JPS6098370A - 波形観測用増幅器 - Google Patents

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】 この発明は「特願昭５１−１３６３５６号（謁開昭５３
−６１３７７号公報により公開済）」により提業した波
形観測用増幅器の改良に関するものである２゜く技術分
野〉 この発明はスイッチング波形、増幅器のステップレスポ
ンス等の整定時間の測定の様に周期的に没化している波
形の一部を拡大して観測する装置に関するものである。

〈従来技術の説明〉 従来の波形観測用増幅器は第１図に示すように（可成さ
れる。第１図において１０１ｉｌ′ｌｌ被ｆ１３Ｉ！ｄ
川信弓源を示ｔ−ｏこの被観測信号源１０１から出力さ
ｆｒる被観測信号１０２は差動増幅器１０３の一方の入
力端子つまシこの例では非反転入力端子（Ｃ供給される
。差動増幅器１０３の反転入力端−ｒ−１・こｔ」、ｌ
ヒ較′眠圧発生ム１０４から比較電圧１０５を供給１−
１被頽測信号１０２から比較電圧１０５ンン繊ｆ７し４
Ｊｉ、大して観測したい部分だけを増幅し、七の増幅（
１１１力をオシロスコープ１０７に供給する。オンロス
コープ１０７には被観測信号源１０１から同期信号１０
８が供給され、この同期信号１０８によって同期がとら
れて差動増幅器１０３の増幅出力信号１０６を波形とし
て映出する。

こ＼で被観測信号１０２の拡大して観測する部分がオン
ロスコープ１０７の管面のはソ中火に映出されるように
比較電圧源１０４の比較電圧１０５を調整するものであ
るが、例えは数ボルトの電圧値を１００マイクロボルト
程度の楯度で調整することは非常に労力を必要とする。

また被観測信号の振幅が差動増幅器１０３の能動素子の
直線狽域に入る程度に小さい場合は問題ないが、被観測
信号１０２の振幅が大きくなると差動増幅器１０３にお
いてペアを構成する能動素子の一方の能動素子だけがオ
ン、オフ動作するようになる。このように差動増幅器を
構成する能動素子の一方たけかオン、オフ動作すると能
動素子を流れる電流１ヒが不平衡状態となシ、この結果
熱的な平衡状態が変化し、温度変化によりペアを構成す
る能動素子の電流が益々不平衡状態に変化する。この電
流の変化を一般に熱応答と呼んでいる。この熱応答か被
観測信号１０２の波形に重畳するため熱応答と被観υ１
り信号１０２の識別か困難となり、この点で観測波形の
振幅に限界を持つ欠点がある。

この欠点を解消するために不出願人’４１ｔｉゴー特開
１１８５３　６１３７７号公報」で公開したように第２
し１に示すよりな波形観測用増幅器を提案した。

第２図において、第１図と対応する部分には同一符号を
付して説明するが、この先に提案した発明では被観測信
号を断続するスイッチ２０１と、このスイッチ２０１と
同時にオン、オフ動作するスイッチ２０２と、これらス
イッチ２Ｕ］、、２（Ｊ２の動作と逆の関係でオン、オ
フ動作するスイッチ２０３と、帰還用増幅器２０４と、
ローパスフィルタ２０５と、同期信号１０８の前縁を一
定時間遅延させる遅延回路２０６と、スイッチ駆動回ｔ
＋！ｉ′＋２０７とを付加するものである。

この構成においで遅延回路２０６はｉ］斐遅処回路とさ
れ、同期信号１０８を被観測信号１０２の拡大して見た
い部分まで遅延させる。この遅延された同期信号により
スイッチ２０１，２０２，２０３をオン、オフ制御する
。つまりスイッチ２０１．２０２ｉＪ、観測しようとす
る部分においてオンに制御され、またスイッチ２０３は
非−側部分でオンに制御される。スイッチ２０２がオン
の状態に制御されることによシ差動増幅器１０３の両方
の入力端子の電圧が等しくなるように帰還ループが動作
し、ローパスフィルタ２０５には入力信号の観υ（１］
シようとする部分の平均電圧か１積される６゜スイッチ
２０１．２０２かオフになるのと入れ渇；りにスイッチ
２０３かオンとなシ、差動増幅器１０３の両方の入力端
子にローパスフィルタ２０５に蓄積した電圧を印加する
。

