JP2685748B2 - 回路定数測定器 - Google Patents
回路定数測定器Info
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Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は回路定数測定器に係り、特に被測定対象であ
るコンデンサの容量値や損失分を測定する回路に関す
る。そしてさらに詳細に言えば、コンデンサの損失分を
高精度で測定する回路に関する。 （従来の技術とその問題点） コンデンサ特性に対する要求品質の高度化に伴ない、
コンデンサ特性、特に損失分を高精度で測定できる測定
器の出現が望まれている。 従来、回路定数測定器としては、本出願人が以前に出
願した特開昭52年第63373号に述べられているものがあ
る。この測定器は、被測定コンデンサに流れる電流を電
圧に変換し、その出力を位相検波して損失分を求めるも
のである。しかしながら、一般に損失分は容量値に比べ
て非常に小さいので、これら損失分と容量値とを同一回
路（位相検波器）で測定する場合、位相検波器の角度誤
差によって損失分に対する精度を向上させることができ
ない。また位相検波器のダイナミツクレンジには限度が
あるので、容量値の変化範囲が大きいとき、高精度の測
定はできない。 従来、損失分を高精度で測定する測定器として、第４
図に示したものがある。この測定器はＣオフセツト回路
41を使用している。Ｃオフセツト回路41は、直列接続さ
れた可変分圧器42、移相用コンデンサ43、反転増幅器44
により構成される。被測定コンデンサ45（損失分Gx）は
入力信号源40（電圧Ｖ）と演算増幅器46の反転入力端子
との間に接続され、被測定コンデンサ45を流れた電流
（iCX＝ωCxV、iGX＝GxV）はレンジ抵抗器47で電圧に変
換され、その出力および電圧Ｖは選択的にベクトル電圧
比計49に印加される。ここでＣオフセツト回路41は、被
測定コンデンサ45の容量分Cxに流れる電流分を吸収（打
消）し、レンジ抵抗器47に損失分Gxに流れる電流分のみ
を流し、もって損失角を見掛け上拡大してベクトル電圧
比計49に伝え、損失分を高精度に測定せんとするもので
ある。なお、損失分Gxはベクトル電圧比計49中の位相検
波動作で得られ、Cxはベクトル電圧比計49中の位相検波
動作で得られた容量値と、Ｃオフセツト回路41中の可変
分圧器42の設定値とを加算することにより求められる。 しかしながら、この測定器においては、被測定コンデ
ンサ45の値がかなりの範囲で変化した場合（例えば1pF
〜2048pF）、これら全範囲にわたってiCXを吸収するこ
とは困難であり（特に容量値が大で、iCXが大の範
囲）、そのため吸収できないiCX分もレンジ抵抗器47に
流していた。そしてiCXの大きさに応じてレンジ抵抗器4
7の抵抗値を変化させていた。また、Ｃオフセツト回路4
1の分解能は、上記容量範囲（１〜2048pF）において０
〜1023pF,1pFステツプであり、容量値の大きさに応じて
同一の分解能によつてiCXを吸収することは困難であつ
た。何故ならばＣオフセツト回路41中の可変分圧器42は
後述するように変成器で構成されているため、1pF以上
のステツプを得るのは困難だからである。 したがつてこの測定器においては、全測定容量範囲に
わたつて同様に損失角を見掛け上拡大してベクトル電圧
比計に伝えるのは困難であり、高精度で損失分を測定す
ることができなかつた。 第５図は第４図に示したＣオフセツト回路41中の可変
分圧器42の回路図である。変成器51の二次側の巻数比を
1/2nに設定し、スイツチ52〜ｎの接続位置（プログラム
値）により所望出力電圧V0を発生するものである。例え
ば1/2Vを発生するには、スイツチ53のみをａ側に接続
し、他のスイツチをｂ側に接続すればよい。 しかしながら、この可変分圧器42においては、（１）
プログラム値（スイツチの設定位置）により、変成器51
の入力側から見た特性が変化するため、リニアリテイ
（プログラム値と分圧比のリニアリテイ）が悪く、その
ため補正インピーダンス57を使用している。そのため回
路構成が複雑となる。（２）分解能（1/2n）をあまり高
くできない、等の欠点があつた。 （発明の目的） 本発明は上記欠点を除去するためになされたもので、
高精度で被測定コンデンサの損失分を測定できると共
に、構成が簡単な回路定数測定器を提供することであ
る。 さらに詳細に言えば、被測定コンデンサの容量値が広
範囲に変化しても、該コンデンサに流れた電流を規格化
すると共に、その全範囲にわたつて同じ分解能によつて
該規格化された電流を吸収し、損失分による損失角を見
掛け上拡大してベクトル電圧比計に供給し、高精度で損
失分を測定できる回路定数測定器を提供することであ
る。 （発明の概要） 本発明においては、被測定コンデンサに流れた電流は
２進プログラマブル変流器または電流掛算器に与えら
れ、ベクトル電圧比計にとつて適切な電流になるように
規格化される。そして、前記プログラマブル変流器と電
流掛算器とは同一構成であり、被測定コンデンサの容量
値に応じてプログラマブル変流器または電流掛算器とな
るように切換設定される。さらにＣオフセツト回路中に
前記プログラマブル変流器と同一構成のプログラマブル
変流器が使用される。そして前記規格化された電流をほ
ぼ吸収するような値に切換設定される。 さらにプログラマブル変流器または電流掛算器と被測
定コンデンサとの間に、変成器と増幅器とより成る帰還
回路が接続され、被測定コンデンサの他方の端子の電圧
が仮想接地電位になるように制御される。 （発明の実施例） まず本発明に使用されるプログラマブル変流器につい
て説明する。第２図はプログラマブル変流器20のブロツ
ク図である。第２図において、21〜24はその巻線の一端
