
する前に、先ず、コンデンサｃｂを調節してＲＣ減衰器
が全周波数帯域にわたって所定の減衰を行えるようにし
。

次に、コンデンサＣｃを調整して回路の入力静電容量を
所定の入力静電容量Ｃｉｎに等しくなるようにする。第
４図に示した減衰器の重要な利点は、必要なスイッチ数
を従来の半分に減らすことができることである。したが
って、回路動作の信頼性の向上、製作費の低減、回路全
体の小型化が実現で“きる。

第５図は、本発明に係るインピーダンス変換器の好適な
一実施例を示す回路図である。第５図において、入・力
信号は、入力端子６０及び静電容量の非常に小さい（例
えば、５０ＰＦ以下の）結合コンデンサ６４を介し、Ｆ
ＥＴ６２のゲートに印加される。ＦＥＴ６２は、バイポ
ーラ・トランジスタ６６（電流源）と共にソース１ホロ
ア入力段増幅器として動作する。次に、ＦＥＴ６２のソ
ース電圧は、ＮＰＮ　）ランジスタフ０及び７２をカス
コード接続したエミッタｅホロア出力段増幅器のベース
に印加される。尚、適当なベース・バイアス電圧をトラ
ンジスタ７２に印加する。垂直出力電圧は第１出力端子
８６即ちトランジスタ７０のエミッタから取り出され、
トリガ信号は第２出力端子８８即ちトランジスタ７２の
コレクタから取り出される。差動演算増幅器７４はトラ
ンジスタ６６のエミッタ駆動用であり、演算増幅器７４
の反転入力端は抵抗器を介してアースに接地し、非反転
入力端子は、入力端子６０とアースの間に直列接続した
抵抗器７６及び７８の接続点に接続している。トランジ
スタ７２のコレクタ出力は、可変抵抗器８２及び固定抵
抗器８４から成る可変減衰器で分圧され、抵抗器８０を
介して演算増幅器７４の非反転入力端子に印加される。

可変抵抗器６８及び高抵抗（例えば、ＩＯＭΩ）の抵抗
器６７は、ＦＥＴ６２に所定のバイアス電圧を与えるた
めのものである。抵抗器６８は、ＦＥＴ６２のソース電
流が所定値になるようにトリミングするのが好ましい。

次に、第５図の回路動作について説明する。ＦＥＴ６２
は、小容量のコンデンサ６４を介して印加された高周波
信号成分のみに対してソース・ホロア増幅器として動作
する。しかし、直流を含む低周波成分は、演算増幅器７
４によって増幅される。したがって、低及び高周波成分
は、ＦＥＴ６２のソースで組み合わされ、カスコード接
続の出力段増幅器の出力端子８６及び８８から、逆極性
の２信号出力として取り出される。ＦＥＴ６２のゲート
電圧は低容量コンデンサ６４を通る高周波成分のみであ
るので、従来必要であったゲート保護回路は不要となる
。演算増幅器７４の非反転入力端子は実質上接地し、抵
抗器７６によって第５図のインピーダンス変換器の入力
抵抗値（例えば、ＩＭΩ）が決まる。入力端子６０に印
加された入力信号の低周波成分が増加の傾向にあると、
演算増幅器７４の非反転入力端子の電圧を引き上げるの
で、エミッタ・ホロア・トランジスタ７０のベース電圧
が上昇し、トランジスタ７２のコレクタ電圧即ち出力端
子８８からの電圧が下がる。

この電圧を抵抗器８２及び８４から成る可変分圧器及び
抵抗器８０を介して演算増幅器７４の非反転入力端子に
帰還する。抵抗器７６と８０を略等しくすることにより
、演算増幅器７４は、その高利得特性により、入力信号
に応じて非反転入力端子に印加される増大（或いは減少
）入力信号を、出力端子８８から出力する減少（或いは
増大）入力信号で効果的に相殺することができる。尚、
低周波利得は、可変抵抗器８２によって効果的に制御さ
れるので、可変抵抗器８２を適当に調整することにより
、第５図のインピーダンス変換器の周波数応答（即ち、
帯域幅）全体を改良することもできる。尚、必要に応じ
てトランジスタ６６のベース電圧（−１０）を制御して
出力オフセットの調整が可能である。

