JPH0344569A - 高周波用ディジタル容量計 - 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】 産業上の利用分野 本発明は、高周波（ＩＭＩＩｚ）用ディジタル容量計に
関し、特に、本出願と同一出願人の出願に係る特願昭６
・２−３７６６３号明細書に記載された直読Ｍ密ディジ
タル容量計に用いられているＣ−ｖ変換器の改良に関す
る。

従来の技術 第３図（ａ）は高周波演算増幅器（以下オペア″ンプと
略記する）の帰還回路にコンデンサＣ１と抵抗Ｒｒを挿
入したＣ−■変換回路を示す回路図、（１，）はその等
価回路図である。

発明が解決しようとする課題 第３図に示されたオペアンプの入力インビーダｚｉ＝Ｒ
＋ｊＸｔ、テＲ＝　　　　　、ＸＬ＝ωｏｃｒＡｏ　　
　　　Ａｏｉ＋０＊Ｃｙｒ　　Ａ０２１１ｇ２ｃｆとな
り、現在市販の高周波オペアンプに適用すれば ＲＸＬ Ｃｘ＝２００ｐＦレンジ・・Ｃｒ＝２００ｐＦ・・・ｌ
Ｏ〜２０Ω　０．６〜０．３ΩＣ×＝２０ρＦレンジ・
・・・Ｃｒ　＝２０ρＦ・・・・１００〜２０００６〜
３Ωでこれを容量計（以下Ｃメータと記す）とした場合
には、　　　＞）　ＸＬとなるので、リアクタンスＸＬ
１ＣＸ による誤差は小さく、また抵抗Ｒは比較的大きいが□　
とベクトル和となるのでこの誤差も小さ１ＣＸ いが、測定ケーブルを用いた場合には大きな誤差となり
、またアンプ個々のゲインの違いにより誤差が変わり、
不具合を生ずる。またＨｐ端子とアース間に入る容量Ｃ
の影響を受けることも性能低下の一つである。

本発明は従来の上記実情に鑑みてなされたものであり、
従って本発明の目的は、従来の技術に内在する上記課題
を解決し、種々のパラメータまたはそのパラメータの変
化による誤差、特に温度変化による指示値の誤差を的確
に除去することを可能とした新規なディジタル容量計を
提供することにある。

課題を解決するための手段 上記目的を達成する為に、本発明に係る高周波用ディジ
タル容量計は、第１図に示すように、反転型高周波オペ
アンプの負帰還回路にコンデンサＣｆと抵抗Ｒ７を並列
に挿入し、更に正帰還回路に抵抗Ｒｆ，Ｒｆを挿入した
Ｃ−■変換回路を備えて構成され、前記オペアンプの入
力インピーダンスＺｉ＝　Ｒｉ＋ｊ　ＸｉのうちＲｉξ
Ｏとなる条件Ｒ２／Ｒ１！ｌ”ｒ／（Ａｏ＃ｏ−１２ｇ
）を満足させ、更に前記オペアンプの入力端にＸｉ＃０
とする為のコンデンサＣ５を直列に挿入し、これにより
、測定端子１１ｐをバーチャルグランドになし得ると共
に、Ｃメータとしたときのリニャリティ誤差、温度誤差
及び１１ρ端子とアース間に入る容量の影響をも僅少に
なし得ることを特徴としている。

実施例 次に本発明をその好ましい一実施例について図面を参照
しながら具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図である。

第１図を参照するに、本発明の一実施例は、被測定容量
Ｃ×に一定のＡＣ信号電圧を印加する例えばＩＭＩｌｚ
のＡＣ信号電源１１及び変成器１２と、被測定容量Ｃｘ
に接続され該容１ｃｘに比例した出力電圧を発生するＣ
−Ｖ変換器１３と、Ｃ−Ｖ変換器１３の測定側出力とＡ
Ｃ信号電源１１から得られる基準電圧を切替えて出力す
る電子スイッチ１４と、電子スイッチ１４から出力され
る電圧を増幅する例えば１Ｍ＋１２の同調増幅器１５と
、増幅器１５のＡＣ出力をＤＣ電圧に変換するＡＣ／Ｄ
Ｃ変換器１６と、ＡＣ／ＤＣ変換器１６のＤＣ出力をデ
ィジタル信号に変換する＾／Ｄ９：ｔＡ器１７と、該Ａ
／Ｄ変換器１７の出力を表示する表示装置１８と、Ｌ補
償口Ｎ１９と、レンジ切替器２０と、ケーブル補償回路
２４とを含み構成される。

電子スイッチ１４は半導体素子Ｓｌ　、Ｓ２．Ｓ３．Ｓ
４により構成され、半導体素子Ｓｔ、Ｓ２が測定側のと
きに“ＯＮ”、基準側のときには“ＯＦＦ”、半導体素
子Ｓ３．Ｓ４が基準側のときに“ＯＮ′、測定側のとき
に“ＯＦＦ”となるように一定の周波数により切替え作
動させられて、測定１１１ＨＭ）と基準（レファレンス
）［（Ｒ＞出力を交互入出力するものである。

しかして、被測定容量ＣＸに比例した測定側出力は基準
電圧及び電子スイッチ１４によって補償されて、同調増
幅器１５、ＡＣ／ＤＣ変換器及びＡ／Ｄ変換器１７を通
してディジタル信号に変換されて表示装置１８に表示さ
れる。