が共通に接続された変成器で、各巻線21a,21b・・・の
比は1:1であり、その極性は図に（・）印がつけてある
ように互いに逆極性になつている。そして各巻線21b,22
b・・・の他端は切換スイツチ21d,22d・・・の可動片に
それぞれ接続されている。また、直列接続された巻線21
a,22a・・・は電流源26と接地点との間に接続されてい
る。なお、前記の各切換スイツチ21d,22d・・・の固定
接点のうち一方は直接接地点に接続され、そして他方は
電流計25を経て接地点に接続されている。なお、上記の
切換スイツチの可動片は図示しないプログラム制御回路
によりそれぞれ駆動される。 上記の構成より成る２進プログラマブル変流器20にお
いて、いま、電流源26が送り出される電流値をIiとすれ
ば、初段における変成器21の両巻線21a,22bにはそれぞ
れ（Ii/2）の電流が流れる。そして次段の変成器22の各
巻線22a,22bには（Ii/4）の電流が流れる。その結果、
ｎ個の変成器が縦続接続された場合、これはｎビツトの
組み合わせが得られるから、各切換スイツチ21d,22d・
・・の組み合わせにより、出力電流計25には分電流 （biは１または０で、ａ接点に接続されたとき１、ｂ接
点に継続されたとき０）が得られる。なお、各変成器巻
線の他端に接続したコンデンサ21c,22c・・・は、入力
信号源周波数に関し、この変成器における励磁リアクタ
ンスと並列共振させることにより、この変成器に流れる
励磁電流を補償し、各巻線21a,22a・・・と21b,22b・・
・・とに等しい電流が流れるようにし、精度の向上を図
つたものである。 第３図は上記のプログラマブル変流器20を演算増幅器
31の帰還回路に挿入し、そして電流掛算器30としたもの
である。 第２図のプログラマブル変流器20の入力端Ａは演算増
幅器31の出力端に、該変流器20の出力端Ｂは演算増幅器
31の入力端に接続される。演算増幅器を使用するのは、
正確な電流掛算器を構成するためである。この場合、変
流器20の全分流率を（1/N）とすれば、出力電流Ioと電
流源21の入力電流Iiとの比（Io/Ii）はＮ（すなわちIo
＝Ｎ・Ii）となり電流掛算器を構成する。 第１図は本発明による回路定数測定器のブロック図で
あり、第２図と同一部分には同一符号が付してある。被
測定コンデンサの一方の端子は測定ケーブル61を介して
信号源１に、また測定ケーブル62を介してＣオフセツト
回路12に接続される。第２図に示したプログラマブル変
流器が、被測定コンデンサ２に流れた電流を規格化する
ために、またＣオフセツト回路12用に使用される。プロ
グラマブル変流器20a（レンジ変流器）は被測定コンデ
ンサ２と演算増幅器７との間にスイツチ5,6を介して接
続される。ここで、第２図および第３図の説明より明ら
かなように、スイツチ5,6がａ側に接続されると分流器
になり、ｂ側に接続されると電流掛算器30になる。Ｃオ
フセツト回路12は測定ケーブル62に接続された移相用コ
ンデンサ9,極性反転用変成器10,プログラマブル変流器2
0b（Ｃオフセツト用変流器）で構成され、Ｃオフセツト
用変流器20bの出力はスイツチ5,6および抵抗器８に接続
されている。49はベクトル電圧比計であり、測定ケーブ
ル62の出力Ｐ点の電圧と演算増幅器７の出力電圧とのベ
クトル電圧比を求める。 被測定コンデンサ２の他方の端子は測定ケーブル63、
変成器３の一次巻線を介してスイツチ5,6に接続され、
更に測定ケーブル64を介して増幅器４の反転入力端子に
接続される。増幅器４の出力端子は変成器３の二次巻線
を介して基準電位点に接続される。この帰還回路は被測
定コンデンサ２の他方の端子電圧が仮想接地電位になる
ように制御し、iCX＝ωCxVi,iGX＝GxViとなるように
し、これと等しい電流をプログラマブル変流器20aに流
すためのものである。なお、測定ケーブルの外部導体は
ガード等に接続され、周知のように内部導体と外部導体
とに同一電流が流れるようにされる。 本発明の回路は以下のように動作する。本発明の動作
をよりよく理解するために具体的数値例を使用して説明
する。入力信号源周波数ｆ＝1MHz被測定コンデンサ２の
容量値Cx＝１〜2048pF（３デケードの変化）、レンジ用
およびＣオフセツト用変流器20a,20bのビツト数ｎ＝６
とする。そして、レンジ用変流器20aは上記Cxの範囲に
おいて11レンジで切換接続されるものとする。第１レン
ジはCx＝１〜2pF、第２レンジはCx＝２〜4pF、第４レン
ジはCx＝８〜16pF、第５レンジはCx＝16〜32pF・・・第
11レンジはCx＝1024〜2048pFである。 Cx＝１〜16pFのときの測定（４レンジ） スイツチ5,6は接点ｂに接続、レンジ用変流器20aは電
流掛算器として使用される。また４ビツトが使用され、
倍数はCxの大きさに応じて２〜16に切換設定される（１
〜2pFのとき16、８〜16pFのとき２）。したがつて、レ
ンジ変流器20aの出力電流は、４レンジにわたり、16〜3
2pFに対応する電流に規格化される。一方Ｃオフセツト
用変流器20bは６ビツトが使用され、前述16〜32pFに対
応する電流を全レンジにわたり、1/64の分解能でほぼ吸
収（打消す）するように切換設定される。なお、製造ラ
インでの検査時等ではCxの概略値は測定前にほぼ既知で
あるので、その値に対応するように変流器のスイツチが
切換設定される。 Cx＝32〜2048pFのときの測定（６レンジ） スイツチ5,6は接点ａに接続、レンジ用変流器20aは分
流器として使用される。また６ビツトが使用され、倍数
はCxの大きさに応じて1/2〜1/64に切換設定される（32
〜64pFのとき1/2、1024〜2048pFのとき1/64）。したが
つて、レンジ変流器20aの出力電流は６レンジにわた
