JPS581368B2 - レンジ圧縮装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、信号レベルが広範囲にわたって変化する信号
のレベル測定レンジを圧縮するレンジ圧縮装置に関し、
特に従来は多数の測定レンジを切り換えて測定する必要
のあった広範囲にレベルが変化する信号を測定する場合
にも測定レンジを圧縮して１つの測定レンジで簡易にレ
ベル測定を行なうことができるようにしたレンジ圧縮装
置に関するものである。

以下では本発明をラジオやテレビジョンの放送電波の受
信レベル測定に適用した場合を例にとって述べるが、本
発明はかかる受信レベル測定に限定されるものではなく
、広範囲に変化するいかなる信号に対しても有効に適用
できるものである。

従来、振幅変調されたラジオまたはテレビジョン放送電
波の受信高周波電圧を測定するにあたっては、校正用発
振器を備え、高周波段でヘテロダイン検波方式を用い、
さらに被測定電圧の測量には減衰器置換法を用いた各種
測定器を用いており、ここで入力電圧が数桁にわたって
広範囲に変化するのに対処して、入力電圧値の表示部の
メーターの測定レンジを測定レベルに応じて切替えて表
示させている。

このように精度および確度ともに高い測定器は、価格が
高いうえに、取り扱いについては技術を要するものが多
い。

また、周波数同調機構を省略し、表示部は対数圧縮して
測定範囲を拡大し、取扱いを容易にし、しかも価格の低
廉化を計った簡易レベルチェッカーも提案されている。

この簡易レベルチェッカーでは、機能的な簡便さは達成
されているが、価格の低廉化が十分でなく実用化しにく
い面がある。

そこで、本発明者は、操作が簡単で低価格のレベルチェ
ッカーを実現することを意図して、広範囲に変化する信
号レベルに対する測定表示レンジの適切な圧縮形態を開
発した。

すなわち、本発明の目的は、信号レベルに対する測定レ
ンジを特殊な形態で圧縮し、広範囲にわたる測定範囲を
１つのレンジに収容することのできるレンジ圧縮装置を
提供することにある。

本発明は、入力信号のレベルの増大に応じて順次に飽和
するように接続された複数個の増幅器を有する増幅手段
と、前記増幅手段の出力端子に接続され、その出力信号
レベルが所定の閾値を越えた時にスイッチング動作する
複数個のスイツチング手段と、前記複数個のスイッチン
グ手段からの出力を加算する加算手段とを具備し、前記
入力信号のレベルが増大するに応じて前記加算手段から
複数個の飽和領域をもつ信号を得て、前記信号レベルの
レンジを圧縮するようにしたことを特徴とするものであ
る。

本発明によれば、一層大幅に価格を下げてレベル測定器
を実現できる上、技術者でない素人が、被測定信号レベ
ルのチェックをするにあたって表示部での判読がしやす
い綿測定器を提供できる。

以下に図面により本発明を説明する。

以下では、本発明をテレビジョン用簡易レベルチェッカ
ーに応用した例について説明する。

第１図は本発明レンジ圧縮装置の基本的回路構成を示し
、ここに符号１は被測定波入力端子、２はテレビジョン
信号を選択する帯域通過沖波器であり、テレビジョンの
特定チャンネルのみについての固定的共振回路あるいは
回路定数を切換えることにより任意のチャンネルを選択
できるようにしたＬＣ共振回路で構成できる。

ＬＣ共振回路の代りに固体素子を用いた炉波器を用いる
こともできる。

更に、符号３は帯域通過ｐ波器２で選択されたテレビジ
ョン信号を検波するための半導体ダイオード等を用いた
振幅検波回路である。

符号４，５および６は振幅検波回路３で得られた復調ビ
デオ信号を増幅する増幅器であり、増幅器の個数および
各段の増幅度は後述するように表示部指示計のスケール
の区分をどのように設計するかによって決まるものであ
り、第１図に示すように３段の増幅器でなければならな
いことはないし、また各段の増幅度は等しくない場合も
ある。

