JP2609232B2

JP2609232B2 - フローテイング駆動回路

Info

Publication number: JP2609232B2
Application number: JP61208668A
Authority: JP
Inventors: 光一柳川; 利幸矢木
Original assignee: 日本ヒューレット・パッカード株式会社
Priority date: 1986-09-04
Filing date: 1986-09-04
Publication date: 1997-05-14
Anticipated expiration: 2012-05-14
Also published as: JPS6363976A; US4795962A

Description

【発明の詳細な説明】＜発明の技術分野＞本発明は信号を伝送するケーブルの共通モード伝送量
を広い周波数帯域にわたり低減する安価なフローテイン
グ駆動回路に関する。

本発明のフローテイング駆動回路は、これに限定する
ものではないが、インピーダンス測定などにおける測定
ケーブルによる被測定素子の駆動に用いて好結果をもた
らすものである。

＜発明の従来技術とその問題点＞被測定電器素子をケーブルで測定器に接続し、その素
子の電気的パラメータ（インピーダンス、伝送量、増幅
度、その他）を測定するシステムは多数存在する。これ
らのシステムにおいて、高精度の測定をおこなうために
は、多数のケーブル間の相互干渉を除くことが極めて重
要である。

たとえば、四端子対測定において、被測定素子を電流
駆動し、その素子に発生する電圧からインピーダンスを
求めるとき、つぎのような問題がある。

素子を電流駆動するケーブルと電圧測定を行うための
ケーブルが、相互誘導によつて結合されるときは、その
誘導の大きさに駆動電流を乗じただけの電圧が電圧測定
ケーブルに誘起されて、測定誤差が発生する。

そのため、被測定素子に接続されるケーブルを全て同
軸構造とし、その芯線と外部導体に流れる電流を、互い
に逆向きで同じ大きさとする工夫がなされた。このよう
にすれば、ケーブルから外部に放射される磁界はなくな
るから、従つてケーブル間の相互干渉も生じない。

このような目的を実現するための駆動回路をフローテ
イング駆動回路と呼び、インピーダンス測定器で用いら
れた従来例を第５図と第６図に示す。

第５図の第１の従来例の駆動回路では、信号源５、17
からの信号電流は抵抗80、83を介して変圧器81、82の一
次巻線にそれぞれ印加される。変圧器81、82の二次巻線
に発生した電流は同軸ケーブル10、12の芯線に入力さ
れ、その外部導体より帰還する。従つてケーブルの外部
磁界は発生しない。

同軸ケーブル10、12の変圧器81、82から遠い方の端末
では、両ケーブルの外部導体が短絡され、芯線間には被
測定素子11が接続される。測定素子11の両端子とケーブ
ルの外部導体間の電圧を測定するための、同軸ケーブル
は、本発明の説明に影響を与えないので省略してある。

第６図の第２の従来例においては、信号源５、17の信
号電圧は高入力インピーダンス増幅器８、16及びそれら
の出力抵抗９、14を介して同軸ケーブル10、12の芯線に
導入される。一方、同軸ケーブル10の外部導体と増幅器
８の電源ラインは、磁気コアに同一方向に巻回され接地
に対する共通モード・チヨーク90を形成するようにされ
る。増幅器８から接地に流れる電流はないから、同軸ケ
ーブル10の共通モードは全てチヨーク90により阻止され
る。従つて、同軸ケーブル10の芯線と外部導体に流れる
電流は互いに逆向きで大きさが等しく、ケーブル外の磁
界は発生しない。

前記いずれの従来例においても、ケーブルに生ずる共
通モード抑圧に変圧器を使用するため、二つの問題があ
つた。

１つは、変圧器の構造上および構成材料の制約から、
使用可能な帯域幅が3.5デイケード程度に制限されると
いう性能上の問題である。

もう１つの問題は、変圧器の製造方法および構成部品
による高価格ということである。

＜発明の目的＞従つて本発明の目的は変圧器を使用しないで広い周波
数帯域で使用可能な低価格フローテイング駆動回路を提
供することである。

＜発明の概要＞本発明の１実施例によれば、同軸ケーブルの芯線は、
信号を増幅する高入力インピーダンス増幅器により直接
あるいは出力抵抗を介して付勢される。この同軸ケーブ
ルの外部導体は前記高入力インピーダンス増幅器の電源
入力端子に蓄電器を介して接続される。さらに接地電源
に接続される増幅器の電源入力端子は全て所望の共通モ
ード抑圧を行なう適当な抵抗を介してそれら接地電源に
接続される。