り、16〜32pFに対応する電流に規格化され、そしてこの
規格値は前述した規格値と同一となる。よって全レンジ
にわたり同一の範囲に規格化される。一方Ｃオフセツト
用変流器20bは前述したと同様に動作し６レンジにわた
り同一分解能（1/64）でiCXをほぼ吸収する。 なお16〜32pFのレンジでは分流または掛算されず、被
測定コンデンサに流れた電流がそのまま使用される。 以上の説明のようにCxが１〜2048pFに変化しても、分
流器または電流掛算器が切換設定して用いられ、そして
これらの出力は一定範囲の容量値に規格化された後で損
失分が測定される。なおCxはベクトル電圧比計49の出力
とＣオフセツト用変流器の設定値とにより求まり、Gxは
ベクトル電圧比計49の出力とレンジ用変流器の設定値と
により求まる。また、損失係数Ｄは信号源周波数,Cx,Gx
より求まる。 なお、上記の説明は２進法によるプログラマブル変流
器および電流掛算器を示したが、これに双対な電圧版と
してプログラマブル分圧器およびプログラマブル電圧掛
算器に変更することは当業者にとって容易なことであ
る。 次に増幅器４および変成器３の動作について詳細に説
明する。本測定器を例えば製造ラインにおいて使用する
場合には、本測定器はかなり長い測定ケーブル（例えば
2m）61,62,63,64を用いて被測定コンデンサ２に接続さ
れる。したがつて、増幅器４、変成器３が用いられない
場合を考えると、特にレンジ用変流器20aを分流器とし
て使用する場合、被測定コンデンサ２の他方の端子68と
演算増幅器７の反転入力端子との間に測定ケーブル63と
レンジ用変流器20aとが直列に接続されることになる。
したがつて、レンジ用変流器20aの巻線抵抗，漏れイン
ダクタンスと，測定ケーブル63のインピーダンス（Ｚ）
とにより電圧降下が発生し（Ｚによる電圧降下の方が大
である）、点68の電圧は仮想接地電位とはならなくな
る。例えば、最悪条件の場合（被測定コンデンサ２の容
量値が最大の場合）、被測定コンデンサ２のインピーダ
ンスが60Ω程度、測定ケーブル63のインピーダンスが４
Ω程度となり、これらによる分電圧が点68に発生する。
点68に電圧が存在すると、測定ケーブル62の端子Ｐの電
圧が被測定コンデンサ２の両端子間電圧を表さず、また
点68と基準電位点間の漂遊容量に電流が流れて被測定コ
ンデンサ２に流れた全電流がレンジ用変流器20aに流れ
なくなる。したがつて、測定値に誤差が発生する。 測定ケーブル63,64、増幅器４、変成器３で閉ループ
が構成され、そして増幅器４の利得をA1とすると、端子
68から測定ケーブル63を見たインピーダンスはZ/A1とな
り、端子68の電圧はほぼ仮想接地電位になるように制御
される。A1を10程度にするだけでＺを見掛け上10分の１
にすることができる。 次に前述閉ループによる発振防止について説明する。
第6A図〜第6D図は前述した閉ループに関する周波数に対
する利得、位相特性を示した特性図である。第6A図は測
定ケーブル63,64の直列回路を含む経路の利得、位相特
性であり、（イ）は測定ケーブル63のインダクタと被測
定コンデンサ２の容量（測定周波数1MHzに最も近い共振
を与える容量値が最も大きい場合、例えば2048pF＋30％
≒2600pF）による直列共振を示し、（ロ）は測定ケーブ
ル63,64と漂遊容量による共振を示す。 第6B図は増幅器４の利得，位相特性であり、増幅器４
は1MHzの単共振周波数特性を有し、1MHzで利得＝20でそ
の上下で急速に利得が減少する特性を有する。第6C図は
第6A図，第6B図を合成した前述閉ループの一巡特性であ
る。第6C図より明らかなように第6A図の発振可能性を与
える特性（イ），（ロ）は消失し、発振は生起しなくな
る。なお、第6D図は増幅器４として、利得＝20db（1MH
z）,6db/octなる一般の増幅器を使用した場合の一巡特
性を示したものである。図より明らかなように領域
（ハ）（７〜30MHz）において発振可能性が存在する。 （発明の効果） 上記の構成より成る回路定数測定器は、（１）被測定
コンデンサの全容量変化範囲にわたつて、該コンデンサ
を流れた電流を所定値に規格化しているので、容量分に
基づく電流をほぼ吸収することができ、該変化範囲にわ
たつてほぼ同様に損失角を見掛け上拡大することができ
る。よつて損失分を高精度で測定することができる、
（２）従来のように演算増幅器の帰還回路における複数
個のレンジ抵抗器を有しない、（３）前記規格化された
電流に対してＣオフセツト回路は同じ分解能で電流を吸
収するので全容量範囲にわたり同じ分解能で損失角を見
掛け上拡大することができ、よつて損失分を高精度で測
定することができる、（４）被測定コンデンサの一方の
端子は仮想接地電位に維持されるので、測定誤差要因が
除去される、（５）望ましくない発振現象が除去され
る。 さらに、本発明に使用されるプログラマブル変流器
は、第１図および第２図より明らかなように、（１）リ
レーがａ接点,b接点のどちらに接続された場合でも、変
流器は仮想接地点または接地点に接続されるので、入力
側から見た特性に変化がなく、簡単な構成でも良いリニ
アリテイ（接続位置と出力との関係）が得られる、
（２）1:1の変圧器を使用するので、電流の分流比を非
常に正確にできる。 このような効果により本発明は、製造ラインでコンデ
ンサの検査用に使用して効果が極めて大である。
るコンデンサの容量値や損失分を測定する回路に関す
る。そしてさらに詳細に言えば、コンデンサの損失分を
高精度で測定する回路に関する。 （従来の技術とその問題点） コンデンサ特性に対する要求品質の高度化に伴ない、
コンデンサ特性、特に損失分を高精度で測定できる測定
器の出現が望まれている。 従来、回路定数測定器としては、本出願人が以前に出