第３図に各部の動作状態を示す波形図を示す。

第３図Ａは被観測波形、Ｂは同期信号］、　０８の波形
、Ｃ及びＤはスイッチ２０１と２０３の動作を表わす波
形、Ｅはスイッチ２０２の動作を表わす波形、Ｆは差動
増幅器１０３の非反転入力端子の入力波形、Ｇは差動増
幅器１０３の反転入力端子の入力波形、■は差動増幅器
１０３の出ノ月及形を示１゜ こ＼では被観測信号１０２の尖頭値部分を拡大して見よ
うとしている場合を示す。つ−まり拡大して見ようとす
る部分においてスイッチ２０１と２０２をオンに制御す
る。スイッチ２０１，２０２がオンになる毎に第３図Ｇ
に示すように差動増幅器１０３の反転入力端子の入力成
形は？１Ｏ１次被覗測イａ号１０２の尖頭値の電圧Ｖｍ
に限りなく近すく、。

差動増幅器１０３の反転入力端子の市川が破蜆＋ｌ１ｌ
ｌ伯号１０２の拡大して見ようとしている部分の電圧に
限りなく近ずくと、スイッチ２０１がオンになった状態
において信号源１０１から供給さＩする被観測信号１０
２とローパスフィルタ２０５に蓄積された電圧の差の電
圧成分だけが増幅されて出力される。

よってローパスフィルり２０５の′小、圧がＭ　１１況
１ＩｌｌＩ信号１０２の拡大して見ようとする部分の市
＋＋−の平均値に限シなく近ずくと差動増幅器１０３の
出力側には第３図Ｈの時点Ｔ１以後に示ずＪ：う’ｒ４
４弓波形３０１が出力され、この信号波形３０１がオン
ロスコープ１０７に供給され被観ｄ１］信号１０２の尖
頭Ｉｌｉ部分を拡大して見ることができる。

このように先に提案した波形観測用増幅器は帰還用増幅
器２０４とローパスフィルタ２０５をスイッチ２０２に
よって観測しようとする期間だけ帰還ループを構成し、
ローパスフィルタ２０５にその観測しようとする部分の
平均値を蓄積することにより、被観測（ｉ号１０２から
減算すべき比較電圧を自動的に得ることができる。よっ
て安定性が高い比較電圧発生器を特に設けなくて済む利
点が得られ、また適正な比較電圧に調整する必装もない
から操作も簡単に行なえる５１Ｊ点が得られる。

〈第２図に示した波形観測用増幅・器の欠点〉ところで
第２図に示しだ成形観測用増幅器では非悦測期曲はスイ
ッチ２０３をオンにし差動増１１ｔ′６器１０３の両方
の入力端子に拡大しようとする部分の信号の電圧と等し
い電圧を印加するようにしている。

差動増幅器１０３が理想的なものであるならばその入力
端子間にオフセット電圧を持たない。然し乍ら現実には
そのような差動１１〜幅器は牛ｆ別な１＋す外を除いて
は存在するものでなく、一般的にはわずかなオフセット
′１−７圧を持つことの方か多い。、」フセノト電圧に
よる影響はスイッチ２０１　、２０２がオフになり、代
わってスイッチ２０３がオンになる時点で発生する。第
３図Ｈの時点Ｔ２に示ず段差３０２がオフセノ）％１圧
Ｖｏｐｐによる影響を表わす。この段差３０２の電圧Ｖ
ｏは差動増１陽器１０３の利得をＧとした場合Ｖｏ＝Ｇ
ＸＶｏｐｐとして表わ１゛ことができる。

ところで観測しようとする波形の拡大率を大きく採るに
は差動増幅器１０３の利（ＩＧを大きく採らなければ々
らない。差動増幅器１０３の利イロＧを大きく採ると、
初段のオフセット’を圧ＶｏｐｐかＪｑｊＩ幅され、後
段側ではこのオフセット市圧ｖＯＦＦ成分により能動素
子が飽和状態寸で励振さ′ｌｌて（まうおそれがある。

能動素子が飽和状態まで励１辰されると、先には説明し
たように差動増幅器１０：３の各段のペアを構成する能
動素子の一方かオン、オフ動作し、能動素子を流れる電
流が不平衡となり、これにより電流が不平衡となって熱
応答が発生する欠点がある。従って第２図に示す構成に
よれば、拡大率に限界が存在し、制限が付される欠点が
ある。

〈発明の目的〉 この発明では差動増幅器に、オフセット電圧が存在して
も、拡大率に制限が付けれることがなく、充分大きく拡
大して波形の一部を観測することかできる波形観測用増
幅器を提供しようとするものである。