前記蓄電器の容量値と前記抵抗の抵抗値を選択しイン
ピーダンス測定器の実用的精度を得るようにしたとき、
動作可能な周波数帯域幅は６デイケードになる。変成器
を使用した従来例での3.5デイケードに較べ広い帯域幅
が得られる。

さらに、使用する素子は低精度の抵抗と蓄電器である
から低価格である。

＜発明の実施例＞第１図は本発明の１実施例のフローテイング駆動回路
の回路図で、第２図はその動作を説明するための等価回
路図である。

第１図は、被測定素子11を対称中心として、左右対称
に構成されたインピーダンス測定器の電流駆動部を示し
ている。各部の動作は左右対称であるから、左側につい
てのみ説明する。

高入力インピーダンス増幅器８の入力端子には信号源
５が接続される。増幅器８の２つの電源入力端子は抵抗
３、４を介して接地直流電源１、２にそれぞれ接続され
付勢される。

同軸ケーブル10の芯線は出力抵抗９を介して増幅器８
の出力端子に接続される。同軸ケーブル10の外部導体は
蓄電器６、７を介して増幅器８の２つの電源入力端子の
それぞれに接続される。

従つて、第１図の回路の等価回路は第２図に示すもの
となる。

第２図において、信号源5A、17Aは第１図における信
号源５、17の信号を増幅した電圧源である。抵抗30は抵
抗９と増幅器８の出力部の寄生抵抗の和であり、抵抗31
は抵抗３、４の並列接続である。

蓄電器32は蓄電器６、７の並列接続である。

同様に抵抗33は抵抗14と増幅器16の出力部の寄生抵抗
の和であり、抵抗35は抵抗18、19の並列接続である。蓄
電器34は蓄電器13、15の並列接続である。

動作の説明を理解しやすくするため、下記のような素
子値の設定を行う。

（１）電圧源5A、17Aの電圧をそれぞれ1V、0Vとす
る。

（２）被測定素子11のインピーダンスを０Ωとする。

（３）抵抗30、33の抵抗値は等しく、ともにR₁/2とす
る。

（４）抵抗31、35の抵抗値は等しく、ともにR₂/2とす
る。

（５）蓄電器32、34の容量値は等しく、ともに2Cとす
る。

（６）同軸ケーブル10、12の芯線あるいは外部導体の
インピーダンスは無視する。

抵抗31、35に流れる電流は芯線に流れる電流のＫ＝1/
（１＋ＪωCR₂）倍である。但し、ここでJ²＝−１、
ω：動作角周波数である。従つてωCR₂を十分大きく選
べば、抵抗31、35に流れる電流は十分小さくなり、同軸
ケーブル10、12の芯線に流れる電流と外部導体に流れる
電流は互いに逆向きで同じ大きさとなる。

本発明の１実施例ではR₂＝25Ω、Ｃ＝100μＦ、ω＝
２×10³π〜２×10⁸πであり、|K|＝0.64×10^-1〜0.64
×10^-6となり十分効果がある。

第３図は、本発明の第２の実施例を示す。

第１図と同じ機能を実現するための同じ性能を要求さ
れる素子には第３図においても同じ番号を付してある。
第１図の増幅器８の代りに第３図では高入力インピーダ
ンス差動増幅器40が用いられる。増幅器40の非反転入力
端子には信号源５が接続され、反転入力端子と接地間、
反転入力端子と出力端子間にはそれぞれ抵抗41、42が接
続される。

発明の趣旨から明らかなように、抵抗41の抵抗値は抵
抗３、４の抵抗値と同程度以上に選ばれる。

第４図は本発明の第３の実施例である。第４図におい
ても、第１図と同じ機能を有し、同じ性能を要求される
素子には同じ番号が付してある。

第４図においては、第１図における増幅器８が増幅器
50で置きかえられているが、増幅器50は特に高入力イン
ピーダンスである必要はない。第４図では新たに抵抗5
1、ダイオード52、ダイオード53、抵抗54の直列回路を
この順で電源１、２間に接続し、緩衝増幅器（トランジ
スタ56、59、抵抗57、58から成る）のバイアス電流を供
給する。