願した特開昭52年第63373号に述べられているものがあ
る。この測定器は、被測定コンデンサに流れる電流を電
圧に変換し、その出力を位相検波して損失分を求めるも
のである。しかしながら、一般に損失分は容量値に比べ
て非常に小さいので、これら損失分と容量値とを同一回
路（位相検波器）で測定する場合、位相検波器の角度誤
差によって損失分に対する精度を向上させることができ
ない。また位相検波器のダイナミツクレンジには限度が
あるので、容量値の変化範囲が大きいとき、高精度の測
定はできない。 従来、損失分を高精度で測定する測定器として、第４
図に示したものがある。この測定器はＣオフセツト回路
41を使用している。Ｃオフセツト回路41は、直列接続さ
れた可変分圧器42、移相用コンデンサ43、反転増幅器44
により構成される。被測定コンデンサ45（損失分Gx）は
入力信号源40（電圧Ｖ）と演算増幅器46の反転入力端子
との間に接続され、被測定コンデンサ45を流れた電流
（iCX＝ωCxV、iGX＝GxV）はレンジ抵抗器47で電圧に変
換され、その出力および電圧Ｖは選択的にベクトル電圧
比計49に印加される。ここでＣオフセツト回路41は、被
測定コンデンサ45の容量分Cxに流れる電流分を吸収（打
消）し、レンジ抵抗器47に損失分Gxに流れる電流分のみ
を流し、もって損失角を見掛け上拡大してベクトル電圧
比計49に伝え、損失分を高精度に測定せんとするもので
ある。なお、損失分Gxはベクトル電圧比計49中の位相検
波動作で得られ、Cxはベクトル電圧比計49中の位相検波
動作で得られた容量値と、Ｃオフセツト回路41中の可変
分圧器42の設定値とを加算することにより求められる。 しかしながら、この測定器においては、被測定コンデ
ンサ45の値がかなりの範囲で変化した場合（例えば1pF
〜2048pF）、これら全範囲にわたってiCXを吸収するこ
とは困難であり（特に容量値が大で、iCXが大の範
囲）、そのため吸収できないiCX分もレンジ抵抗器47に
流していた。そしてiCXの大きさに応じてレンジ抵抗器4
7の抵抗値を変化させていた。また、Ｃオフセツト回路4
1の分解能は、上記容量範囲（１〜2048pF）において０
〜1023pF,1pFステツプであり、容量値の大きさに応じて
同一の分解能によつてiCXを吸収することは困難であつ
た。何故ならばＣオフセツト回路41中の可変分圧器42は
後述するように変成器で構成されているため、1pF以上
のステツプを得るのは困難だからである。 したがつてこの測定器においては、全測定容量範囲に
わたつて同様に損失角を見掛け上拡大してベクトル電圧
比計に伝えるのは困難であり、高精度で損失分を測定す
ることができなかつた。 第５図は第４図に示したＣオフセツト回路41中の可変
分圧器42の回路図である。変成器51の二次側の巻数比を
1/2nに設定し、スイツチ52〜ｎの接続位置（プログラム
値）により所望出力電圧V0を発生するものである。例え
ば1/2Vを発生するには、スイツチ53のみをａ側に接続
し、他のスイツチをｂ側に接続すればよい。 しかしながら、この可変分圧器42においては、（１）
プログラム値（スイツチの設定位置）により、変成器51
の入力側から見た特性が変化するため、リニアリテイ
（プログラム値と分圧比のリニアリテイ）が悪く、その
ため補正インピーダンス57を使用している。そのため回
路構成が複雑となる。（２）分解能（1/2n）をあまり高
くできない、等の欠点があつた。 （発明の目的） 本発明は上記欠点を除去するためになされたもので、
高精度で被測定コンデンサの損失分を測定できると共
に、構成が簡単な回路定数測定器を提供することであ
る。 さらに詳細に言えば、被測定コンデンサの容量値が広
範囲に変化しても、該コンデンサに流れた電流を規格化
すると共に、その全範囲にわたつて同じ分解能によつて
該規格化された電流を吸収し、損失分による損失角を見
掛け上拡大してベクトル電圧比計に供給し、高精度で損
失分を測定できる回路定数測定器を提供することであ
る。 （発明の概要） 本発明においては、被測定コンデンサに流れた電流は
２進プログラマブル変流器または電流掛算器に与えら
れ、ベクトル電圧比計にとつて適切な電流になるように
規格化される。そして、前記プログラマブル変流器と電
流掛算器とは同一構成であり、被測定コンデンサの容量
値に応じてプログラマブル変流器または電流掛算器とな
るように切換設定される。さらにＣオフセツト回路中に
前記プログラマブル変流器と同一構成のプログラマブル
変流器が使用される。そして前記規格化された電流をほ
ぼ吸収するような値に切換設定される。 さらにプログラマブル変流器または電流掛算器と被測
定コンデンサとの間に、変成器と増幅器とより成る帰還
回路が接続され、被測定コンデンサの他方の端子の電圧
が仮想接地電位になるように制御される。 （発明の実施例） まず本発明に使用されるプログラマブル変流器につい
て説明する。第２図はプログラマブル変流器20のブロツ
ク図である。第２図において、21〜24はその巻線の一端
が共通に接続された変成器で、各巻線21a,21b・・・の
比は1:1であり、その極性は図に（・）印がつけてある
ように互いに逆極性になつている。そして各巻線21b,22
b・・・の他端は切換スイツチ21d,22d・・・の可動片に
それぞれ接続されている。また、直列接続された巻線21
a,22a・・・は電流源26と接地点との間に接続されてい
る。なお、前記の各切換スイツチ21d,22d・・・の固定
接点のうち一方は直接接地点に接続され、そして他方は
電流計25を経て接地点に接続されている。なお、上記の
切換スイツチの可動片は図示しないプログラム制御回路
によりそれぞれ駆動される。 上記の構成より成る２進プログラマブル変流器20にお
いて、いま、電流源26が送り出される電流値をIiとすれ