第６図は、本発明を利用したオシロスコープの信号入力
回路の一具体例を示す図である。。第６図の回路は、入
力結合選択回路９０及び出力減衰回路９２以外は、第４
図の減衰回路と第５図のインピーダンス変換器を組み合
せたものである。入力結合選択回路９０は、入力端子９
１と入力減衰回路の間に接続している。連動スイッチＳ
ｃ及びＳｃを夫々オフ、オンの状態にすると、入力減衰
回路の入力側は、入力端子９１との接続を解除され、ス
イッチＳｃを介して接地する。一方、スイッチＳｃ及び
Ｓｃ’を夫々オン、オフにし、且つスイッチＳｄをオフ
にすると１ＭΩモードとなり、スイッチＳｄをオンにす
ると５０Ωモードとなる。５０Ωモードでは、入力端子
９１は直列抵抗器９６及び９７（合成抵抗値が５０Ω）
に接続する。抵抗器９８．９９．１００、及び１０１、
入力端子１０２及び１０３から成る保護回路は、過剰電
圧保護用である。即ち、所定電圧（例えば、５ボルト）
を入力端子１０２に印加し、抵抗器９８、ｉｏｏ、１０
１の共通接続点の電圧を端子１０３から検知し、検知電
圧が所定値以上であれば、スイッチＳｄを自動的にオフ
して回路を保護する。抵抗器９６は、流れる電流に応じ
て検知抵抗器９８の温度を変化させて端子１０３から導
出される電圧を制御するためのものであり、サーミスタ
１０１は周囲温度による影響を補償するためのものであ
る。尚、抵抗器９７と直列にインダクタを接続して入カ
ドランジスタロ０の信号反射特性を改善することができ
る。

入力端子９１に印加された信号は、小抵抗器ｒ。

を介して入力減衰回路の入力端に供給される。入力減衰
回路は、電気的特性を向上させるために設けた小抵抗器
版及びｒｂ以外は、第４図に示した減衰回路と実質上同
一である。入力減衰回路の出力は、インピーダンス変換
器１６を介して出力減衰回路９２に印加される。出力減
衰回路９２は、連動スイッチ５ｅ−Ｓｓ’及び５ｒ−ｓ
ｒ’、抵抗器及びコンデンサ（参照番号無）を有し、印
加された信号を、例えば、２．２．５．５の減衰率で減
衰するためのものである。

上述の説明では、入力減衰回路を１個しか使用していな
いが、入力信号の帯域幅に応じて２個以上用いてもよい
。

以上説明したように、本発明に係る信号入力回路は構成
が簡単なので、回路の信頼性の向上と共に、製作費を安
くでき且つ組立時間を短縮することが可能である。更に
、本願の実施例に示したイ。

ンピーダンス変換器を使用すれば、帯域幅を広げること
ができ、ドリフトを従来例よりも小さくすることが可能
であり且つ２種の出力信号を得ることができるという効
果がある。したがって、本発明に係る信号入力回路は、
特にオシロスコープの垂直入力段に用いて好適である。

以上、本発明の詳細な説明したが、実施例の変形・変更
は当業者にとって容易である。

【図面の簡単な説明】

第１図はオシロスコープの簡単なブロック図、第２図は
従来の減衰回路を示す図、第３図は従来のインピーダン
ス変換器を示す回路図、第４図は本発明に使用する減衰
器の基本回路図、第５図は本発明に利用するインピーダ
ンス変換器の好適な実施例を示す回路図、第６図は本発
明に係る信号入力回路の具体例を示す図である。１２：入力段減衰器Ｓａ、Ｓｂ：スイッチＣａ、　Ｃｂ、　Ｃｃ、　Ｃｄ：　コンデンサＲａ、Ｒ
ｂ：抵抗器１６′：インピーダンス変換器特許出願人テクトロニクス・インコーポレイテッド代理人　弁理士
　森崎　俊明ｇ）開−５９−２４２６３（６）Ｌ　　　　　　　　　　　　　Ｏ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）入力端子及び出力端子間に接続した第１スイツチ
と、上記入力端子及び上記出力端子及び共通端に接続し
た抵抗器及びコンデンサから成る分圧回路網と、上記共
通端及びアース間に接続した第２スイツチとを有する減
衰器を具え、上記第１及び第２スイツチは夫々逆のスイ
ッチ動作を行う信号入力回路。
（２）上記減衰器の後段に、更に、交流及び直流出力電
流路を有するインピーダンス変換器を具えた特許請求の
範囲第１項記載の信号入力回路。
（３）上記インピーダンス変換器は、２信号を出力する
カスコード接続の出力増幅段を有する特許請求の範囲第
２項一記載の信号入力回路。