〈発明の概要〉 この発明では非観測状態において差動増幅器の非反転入
力端子に被観測信号の拡大しようとする部分の′［Ｌ圧
に相当する電圧を匈えるように構成し、これにより非＋
ｔ３ｉ　Ｉｕ＋＋時に差動増幅器１０３の双方の入力端
子を短絡しないで出力の状態を維持させるように構成し
たものである。

従ってこの発明によれば、非観測時に差動増幅器１０３
０入力端子間を短絡しないから差動増幅器１０３の入力
段に発生しているオフセット１１１、圧が短絡されるこ
とがない。よってオフセソ＋−％圧による電圧の変化が
発生することがなく、出力電圧を一定値に維持すること
ができるから差動増幅器１０３の利得を充分大きく採っ
てもオフセット電圧により差動増幅器１０３の後段側で
熱応召を発生することを防止できる。

〈発明の実施例〉 第４図にこの発明の一実施例を示す。図中第１図及び第
２図と対応する部分には同一符号を付し、その重複説明
は省略するが、この発明においては帰還増幅器２０４と
、第２スイツチ２０２、ローパスフィルタ２０５とによ
って構成される第１帰還回路４０１に加えて、第２帰還
回路４０２を設け、この第２帰還回路４０２を介して非
観測ｊυｌ１ｉｌに第３スイツチ２０３により差動増幅
器１０３の非反転入力端子に出力信号を負帰還するよう
にｔｉ４成したものである。

第２帰還回路４０２は帰還増幅器４０３と、この帰還増
幅器４０３の出力側に接続したロー・Ｚスフィルタ４０
４とにより構成することができる。

こＸで第１帰還回路４０１と第２帰還回路４０２との違
いは帰還増幅器２０４と４０３の入力端子の接続にある
。つまり第１帰還回路４０１の帰還増幅器２０４は非反
転入力端子に差動増幅器の出力を与え、反転入力端子を
共通電位点に接続した構造であるのに対し、第２帰還回
路４０２の帰還増幅器４０３は反転入力端子に差動増幅
器１０３の出力を与え、非反転入力端子を共通電位点に
接続する。

このように第１帰還回路４０１と第２帰還回路４０２の
増幅器２０４と４０３の極性を互に逆の関係に選定する
ことにより、ローパスフィルタ４０４の出力側にはオフ
セット電圧成分を含まない電圧を得ることができる。

つまｐ差動増幅器１０３の非反転入力端子に力えられる
被観測信号１０２の観測しようとする部分の′１↑も圧
鞘Ａ１第１帰還回路４０１を介して差動増幅器１０３の
反転入力端子に帰還される電圧をＢ１第２帰還回路４０
２を介して差動増幅器１０３の非反転入力端子に帰還さ
れる電圧をＣと、差動増幅器１０３の初段に発生するオ
フセット電圧をＶＯＦＦとしたとき、 Ｂ””　Ａ　−ＶＯＦＦ　（１，Ｉ Ｃ＝＝　Ｂ−ＶＯＦＦ　！２１ が成立する。

（１１、（２１式よ、りＣ＝Ａが得られる。つまり第２
帰還回路４０２から差動増幅器１０３の非反転入力端子
に帰還される電圧ＣＫ（ｌ−ｉオフセット電圧ＶＯ＋・
１．・成分を含ま々いこととなる。

〈発明の効果〉 従って非観測時にスイッチ２０１，２０２かオフとなり
、代ってスイッチ２０３かオンとなると、差動増幅器１
０３の非反転入力端子には電圧Ｃ１つ捷り観測時と同じ
電圧Ａが与えられ、反転入力端子にはローパスフィルタ
２０５に蓄えられた′１１Ｌ圧１３が与えられる。この
電圧ＢはＢ＝Ａ−ＶＯＩＮ＋７であるから差動増幅器１
０３の入力車圧の床ｆＩ　ｉ、１観測時の安定化した状
態と、非観測時との間では全く同一条件となる。

このためスイッチ２０１，２０２がオフとなりスイッチ
２０３がオンの状態に替わった場合に差動増幅器１０３
の出力の電位は全く変化しないこととなる。つまシ第３
図Ｈに示す波形３０１の後縁に段差３０２が発生しない
こととなる。

従ってこの発明によれば拡大観測状態から非観測状態に
切替る際に差動増幅器１０３が持つオフセット電圧を差
動増幅器１０３自体が増幅して出力することがないから
差動増幅器１０３の利得を充分大きく採ってもオフセッ
ト電圧を増幅した出力を発生しないから差動増幅器１０
３の後段側で能動素子がスイッチング動作する程度まで
励１ｈされることがない。よって差動増幅器１０３の利
得を充分大きく採って波形の一部を充分大きく拡大して
観測することができる。