ば、初段における変成器21の両巻線21a,22bにはそれぞ
れ（Ii/2）の電流が流れる。そして次段の変成器22の各
巻線22a,22bには（Ii/4）の電流が流れる。その結果、
ｎ個の変成器が縦続接続された場合、これはｎビツトの
組み合わせが得られるから、各切換スイツチ21d,22d・
・・の組み合わせにより、出力電流計25には分電流 （biは１または０で、ａ接点に接続されたとき１、ｂ接
点に継続されたとき０）が得られる。なお、各変成器巻
線の他端に接続したコンデンサ21c,22c・・・は、入力
信号源周波数に関し、この変成器における励磁リアクタ
ンスと並列共振させることにより、この変成器に流れる
励磁電流を補償し、各巻線21a,22a・・・と21b,22b・・
・・とに等しい電流が流れるようにし、精度の向上を図
つたものである。 第３図は上記のプログラマブル変流器20を演算増幅器
31の帰還回路に挿入し、そして電流掛算器30としたもの
である。 第２図のプログラマブル変流器20の入力端Ａは演算増
幅器31の出力端に、該変流器20の出力端Ｂは演算増幅器
31の入力端に接続される。演算増幅器を使用するのは、
正確な電流掛算器を構成するためである。この場合、変
流器20の全分流率を（1/N）とすれば、出力電流Ioと電
流源21の入力電流Iiとの比（Io/Ii）はＮ（すなわちIo
＝Ｎ・Ii）となり電流掛算器を構成する。 第１図は本発明による回路定数測定器のブロック図で
あり、第２図と同一部分には同一符号が付してある。被
測定コンデンサの一方の端子は測定ケーブル61を介して
信号源１に、また測定ケーブル62を介してＣオフセツト
回路12に接続される。第２図に示したプログラマブル変
流器が、被測定コンデンサ２に流れた電流を規格化する
ために、またＣオフセツト回路12用に使用される。プロ
グラマブル変流器20a（レンジ変流器）は被測定コンデ
ンサ２と演算増幅器７との間にスイツチ5,6を介して接
続される。ここで、第２図および第３図の説明より明ら
かなように、スイツチ5,6がａ側に接続されると分流器
になり、ｂ側に接続されると電流掛算器30になる。Ｃオ
フセツト回路12は測定ケーブル62に接続された移相用コ
ンデンサ9,極性反転用変成器10,プログラマブル変流器2
0b（Ｃオフセツト用変流器）で構成され、Ｃオフセツト
用変流器20bの出力はスイツチ5,6および抵抗器８に接続
されている。49はベクトル電圧比計であり、測定ケーブ
ル62の出力Ｐ点の電圧と演算増幅器７の出力電圧とのベ
クトル電圧比を求める。 被測定コンデンサ２の他方の端子は測定ケーブル63、
変成器３の一次巻線を介してスイツチ5,6に接続され、
更に測定ケーブル64を介して増幅器４の反転入力端子に
接続される。増幅器４の出力端子は変成器３の二次巻線
を介して基準電位点に接続される。この帰還回路は被測
定コンデンサ２の他方の端子電圧が仮想接地電位になる
ように制御し、iCX＝ωCxVi,iGX＝GxViとなるように
し、これと等しい電流をプログラマブル変流器20aに流
すためのものである。なお、測定ケーブルの外部導体は
ガード等に接続され、周知のように内部導体と外部導体
とに同一電流が流れるようにされる。 本発明の回路は以下のように動作する。本発明の動作
をよりよく理解するために具体的数値例を使用して説明
する。入力信号源周波数ｆ＝1MHz被測定コンデンサ２の
容量値Cx＝１〜2048pF（３デケードの変化）、レンジ用
およびＣオフセツト用変流器20a,20bのビツト数ｎ＝６
とする。そして、レンジ用変流器20aは上記Cxの範囲に
おいて11レンジで切換接続されるものとする。第１レン
ジはCx＝１〜2pF、第２レンジはCx＝２〜4pF、第４レン
ジはCx＝８〜16pF、第５レンジはCx＝16〜32pF・・・第
11レンジはCx＝1024〜2048pFである。 Cx＝１〜16pFのときの測定（４レンジ） スイツチ5,6は接点ｂに接続、レンジ用変流器20aは電
流掛算器として使用される。また４ビツトが使用され、
倍数はCxの大きさに応じて２〜16に切換設定される（１
〜2pFのとき16、８〜16pFのとき２）。したがつて、レ
ンジ変流器20aの出力電流は、４レンジにわたり、16〜3
2pFに対応する電流に規格化される。一方Ｃオフセツト
用変流器20bは６ビツトが使用され、前述16〜32pFに対
応する電流を全レンジにわたり、1/64の分解能でほぼ吸
収（打消す）するように切換設定される。なお、製造ラ
インでの検査時等ではCxの概略値は測定前にほぼ既知で
あるので、その値に対応するように変流器のスイツチが
切換設定される。 Cx＝32〜2048pFのときの測定（６レンジ） スイツチ5,6は接点ａに接続、レンジ用変流器20aは分
流器として使用される。また６ビツトが使用され、倍数
はCxの大きさに応じて1/2〜1/64に切換設定される（32
〜64pFのとき1/2、1024〜2048pFのとき1/64）。したが
つて、レンジ変流器20aの出力電流は６レンジにわた
り、16〜32pFに対応する電流に規格化され、そしてこの
規格値は前述した規格値と同一となる。よって全レンジ
にわたり同一の範囲に規格化される。一方Ｃオフセツト
用変流器20bは前述したと同様に動作し６レンジにわた
り同一分解能（1/64）でiCXをほぼ吸収する。 なお16〜32pFのレンジでは分流または掛算されず、被
測定コンデンサに流れた電流がそのまま使用される。 以上の説明のようにCxが１〜2048pFに変化しても、分
流器または電流掛算器が切換設定して用いられ、そして
これらの出力は一定範囲の容量値に規格化された後で損
失分が測定される。なおCxはベクトル電圧比計49の出力
とＣオフセツト用変流器の設定値とにより求まり、Gxは
ベクトル電圧比計49の出力とレンジ用変流器の設定値と