各増幅器４，５および６の出力ビデオ信号をそれぞれス
イツチャ７，８および９に供給する。

スイツチャ７，８および９は、増幅器４，５および６よ
り供給されるビデオ信号のレベルが零か極めて微小の場
合にはスイッチング動作をせず、増幅器４，５および６
からの信号振幅がある程度大きくなった場合にのみ入カ
ビデオ信号の交流周期で出力側がほぼオンーオフ動作を
するように構成したスイッチング回路にしておく必要が
ある。

このような要求を満足させるためには、例えば、トラン
ジスタのベース・エミツタ間のギャップ電圧を利用し、
ベース入力のエミツタ接地形回路を用いたり、比較的増
幅度の高い増幅器を用い、入力側動作点を一定の値だけ
ずらし、その閾電圧を越える入力信号があった場合、そ
の越えた信号分が増幅されて出力側が飽和状態となるよ
うなスイッチングに近い動作にしたり、あるいはまた、
シュミット回路を用いることなどで実現することができ
る。

更に、第１図において、符号１０は、スイッチャ７，８
および９を通して流れる電流を指示する電流計であり．
各スイッチャ７，８および９より得られるビデオ信号周
期で断続されたパルス状電流を積分した値が指示される
。

以上のように構成されたレベルチェッカー回路において
、増幅器４へのビデオ信号入力が零の場合、増幅器４，
５および６の出力側信号も零であり、したがってスイッ
チャ７．８および９は動作せず、指示計１０は零である
。

しかし、増幅器４への入力信号が徐々に増加する場合を
考えると、先ず終段の増幅器６からの出力が最初に増加
を始め、スイッチャ９の閾値を越えてスイッチングされ
た断続電流が流れ指示計１０をある程度振らせる。

さらに増幅器４への入力が増加すると増幅器６からの出
力は完全な飽和状態となり、ほぼ矩形波信号となり、ほ
ぼ同様の電流波形がスイッチャ９を通して指示計１０に
流れ、それ以上の信号増加に対しては指示計１０の電流
はほぼ一定値にとどまってしまう。

さらに増幅器４の入力信号が増加すると、次いで増幅器
５からの出力信号により、スイッチャ８が動作を開始し
、上述したスイッチャ９の場合と同様に動作する。

さらに増幅器４への入力信号が増加すると、同様にスイ
ツチャ７が動作し、増幅器４への入力信号が十分大きく
なると、指示計１０の電流は、三段のスイツチャ７．８
および９のうちの一段のスイッチャの飽和時電流の３倍
の電流値となる。

以上の動作原理からも判るように、増幅器４，５および
６の利得を、例えば、２０ｄＢに設定すると、入力信号
が２０ｄＢ増加する毎に指示計の電流がステップ状に増
加し、スイッチャを３段用いた場合には、入力レベルが
６０ｄＢ変化した場合に指示計１０の振れをほぼ等間隔
に３ステップの振れに圧縮することが可能である。

次に第１図に示した簡易形テレビジョン電界強度測定器
の具体例を第２図に示し、その構成および動作を以下に
詳細に説明する。

なお、第２図において第１図と対応する個所には同一符
号を付すものとする。

第２図に２いて信号入力端子１に接続された終端抵抗Ｒ
，に供給された被測定テレビジョン信号は、コンデンサ
Ｃ１により粗結合された帯域通過沖波器２、すなわちコ
ンデンサＣ２と０３およびインダクタンスＬから成る共
振回路に供給され、更にコンデンサＣ４、抵抗Ｒ２およ
びダイオードＤ１から成る振幅検波回路３に供給され、
ここでビデオ信号が復調される。

０のビデオ信号をトランジスタＴｒおよび増幅器Ａ１か
ら成るビデオ増幅器４で増幅する。

ここで増幅器Ａ１の出力側までの増幅度は、被測定テレ
ビジョン信号を最大でどの程度までのレベルを測定する
器機を設計するかという要求によって決めるえとができ
、例えば、テレビジョン信号レベルが約７５ｄＢμＶ以
上で指示計１０がほぼ最大に振れるようにするためには
、その条件に必要な増幅度とする。