また差動増幅器１０３のオフセラ）Ｘ圧ｖｏ　Ｆｌ、’
が温度変動等によりドリフトしてもＢ　−Ａ　’　ＶＯ
ＦＦとなるように閉ループを構成し、差動増幅器１０３
の出力が常に共通電位と々るように動作するからオフセ
ット電圧ＶＯＦＦのド・リフトが出力電圧を変動させる
ことはなく、安定な拡大観測を行なうことができる。

第５図はこの発明の他の実施例を示す。この実施例では
第１スイツチ２０１と、第３スイツチ２０３をそれぞれ
２個ずつ用い、これら２個のスイッチにより被観測信号
１０２が大振幅である場合に、差動増幅器１０３の入力
端子に直接飛込む被観測信号を減じようとした場合を示
す。つまり第１スイツチ及び第３スイツチとしてＣ１＼
Ｉ（ＪＳ形の半導体スイッチ素子を用いたとした場合、
彼奴１ｕ１ｒ信号１０２の立上り及び立下り時に第１ス
イツチ２０１の入出力間の容量を通じてスパイクノイズ
が差動増幅器１０３の入力に漏れ飽和入力となる欠点が
ある。第５図の実施例はこの被観測信号１０２の漏洩を
大巾に低減し得る構造とした例を丞ずものである。

まだこの実施例では第１及び第２帰還回路４０１と４０
２の帰還増幅器２０４と４０３の共通′１１Ｌ位点に接
続すべき入力端子側に司変電圧諒５０１を設け、この可
変電圧源５０１の電圧を調整することにより平衡時にお
ける信号３０１の中心電圧を任意値に設定できる構造と
した場合を示す。

以上説明したようにこの発明によれは、観測時と非他、
測時との間で差動増幅器１０３の入力の条件を揃えるよ
うにしたから、差典１増幅器１０３がオフセット電圧を
持っていたとしても、そのオフセット電圧を差動増幅器
１０３が増幅することはない。よって差動増幅器１０３
の利得を大きく採ってもオフセット電圧による悪影響を
除去でき、被観測信号の微少部分を充分に拡大してオシ
ロスコープに映出できる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は従来の波形観測用増幅器を説明する
だめのブロック図、第３図は第２図に示した波形観測用
増幅器の動作を説明するための波形図、第４図はこの発
明の一実施例を示すブロック図、第５図はこの発明の他
の実施例を示すブロック図である。 １０１：被観測信号の信号源、１０２　：被観測信号、
１０３：差動増幅器、１０７：オフロスコープ、１０８
二同期信号、２０１：第１スイツチ、２０２　：第２ス
イツチ、２　（＋　３　：第；３スイツチ、２０４，４
０３：帰還増幅器、２０５．４０４：ローパスフィルタ
、２０７：スイソチ制御手段、４０１：第１帰還回路、
４０２：第２帰還回路。 特許出願人　タケダ理研工業株式会社 日本電信電話公社 代理人　草野　卓 平糸ｙｊネ市］三預：（自発） 特許庁長官　殿 １．１１件の表示　特願昭５８　２　（１（ｉ　Ｇ　５
５２、発明の名称　波形観測用増幅８：（３，７ｌ正を
する者 事＋’ｌとの関係　特許出願人 住所　東京都千代田区内“ン町１１’　ｒｌ　１番６号
名称　１本電信電話公社 代表有　真藤　恒 ４、代理人　東京都新宿ドＮｌ【宿４１川１２番２１号
５、補正の対象　発明の詳細な説明の憫６、補正の内容

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （ｌＩＡ、被観測信号に同期した同期信号より任意時用
   ］前縁が遅れたパルスを発生する遅延回路と、１３、第
   １スイツチを介して一方の入力端子に被観測信号が与え
   られる差動増幅器と、 Ｃ１この差動増幅器の出力を増幅し第２スイツチとロー
   パスフィルタを介して上記差動増幅器の一方の入力端子
   に負帰還させる第１帰還回路と、 Ｄ、上記差動増幅器の出力を増幅し、第３スイツチとロ
   ーパスフィルタを介して上記差動増幅器の他方の入力端
   子に帰還する第２帰還回路と、 Ｅ、上記第１．第２スイツチを観測時に剖ン、非観測時
   にオフに制御し、上記第３スイツチを観測時にオフ、非
   観測時にオンとなるように制御するスイッチ制御手段と
   、 から成る波形観測用増幅器。