により求まる。また、損失係数Ｄは信号源周波数,Cx,Gx
より求まる。 なお、上記の説明は２進法によるプログラマブル変流
器および電流掛算器を示したが、これに双対な電圧版と
してプログラマブル分圧器およびプログラマブル電圧掛
算器に変更することは当業者にとって容易なことであ
る。 次に増幅器４および変成器３の動作について詳細に説
明する。本測定器を例えば製造ラインにおいて使用する
場合には、本測定器はかなり長い測定ケーブル（例えば
2m）61,62,63,64を用いて被測定コンデンサ２に接続さ
れる。したがつて、増幅器４、変成器３が用いられない
場合を考えると、特にレンジ用変流器20aを分流器とし
て使用する場合、被測定コンデンサ２の他方の端子68と
演算増幅器７の反転入力端子との間に測定ケーブル63と
レンジ用変流器20aとが直列に接続されることになる。
したがつて、レンジ用変流器20aの巻線抵抗，漏れイン
ダクタンスと，測定ケーブル63のインピーダンス（Ｚ）
とにより電圧降下が発生し（Ｚによる電圧降下の方が大
である）、点68の電圧は仮想接地電位とはならなくな
る。例えば、最悪条件の場合（被測定コンデンサ２の容
量値が最大の場合）、被測定コンデンサ２のインピーダ
ンスが60Ω程度、測定ケーブル63のインピーダンスが４
Ω程度となり、これらによる分電圧が点68に発生する。
点68に電圧が存在すると、測定ケーブル62の端子Ｐの電
圧が被測定コンデンサ２の両端子間電圧を表さず、また
点68と基準電位点間の漂遊容量に電流が流れて被測定コ
ンデンサ２に流れた全電流がレンジ用変流器20aに流れ
なくなる。したがつて、測定値に誤差が発生する。 測定ケーブル63,64、増幅器４、変成器３で閉ループ
が構成され、そして増幅器４の利得をA1とすると、端子
68から測定ケーブル63を見たインピーダンスはZ/A1とな
り、端子68の電圧はほぼ仮想接地電位になるように制御
される。A1を10程度にするだけでＺを見掛け上10分の１
にすることができる。 次に前述閉ループによる発振防止について説明する。
第6A図〜第6D図は前述した閉ループに関する周波数に対
する利得、位相特性を示した特性図である。第6A図は測
定ケーブル63,64の直列回路を含む経路の利得、位相特
性であり、（イ）は測定ケーブル63のインダクタと被測
定コンデンサ２の容量（測定周波数1MHzに最も近い共振
を与える容量値が最も大きい場合、例えば2048pF＋30％
≒2600pF）による直列共振を示し、（ロ）は測定ケーブ
ル63,64と漂遊容量による共振を示す。 第6B図は増幅器４の利得，位相特性であり、増幅器４
は1MHzの単共振周波数特性を有し、1MHzで利得＝20でそ
の上下で急速に利得が減少する特性を有する。第6C図は
第6A図，第6B図を合成した前述閉ループの一巡特性であ
る。第6C図より明らかなように第6A図の発振可能性を与
える特性（イ），（ロ）は消失し、発振は生起しなくな
る。なお、第6D図は増幅器４として、利得＝20db（1MH
z）,6db/octなる一般の増幅器を使用した場合の一巡特
性を示したものである。図より明らかなように領域
（ハ）（７〜30MHz）において発振可能性が存在する。 （発明の効果） 上記の構成より成る回路定数測定器は、（１）被測定
コンデンサの全容量変化範囲にわたつて、該コンデンサ
を流れた電流を所定値に規格化しているので、容量分に
基づく電流をほぼ吸収することができ、該変化範囲にわ
たつてほぼ同様に損失角を見掛け上拡大することができ
る。よつて損失分を高精度で測定することができる、
（２）従来のように演算増幅器の帰還回路における複数
個のレンジ抵抗器を有しない、（３）前記規格化された
電流に対してＣオフセツト回路は同じ分解能で電流を吸
収するので全容量範囲にわたり同じ分解能で損失角を見
掛け上拡大することができ、よつて損失分を高精度で測
定することができる、（４）被測定コンデンサの一方の
端子は仮想接地電位に維持されるので、測定誤差要因が
除去される、（５）望ましくない発振現象が除去され
る。 さらに、本発明に使用されるプログラマブル変流器
は、第１図および第２図より明らかなように、（１）リ
レーがａ接点,b接点のどちらに接続された場合でも、変
流器は仮想接地点または接地点に接続されるので、入力
側から見た特性に変化がなく、簡単な構成でも良いリニ
アリテイ（接続位置と出力との関係）が得られる、
（２）1:1の変圧器を使用するので、電流の分流比を非
常に正確にできる。 このような効果により本発明は、製造ラインでコンデ
ンサの検査用に使用して効果が極めて大である。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例による回路定数測定器のブロ
ツク図、第２図は本発明の測定器中で使用されるプログ
ラマブル変流器のブロツク図、第３図は本発明の測定器
中で使用される電流掛算器のブロツク図、第４図は従来
の回路定数測定器のブロツク図、第５図は第４図に示し
た可変分圧器の回路図、第6A図〜第6D図は本発明の回路
定数測定器の一部分の周波数特性図である。 2,45:被測定コンデンサ、12,41:Cオフセツト回路、20:
プログラマブル変流器、42:可変分圧器、49:ベクトル電
圧比計。
ツク図、第２図は本発明の測定器中で使用されるプログ
ラマブル変流器のブロツク図、第３図は本発明の測定器
中で使用される電流掛算器のブロツク図、第４図は従来
の回路定数測定器のブロツク図、第５図は第４図に示し
た可変分圧器の回路図、第6A図〜第6D図は本発明の回路
定数測定器の一部分の周波数特性図である。 2,45:被測定コンデンサ、12,41:Cオフセツト回路、20:
プログラマブル変流器、42:可変分圧器、49:ベクトル電