抵抗51とダイオード52の接続点はNPNトランジスタ56
のベースに接続され、抵抗54とダイオード53の接続点は
PNPトランジスタ59のベースに接続される。ダイオード5
2、53の接続点は増幅器50の出力端子に接続され、トラ
ンジスタ56、59を駆動する。トランジスタ56のエミツタ
とトランジスタ59のエミツタ間には抵抗57、58の直列回
路が接続され、両抵抗の接続点は抵抗61を介して同軸ケ
ーブル10の芯線に接続される。

一方トランジスタ56のコレクタは抵抗55を介して電源
１に、蓄電器６を介して同軸ケーブル10の外部導体に接
続される。同様に、トランジスタ59のコレクタは、抵抗
60を介して電源２に、蓄電器７を介して同軸ケーブル10
の外部導体に接続される。

トランジスタ56、59のベース入力端子のインピーダン
スは抵抗55、60に較べ同程度以上の高インピーダンスを
示すので、前記緩衝増幅器は高入力インピーダンス増幅
器と言える。

第４図においては、さらに抵抗62、蓄電器63、逆並列
ダイオード64、65の並列回路が同軸ケーブル10の外部導
体と接地間に挿入される。これらは同軸ケーブル10の外
部導体の直流電位固定と雑音除去をおこなうものであ
る。この並列回路のインピーダンスは十分高く（数10Ω
以上）なるように各素子が選ばれる。例えば抵抗62の抵
抗値は1KΩ、蓄電器63の容量値は0.1μＦである。

前述の実施例には、いろいろな変形がおこなえる。

たとえば、第１図において蓄電器６を省略しても本発
明の効果が得られる。また本発明の異る実施例を組み合
わせて用いて同じ効果を得ることもできる。

さらにまた、増幅器８の電源電圧が抵抗３、４の挿入
により低下するときは、増幅器８の電源入力端子と抵抗
３、４と蓄電器６、７の接続点間に安定化電源回路を挿
入して、電源１、２の電圧を高くする構成にしても同じ
効果が得られる。

＜発明の効果＞以上詳述した実施例から明らかなように、変圧器を用
いることなく、安価な抵抗と蓄電器によつてより広帯域
で安価なフローテイング駆動回路が実現される。特に駆
動回路の電源に減結合（デカツプリング）用抵抗と蓄電
器が必要な場合は、蓄電器の接地端子を同軸ケーブルの
外部導体につなぎかえるだけで本発明の効果も得ること
ができる。したがつて、本発明は実用に供して有益であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の回路図、第２図は第１
図の回路図の等価回路図、第３図は本発明の第２の実施
例の回路図、第４図は本発明の第３の実施例の回路図、
第５図は本発明の第１の従来例の回路図、第６図は本発
明の第２の従来例の回路図。１、２、20、21:直流電源、３、４、９、16、18、19、3
0、31、33、35、41、42、51、54、55、57、58、60、6
1、62、80、83:抵抗、５、5A、17、18A:信号源、６、
７、32、34、63:蓄電器、８、16、50:高入力インピーダ
ンス増幅器、40:高入力インピーダンス差動増幅器、1
0、12:同軸ケーブル、11:被測定素子、56:NPNトランジ
スタ、59:PNPトランジスタ、52、53、64、65:ダイオー
ド、81、82:変圧器、90、91:共通モード・チヨーク。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】信号源を接続するための入力端子と電源入
力端子と信号出力端子とを有する増幅器と、前記電源入力端子に直流電流を供給するための抵抗器手
段と、第１および第２の導体から成り、その第１の導体は前記
信号出力端子に接続され、その第２の導体は前記電源入
力端子に蓄電器手段を介して接続されたケーブル手段
と、を備えて成り、前記ケーブル手段の第１および第２導体
に流れる電流の大きさがほぼ同じで方向が逆になるよう
にしたことを特徴とするフローテイング駆動回路。
【請求項２】前記増幅器が差動増幅器であり、前記ケー
ブル手段の第１の導体が抵抗器手段を介して前記差動増
幅器の信号出力端子に接続されていることを特徴とする
特許請求の範囲第（１）項記載のフローテイング駆動回
路。
【請求項３】前記ケーブル手段の第２の導体が、抵抗器
手段と蓄電器手段とダイオード手段との並列回路を介し
て接地されていることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項または第（２）項記載のフローテイング駆動回
路。