上記構成によれば、Ｃ−Ｖ変換器のすぐ後に電子切替ス
イッチを設け、測定側と基準側の出力を同一の増幅器、
ＡＣ−ＤＣ変換器、Ａ／Ｄ変換器、即ち同一の経路を通
して伝送しているので、経年変１ヒまたは部品の劣化等
により誤差を生ずることが回避される。

半導体スイッチの切替え時間は数１００　ｎｓ以下であ
り、測定時間には無視できる。最も時間のかかるのはス
イッチ切替えによる増幅器回路のセラ１〜リングタイム
であるが、周波数Ｉ　Ｍ　Ｈｚではこれも２００ｘｓ程
度にすることが容易なので、高速のＡ／Ｄ変換器を用い
ると全体の計測時間は１ｗｓ程度とすることも可能であ
って、１０００回／秒の高速計測が可能である。

次に本発明の主要部について説明するに、第２図（ａ）
、（ｂ）は本発明の詳細な説明する為に第１図から抽出
した要部回路構成図である。

第２図（ｂ）において、Ｃ−ｖ変換器１３の入力端から
見たインピーダンスＺｉは、 で表される。ここで、ＡはオペアンプＯＰＩのアンプゲ
インであり、ＤＣオープンループゲインをＡ。、角周波
数をω、３ｔｌＢ低下角周波数をω。とすれば、八〇 Ａ・　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（２）・ ｊ −〇 で表され、Ｚｆは帰還回路の合成インピーダンスであり
、 で表される。

ここで、ｃ＝ｃｒ−ｎｔとして（１）式に（２）、（３
）式を代入し。

Ｚ１Ｒ＋＋ｊＸ＋ と して抵抗成分Ｒ＋、 リアクタ ンス成分Ｘ＋を求めれば次のようになる。

（４） （４） 式よりＲ１・０の条件を求めると（５〉式が得られ ２ ＡＯ４１Ｇ−４１”τ 一方Ｘ、は、 （６） で表され、 （６） 式に（５） 式を代入するとＲ＋＝０とな るときのりアクタンスＸ−が求められる。

このとき 以上の解析をもとに温度変化に対して最も影響の大きい
Ｃ−Ｖ変換器１３のオペアンプＯＰＩのＡ。−〇の変化
に対する指示変化を検討してみる。

実際にＣメータ（容量計）としたときの２０ｐＦレンジ
の値を例として数値的に求めてみると、Ｃｆ：２０ｐＦ
　　Ｒｒ＝５０Ｋ（Ｉ　　即ちｚ：　＝ｔｘｌＯ−６．
従ってＲｆ４１２τ −＝　−＝　０．１４３９　トなり、（４）　式Ｇ、：
　Ｊ：　’）、Ｒ２ＡＯ６１０−４１２τ 抵抗Ｒｔを求めると、 １２３４．６（０，１２５８ｔＯ，０１８１−０，１４
３９＋０．０００４）＝０．４９４０となりＲｔ：：０
である。このときの温度によるＲ１の変化ΔＲ８は）５
℃の変化に対しＡ（１１Ｇが一１％とすると（８）式の
第１．２．４項の変化の和はΔ旧・１．７８Ωとなる。

リアクタンスｘｌの温度による変化は（６）式によりΔ
Ｘ、は Δｘ−＝ ０．２４７ ０．０６２ ＝０．１８５０ に対してベクトル和となるので、指示変化は無視発明の
詳細 な説明したように、本発明によれば、オペアンプの帰還
回路に抵抗のみを挿入した方式に比べてオペアンプの入
力端から見たりアクタンスＸ―は大きくなるが、オペア
ンプの温度変化による＠０の変動に対してリアクタンス
変化ΔＸ、抵抗分変化ΔＲ１が小さく、温度特性が大き
く向上し、温度による指示誤差を小さくできる効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路構成図、第２図（
ａ）、（ｂ）は本発明を説明する為の本発明による主要
部を示す回路構成図、第３図（ａ）、（ｂ）は従来技術
を説明する為の回路図、その等価回路図である。 １１・・・電源、１２・・・変成器、１３・・・Ｃ−Ｖ
　′Ｒ換器、１４・・・電子スイッチ、１５・・・同調
増幅器、１６・・・ＡＣ／ＤＣ変換器、１７・・・Ａ／
Ｄ変換器、１８・・・出力表示装置、Ｉ９・・・Ｌ補償
回路、２０・・・レンジ切替器、２１・・・ケーブル１
．２２・・・ケーブル２．２３・・・ケーブル３．２４
・・・ケーブル補償回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）、負帰還回路に抵抗Ｒ＿ｆとコンデンサＣ＿ｆを
   並列に挿入すると共に正帰還回路に第１、第２の抵抗Ｒ
   ＿１、Ｒ＿２を接続した反転型高周波演算増幅器を具備
   し、前記演算増幅器の入力インピーダンス Ｚｉ＝Ｒｉ＋ｊＸｉのうち Ｒｉ≒０となる条件Ｒ＿２／Ｒ＿１＝ω＾２τ／Ａ＿０
   ω＿０−ω２τ但しＡ＿０：ＤＣオープンループゲイン ω：角周波数 ω＿０：３ｄＢ低下角周波数 τ：Ｃ＿ｆ・Ｒ＿ｆ を満足させることを特徴とした高周波用ディジタル容量
   計。
2. （２）、前記反転型高周波演算増幅器の入力端に前記リ
   アクタンスＸｉ≒０とするコンデンサＣｓを挿入したこ
   とを更に特徴とする請求項（１）に記載の高周波用ディ
   ジタル容量計