圧比計。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．交流信号源により被測定コンデンサに流れた電流を
電圧に変換し、前記コンデンサの定数を測定する測定器
において、前記被測定コンデンサの全容量範囲にわたっ
て前記電流を所定範囲に規格化する第１手段と、前記規
格化された電流のうち被測定コンデンサの容量分に基づ
く電流を実質的に離散的な所定の分解能で吸収するＣオ
フセット用第２手段とを含む回路定数測定器。 ２．前記第１手段は、プログラマブル変流器を備えたも
のである特許請求の範囲第１項に記載の回路定数測定
器。 ３．前記第２手段は、プログラマブル変流器を備えたも
のである特許請求の範囲第１項に記載の回路定数測定
器。 ４．前記第１手段及び第２手段は、プログラマブル変流
器を備えたものである特許請求の範囲第１項に記載の回
路定数測定器。 ５．前記第１手段及び第２手段を構成するプログラマブ
ル変流器は、実質的に同じ構成を有する特許請求の範囲
第第４項に記載の回路定数測定器。 ６．前記プログラマブル変流器は、制御入力に応じて変
成比を可変しうる変流器である特許請求の範囲第２項又
は第３項又は第４項又は第５項に記載の回路定数測定
器。 ７．前記プログラマブル変流器は、ｎビットの２進制御
入力に応じて、下記の式に示す入出力関係を有するもの
である特許請求の範囲第２項又は第３項又は第４項又は
第５項又は第６項に記載の回路定数測定器。（Ioは出力電流。Iiは入力電流。biは１または０。） ８．前記プログラマブル変流器は、直列接続された一次
捲線を含む多段の変成器よりなり、その各二次捲線の一
端は、前記一次捲線のうちの対応する一次捲線の一端に
それぞれ接続され、そして各二次捲線の他端は、スイッ
チ手段を介して共通の端子に接続されている特許請求の
範囲第２項又は第３項又は第４項又は第５項又は第６項
又は第７項に記載の回路定数測定器。 ９．前記第１手段を構成するプログラマブル変流器は、
直列接続された一次捲線を含む多段の変成器であって、
その各二次捲線の一端は、前記一次捲線のうちの対応す
る一次捲線の一端にそれぞれ接続され、そして各二次捲
線の他端は、スイッチ手段を介して共通の端子に接続さ
れている変成器からなり、 前記直列接続された一次捲線の一端を入力側、前記共通
の端子を出力側とし、前記変成器を分流器として使用す
るとともに、 前記共通の端子を入力側、前記直列接続された一次捲線
の一端を出力側とし、前記変成器を電流掛算器として使
用するものである特許請求の範囲第２項又は第３又は第
４項又は第５項又は第６項に記載の回路定数測定器。 １０．前記一次捲線と前記二次捲線とは、逆極性となっ
ている特許請求の範囲第８項又は第９項に記載の回路定
数測定器。 １１．前記第１手段は、前記被測定コンデンサに入力が
接続されたプログラマブル変流器と、該プログラマブル
変流器の出力に入力端子が、電圧計（49）に出力端子が
それぞれ接続された増幅器とからなる特許請求の範囲第
１項又は第２項又は第３項又は第４項又は第５項又は第
６項又は第９項又は第10項に記載の回路定数測定器。 １２．前記第２手段は、前記交流信号源に接続された移
相コンデンサと、該移相コンデンサに接続されたプログ
ラマブル変流器とからなることを特徴とする特許請求の
範囲第１項又は第２項又は第３項又は第４項又は第５項
又は第６項又は第７項又は第８項又は第９項又は第10項
又は第11項に記載の回路定数測定器。 １３．前記移送コンデンサと前記プログラマブル変流器
とは、極性反転変成器を介して接続されている特許請求
の範囲第12項に記載の回路定数測定器。 １４．前記被測定コンデンサと前記第１手段との間に増
幅器と変成器とよりなる帰還回路を接続し、前記被測定
コンデンサの他端を仮想接地点に維持する特許請求の範
囲第１項又は第２項又は第３項又は第４項又は第５項又
は第６項又は第７項又は第８項又は第９項又は第10項又
は第11項又は第12項又は第13項に記載の回路定数測定
器。 １５．交流信号源により被測定コンデンサに流れた電流
を電圧に変換し、前記コンデンサの定数を測定する測定
器において、前記被測定コンデンサの全容量範囲にわた
って前記電流を所定範囲に規格化する第１手段と、前記
規格化された電流のうち被測定コンデンサの容量分に基
づく電流を実質的に離散的な所定の分解能で吸収するＣ
オフセット用第２手段とを含む回路定数測定器であっ
て、 前記第１手段及び前記第２手段は、制御入力に応じて変
成比を可変しうるプログラマブル変流器を備えたもので
あることを特徴とする回路定数測定器。 １６．前記第１手段及び第２手段を構成するプログラマ
ブル変流器は、実質的に同じ構成を有する特許請求の範
囲第第15項に記載の回路定数測定器。 １７．前記プログラマブル変流器は、ｎビットの２進制
御入力に応じて、下記の式に示す入出力関係を有するも
のである特許請求の範囲第15項又は第16項に記載の回路
定数測定器。 （Ioは出力電流。Iiは入力電流。biは１または０。） １８．前記プログラマブル変流器は、直列接続された一
次捲線を含む多段の変成器よりなり、その各二次捲線の
一端は、前記一次捲線のうちの対応する一次捲線の一端
にそれぞれ接続され、そして各二次捲線の他端は、スイ
ッチ手段を介して共通の端子に接続されている特許請求
の範囲第15項又は第16項又は第17項に記載の回路定数測
定器。 １９．前記第１手段を構成するプログラマブル変流器
は、直列接続された一次捲線を含む多段の変成器であっ
て、その各二次捲線の一端は、前記一次捲線のうちの対
応する一次捲線の一端にそれぞれ接続され、そして各二
次捲線の他端は、スイッチ手段を介して共通の端子に接
続されている変成器からなり、 前記直列接続された一次捲線の一端を入力側、前記共通
の端子を出力側とし、前記変成器を分流器として使用す