第２図に示すＡ１．Ａ２およびＡ３はリニャ増幅器およ
びＳ１，Ｓ２およびＳ３はスイッチャであり、これら部
分Ａ１〜Ａ３およびＳ１〜Ｓ３は例えばデジタル用ＭＯ
Ｓ−ＩＣでデュアルインラインパッケージ形のヘソクス
ポジイテイブインバータ（ＨＥＸＰＯＳＩＴＩＶＥ Ｉ
ＮＶＥＲＴＥＲ）を利用し、その１個のＩＣに内蔵され
ている６個のインバータのうちの３個をリニャ増幅器Ａ
１〜Ａ３として用い、他の３個をスイッチャ８１〜Ｓ３
として用いることができる。

かかるＭＯＳ−ＩＣは、価格的に現在極めて低廉であり
、さらに消費電力が少なく、また回路構成が小形簡略な
上にＭＯＳ形であることによる入力インピーダンスが極
めて高い利点も有する。

かかるＭＯＳ−ＩＣインバータをリニャ増幅器ＡＩ，Ａ
２およびＡ３として用いるために、本例では第２図に示
すように、各々の出力側から入力側にそれぞれ抵抗Ｒ，
．Ｒ６およびＲ７を通して出力を帰還することにより直
流的に自己バイアスを安定させ、しかも増幅器としての
増幅度を容易に決めるえとができるようにする。

ここで、増幅度は、縦続接続した増幅器Ａ１〜Ａ３のそ
れぞれ前段の出力インピーダンスと帰還抵抗Ｒ５〜Ｒ７
とで決定される。

トランジスタＴｒと増幅器Ａ１との間、増幅器Ａ１とＡ
２との間、および増幅器Ａ２とＡ３との間は、それぞれ
コンデンサＣ５，Ｃ６およびＣ７により容量結合する。

更に、第２図において、増幅器Ａ１，Ａ２およびＡ３か
らの各出力ビデオ信号を、それぞれ、ダイオードＤ２，
Ｄ３およびＤ４に通して、各出力レベルを直流的にシフ
トダウンさせてから、それぞれ抵抗Ｒｇ＋ＲｇおよびＲ
ＩＯに加える。

抵抗Ｒｇ＋ＲｇおよびＲＩＯのダイオードＤ２，Ｄ３お
よびＤ４との接続点をスイッチャ用インハータＳ１，Ｓ
２およびＳ３の各入力端子に接続する。

抵抗Ｒ３＋ＲｇおよびＲＩＯの各他端を接地する。

スイッチャ用インバータＳ１，Ｓ２およびＳ３の各出力
をそれぞれ抵抗Ｒ４１＋Ｒｌ２およびＲ１３を通して共
通に接続し、その接続点を指示計１０に接続する。

ここで増幅器Ａ，の入出側およびスイッチャＳ，の入力
側の直流的動電圧について説明すると、ＭＯＳ−ＩＣで
は、一般に、動作開始入力側直流電圧は電源電圧ＶＣの
約１／２付近にあり、その動作電圧幅は極めて小さい。

増幅器Ａ１の場合、帰還法による自己バイアスを加えて
いるので、入力側電圧は自動的にほぼ■ｃ／２になって
おり同時に出力側もほぼＶ。

／２で動作している。なお、帰還形バイアス電圧をもえ
ない場合は、増幅器Ａ１〜Ａ３は入力電圧がほぼＶ。

／２付近で動作する利得の高い増幅器であることから、
入力側のＶ。

／２付近の微小電圧変化によって、出力側はレベル０ま
たは■。

となるオンーオフ動作をする。なお、抵抗Ｒ８に現われ
る電圧は、増幅器Ａ，の出力側直流電位をダイオートＤ
２のギャップ電圧Ｖｇ（シリコンダイオードの場合約０
６■）だけ低くした電圧となり、ビデオ信号は損失なく
伝達されてきている。

かかるレンジ圧縮回路の動作を第３図を参照して説明す
ると、スイッチャＳ１の動作閾値は約ｖｏ／２であり、
ビデオ信号が零のときは抵抗Ｒ８の電圧は（Ｖｏ／２−
Ｖｇ）となっているのでスイッチャＳ１は動作しないが
、この電圧（Ｖｃ／２−■ｇ）にビデオ信号が重畳して
電圧■ｇを越えると、その越えた波形に対応する期間に
わたってスイッチャＳ，はスイッチングを行なう。