るとともに、 前記共通の端子を入力側、前記直列接続された一次捲線
の一端を出力側とし、前記変成器を電流掛算器として使
用するものである特許請求の範囲第15項又は第16又は第
17項又は第18項に記載の回路定数測定器。 ２０．前記一次捲線と前記二次捲線とは、逆極性となっ
ている特許請求の範囲第18項又は第19項に記載の回路定
数測定器。 ２１．前記第１手段は、前記被測定コンデンサに入力が
接続されたプログラマブル変流器と、該プログラマブル
変流器の出力に入力端子が、電圧計（49）に出力端子が
それぞれ接続された増幅器とからなる特許請求の範囲第
15項又は第16項又は第17項又は第18項又は第19項又は第
20項に記載の回路定数測定器。 ２２．前記第２手段は、前記交流信号源に接続された移
相コンデンサと、該移相コンデンサに接続されたプログ
ラマブル変流器とからなることを特徴とする特許請求の
範囲第15項又は第16項又は第17項又は第18項又は第19項
又は第20項又は第21項に記載の回路定数測定器。 ２３．前記移送コンデンサと前記プログラマブル変流器
とは、極性反転変成器を介して接続されている特許請求
の範囲第22項に記載の回路定数測定器。 ２４．前記被測定コンデンサと前記第１手段との間に増
幅器と変成器とよりなる帰還回路を接続し、前記被測定
コンデンサの他端を仮想接地点に維持する特許請求の範
囲第15項又は第16項又は第17項又は第18項又は第19項又
は第20項又は第21項又は第22項又は第23項に記載の回路
定数測定器。 ２５．直列接続された一次捲線を含む多段の変成器より
なり、その各二次捲線の一端は、前記一次捲線のうちの
対応する一次捲線の一端にそれぞれ接続され、そして各
二次捲線の他端は、スイッチ手段を介して共通の端子に
接続されており、前記スイッチ手段を制御することによ
り、変成比を可変しうるプログラマブル変流器。 ２６．前記直列接続された一次捲線の一端を入力側、前
記共通の端子を出力側とし、前記変成器を分流器として
使用するとともに、前記共通の端子を入力側、前記直列
接続された一次捲線の一端を出力側とし、前記変成器を
電流掛算器として使用することができる特許請求の範囲
第25項に記載のプログラマブル変流器。 ２７．前記一次捲線と前記二次捲線とは、逆極性となっ
ている特許請求の範囲第25項又は第26項に記載のプログ
ラマブル変流器。 ２８．前記プログラマブル変流器は、分流器として使用
した場合に、ｎビットの２進制御入力に応じて、下記の
式に示す入出力関係を有するものである特許請求の範囲
第25項又は第27項に記載の回路定数測定器。 （Ioは出力電流。Iiは入力電流。biは１または０。）
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP16344486 | 1986-07-11 | ||
| JP61-163444 | 1986-07-11 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63145971A JPS63145971A (ja) | 1988-06-18 |
| JP2685748B2 true JP2685748B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=15774004
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61276237A Expired - Lifetime JP2685748B2 (ja) | 1986-07-11 | 1986-11-18 | 回路定数測定器 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4841228A (ja) |
| JP (1) | JP2685748B2 (ja) |
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| US5770076A (en) * | 1994-03-07 | 1998-06-23 | The Regents Of The University Of California | Micromachined capsules having porous membranes and bulk supports |
| US5798042A (en) * | 1994-03-07 | 1998-08-25 | Regents Of The University Of California | Microfabricated filter with specially constructed channel walls, and containment well and capsule constructed with such filters |
| US5985328A (en) * | 1994-03-07 | 1999-11-16 | Regents Of The University Of California | Micromachined porous membranes with bulk support |
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-
1987
- 1987-07-10 US US07/072,070 patent/US4841228A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63145971A (ja) | 1988-06-18 |
| US4841228A (en) | 1989-06-20 |
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