例えば、第３図に入力波形ａとして示すように、（Ｖｃ
／２−Ｖｇ）の直流電圧にビデオ信号として正弦波が加
わった場合、および入力波形ｂに示すように、ビデオ信
号が大きくなる場合を考えてみると、スイッチャＳ１の
スイッチング時間は正弦波の流通角によって増加するた
め、スイッチャＳ，の出力側波形は、衝撃比が変化しな
がら、入力波形ａに対しては出力波形Ａ、入力波形ｂに
対しては出力波形Ｂというように変化し、十分な信号入
力時にはデューテイレシオ５０％の矩形彼が得らわる。

この矩形波電流の平均値が指示メータ１０により表示さ
れる。

この指示メータ１０にはスイッチャＳ１〜Ｓ３からの各
電流の総和電流が流れるので、各スイッチャＳ１，Ｓ２
およびＳ３の出力側抵抗Ｒ１１，Ｒ１２およびＲ１３は
電流計１０が所定レンジ内で適正な振れになるように設
定すればよい。

上述したところと同様の動作が増幅器ＡとスイッチャＳ
２および増幅器Ａ３とスイッチャＳ３においても行われ
るので、増幅器Ａ１の入力側ビデオ信号が小レベルから
徐々に増加すると終段スイッチャＳ３から順次に動作す
る。

従って、上述したように最大測定電圧を例えば７５ｄＢ
μＶとする場合は、この入力時にはスイッチＳ３のみな
らずスイッチャＳ２およびＳ１も飽和状態で動作し、メ
ーク１０の指示は、スイッチャＳ３のみが飽和したとき
の指示値の３倍まで指示することになる。

第２図に示した回路において、被測定テレビジョン信号
が例えば５０ｄＢμＶないし８０ｄＢμ■の範囲を指示
計１０の単一測定レンジに表示する場合を考えてみると
、入力レベルが５０〜６０ｄＢμｖの間にある場合、同
様に６０〜７０ｄＢμ■および７０〜８０ｄＢμＶにあ
る場合の３段階に分けて入力レベルを容易に判定できる
ようにするためには、第４図に示すように３つの飽和領
域をもつレンジ圧縮を行なえばよい。

すなわち、第４図のレンジ圧縮例では、指示メータ１０
の振れが各レベル区分の中間レベルである５５．６５、
および７６ｄＢμｖ付近に収れんしやすいようにレンジ
圧縮を階段状特性にする。

ここで、■はスイッチャＳ３の出力側平均電流、■はス
イッチャＳ２と８３の出力側平均電流の和、および■は
スイッチャＳ１と８２と８３の出力側平均電流の和を示
す。

さらにメータ１０の指示板は数値目盛でなく、レベル範
囲に応じて、図示のように「青」、「黄」．「赤」、「
白」のように色分けしたゾーン表示とすることによって
、３段階の変化がいずれのゾーンにあるかにより、技術
的に知識のない素人でも容易にレベルを判定できる。

このレンジ圧縮を実現するためには、例えば増幅器Ａ，
，Ａ２およびＡ３の増幅度をそれそれ約２０ｄＢに定め
ればよい。

その理由は、被測定信号が微弱であることより振幅検波
器３がダイオードＤ１によるほぼ二乗検波を用いており
、従って入力レベルが１０ｄＢ変化すると復調ビデオ信
号は２０ｄＢ変化するため、上述のように中間値で１０
ｄＢステップずつ変化することを考慮すると、増幅器Ａ
１〜Ａ３のステップ間増幅度を２０ｄＢにする必要があ
る。

一般的に、ダイオードＤ１の検波特性は二乗特性に近い
が、入力信号が増加すると徐々に直線検波に近ずくため
、増幅器Ａ，〜Ａ３の増幅度は必ずしも２０ｄＢでなく
、若干の調整は必要である。

この調整は抵抗Ｒ５〜Ｒ７の調整で容易に実現すること
ができる。

なお、第４図の例では、図示のように各ステップ間をや
や連続的につないでいる。

これはスイッチャをビデオ信号の交流信号のままで処理
していることに起因するものであるが、本例の測定器で
はあえてこの形態でレンジ圧縮を行っている。

その理由は、測定器の取り扱いについて技術的経験や知
識のない素人が取り扱う上で便利であるからである。

例えば、第４図のレンジ圧縮特性が直線の場合はメータ
１０の振れは完全にアナログ的になり、すなわち連続す
るので、測定結果の判定に困難を伴つ。

他方、完全な階段ステップ状にすると、その境界付近の
入力レベルについては、指示値はその境界を不規則かつ
頻繁に上下して変化するため、判続の困難さと不安感を
与えるため望ましくない。

そこで、上例では中間的な形態、すなわち連続的ではあ
るがステップ状に変化させメータ１０の指示が色分けし
たゾーンの中間にくる確率を極力高くしている。

上例において述べたように、本発明によるレンジ圧縮装
置では、レンジ圧縮ステップの区分数およびステップの
幅は増幅器とスイッチャの段数および増幅器の利得によ
って任意所望のものに定めることができる。

さらにステップ間の接続は、用途に応じて、不連続なス
テップ状あるいはなだらかなステップ状等任意の連続性
をもって実現できる。

例えば、ステップ間を不連続にするには、増幅器Ａ１〜
Ａ３の出力ビデオ信号を整流積分して直流に変換し、ス
イッチャ８１〜Ｓ３にシュミット回路を用いればよく、
また、ステップ間に連続性をもたせるには、交流信号の
ままスイッチャ８１〜Ｓ３に加え、これらスイツリマ８
１〜Ｓ３の利得を低下させることによって実現できる。

本発明レンジ圧縮装置によれば、従来のように対数増幅
器、または帰還方式等に必要な可変利得増幅器などが不
要であり、装置を廉価に構成できる。

従って、精度・確度を高くする必要のない簡易形の測定
器を廉価に実現するのに極めて有効であり、例えば、テ
レビジョン受信信号のレベル測定などのように概略判断
が要求される場合に、専門技術者が診断しなくとも、測
定対象とする信号系の良否判断を行なうことができる。

本発明は、近年急増しているテレビジョン共同受信設備
をはじめ戸別受信者の受像機入力信号の良否判断やトラ
ブル発生時の受信レベルチェック用測定器として廉価で
普及しやすい器機が要望されていることにも応えるもの
であり、特に辺地共聴施設の保守点検にあたって、聴視
者自身でもレベル測定を行なう役割を十分に果たすこと
ができる。

更に加えて、本発明では、レンジ圧縮動作が安定であり
、しかも回路構成が簡易であり、機器の信頼性向上にも
寄与する。

更にまた、本発明では、レンジ圧縮の用途に合わせて任
意所望のレンジ圧縮特性を実現することができ、広範囲
にわたって利用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明レンジ圧縮装置の基本的回路構成を示す
ブロック線図、第２図はその具体例を示す回路図、第３
図は本発明レンジ圧縮装置の動作説明図、および第４図
は本発明における入力信号レベルと表示メータの振れと
の関係を示す特性線図である。 １・・・・・・信号入力端子、２・・・・・・帯域通過
沖波器、３・・・・・・振幅検波回路、４．５．６・・
・・・・増幅器、７，８，９・・・・・・スイッチャ、
１０・・・・・・指示計、Ｃ１〜Ｃ７・・・・・・ヲン
デンサ、Ｒ，〜Ｒ１３・・・・・・抵抗、Ｄ１〜Ｄ・・
・・・・ダイオード、Ｌ・・・・・・インダクタンス、
Ｔｒ・・・・・・トランジスタ、Ａ１〜Ａ３・・・・・
・増幅器、Ｓ１〜Ｓ３・・・・・・スイッチャ、■。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 入力信号のレベルの増大に応じて順次に飽和するよ
   うに接続された複数個の増幅器を有する増幅手段と、前
   記増幅手段の出力端子に接続され、その出力信号レベル
   が所定の閾値を越えた時にスイッチング動作する複数個
   のスイッチング手段と、前記複数個のスイッチング手段
   からの出力を加算する加算手段とを具備し、前記入力信
   号のレベルが増大するに応じて前記加算手段から複数個
   の飽和領域をもつ信号を得て、前記信号レベルのレンジ
   を圧縮するようにしたことを特徴とするレンジ圧縮装置
   。