JPS62220013A - 減衰器 - 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】 本発明は、高入力インピーダンスを有すると共に入力端
子に導入された高周波電気信号を減衰する複数個のスイ
ッチングレベルを有し、低インピーダンス出力端子に減
衰された入力信号に相当する出力信号を出力する減衰器
に関するものである。

本発明は斯る減衰器を具えるオシロスコープ及びオシロ
スコープ用能動プローブにも関するものである。

この種の減衰器は米国特許第４２５２５６８８号明細書
から既知であり、これには高入力インピーダンスを有し
広い周波数帯域で動作する減衰器を具えるオシロスコー
プの入力回路が開示されている。高精度の定量測定を実
行し得る必要があるオシロスコープのような機器は被測
定源に影響を及ぼす負荷インピーダンスを形成しないよ
うにするために高い入力インピーダンスを有する減衰入
力回路の使用を必要とする。

この目的のために、上記の特許明細書は抵抗とコンデン
サとを具えるディバイダの縦続配置から成る可制御減衰
器を開示しており、その各ディバイダは固定の抵抗及び
容量を有する第１並列回路Ｒ，，Ｃ，と、容ｆｆｉらが
可調整の第２並列回路Ｒｈ、Ｃｍと、２個の可調整容ｆ
ｆ１ｃｃ、Ｃ，と、２個の断続器Ｓ、、Ｓ。

とにより構成されている。３個の可調整容ｉｔ　ｃ　ｂ
　。

ｃｃ、　ｃｍは減衰器の周波数応答とレベル応答を制御
する働きをする。２個の断続器Ｓ、及びＳ、はディバイ
ダの所定のセルを使用したり使用しないようにする。

しかし、この減衰器はいくつかの欠点を有している。即
ち、各レベルにつき行なわなければならない種々の容量
の調整が多数あり、これらの調整は所要の用途に必要と
される１０４以上の精度を考慮すると面単に行なうこと
ができないと共に極めて不安定になる。これらの調整は
設計者により実現され、高価な素子を必要とする。また
、断続器Ｓ１及びＳｌは減衰器の高インピーダンス部分
内に配置されるため、それらの高い寄生容揖がこれらの
調整を用途に十分に適合しないものとする。

実際上これら断続器の寸法は十分に小さくできず、減衰
器の入力インピーダンスがｌＯ〜２０９Ｆになり得る。

これがため、本発明の目的は、機械的スイッチング装置
を減衰器の高インピーダンス部分に使用しないようにす
ることにより減衰器の入力容量を低減することにある。

本発明の他の目的は、設計者が行なう必要のある多数の
難かしい調整を不要にして一層便利で一層高信頼度の減
衰器をユーザに提供することにある。

これがため、本発明は頭書に記載の減衰器において、当
該減衰器は 極めて小さな入力容量を有するに個の広帯域増幅器Ａｎ
（１≦ｎ≦ｋ）を具え、 各増幅器の入力端子と出力端子との間に容量０７を配置
し、 各増幅器の入力端子と減衰器の入力端子との間に容ｆｆ
１Ｃｎを配置し、この容ｆｆ１Ｃｎの値を容ｆｉｔｃ−
１の値を値ｐに略々等しい係数で除算して得られる値に
し、比Ｒ，＝　Ｃ，／Ｄ、が減衰レンジの減衰比を構成
するようにし、且つ に個のスイッチ１．の入力端子を前記に個の増幅器の出
力端子にそれぞれ接続すると共にこれらのに個のスイッ
チの全ての出力端子を減衰器の出力端子に接続して、こ
れらに個のスイッチにより減衰レンジの減衰比の１つを
選択することができると共に減衰器が極めて小さな入力
容量を有するようにしたことを特徴とする。

高周波数に対し高入力インピーダンスを有すると共に小
さな入力容量を有するこの減衰器は低インピーダンスを
有する入力段と関連させて高及び低入力インピーダンス
と小入力容量を有する減衰器を構成することができる。

斯る減衰器はオシロスコープの入力段又はオシロスコー
プ用能動プローブに使用することができる。

本発明においては減衰器は小入力容量を存する数個の広
帯域増幅器へ〇を具える。各増幅器は所定の減衰レンジ
をカバーするようにする。増幅器へ〇の入力端子間に、
この増幅器自体の入力容量程度の小さな値の容量口、を
配置する。各増幅器の入力端子を容１ｃ、を経て減衰器
の入力端子に接続する。各増幅器の出力端子を減衰器の
出力端子に接続されたスイッチ■７により選択すること
ができるようにする。各増幅器の容量０７は略々同一の
値、例えばｔｐｐを有するものとし、容量Ｃｎは適当に
校正して用途に対応する減衰比を形成するようにする。

これがため、容量Ｃｎの値は容量Ｃｎ−１の値を例えば
１０に等しい係数ｐで除算することにより容１ｃｍ１の
値から導出される（Ｃｎ＝Ｃ＋ｓ−１／ｐ）。

増幅器へ〇の出力端子には容量Ｃ，／Ｄ、の比に減衰さ
れた出力信号が得られる。第１増幅器Ａ１に対してＣＩ
をＤｌに等しく選択すると、この増幅器Ａ１の出力信号
は減衰器の入力端子に供給された信号Ｅ１に等しくなる
が低インピーダンスで出力される。

増幅器＾２の出力端子に得られる信号はＥ／ｐに等しく
なり、第ｎ増幅器の出力端子に得られる信号はＥ／ｐ’
に等しくなる。これらの信号は全て低インピーダンスで
得られるので、出力側に配置された低インピーダンスに
適合する同軸スイッチ１１は減衰された信号に何の妨害
も与えない。これらスイッチの奎での出力端子は互に接
続して減衰器の出力端子に接続される。このように、本
発明では減衰レンジを選択するためのスイッチング装置
を減衰器の高電圧及び高インピーダンス区分に使用しな
い。また、極めて小さい容量Ｃｎの使用により過電圧に
対する耐性が容易に得られる。

これらの減衰レベルは容量比Ｃ，／Ｄ、により決まる。

所定の減衰レベル群は所要のレベル数に等しい数の増幅
器と容ｉ１　Ｃ，／Ｄ、を用いることにより実現するこ
とができる。しかし、増幅器の数を減らすと共に一層精
密に決定された減衰レベルを′−一層易に得るためには
、大きく離れた少数の減衰レベルを実現し、減衰器の低
インピーダンス区分の背后に配置した可変増幅率を有す
る増幅器によって減衰レベルを完全なものにするのが好
適である。オシロスコープのスイッチングレベルに必要
とされる精度は１０−を以上である。この場合には比Ｃ
，／Ｄ、の精度を１０−　”以下に選択し、可変増幅率
を有する増幅器により減衰レベルの精度を回復させるの
が好適である。この増幅器の出力端子は低インピーダン
スであり、低電圧及び低インピーダンス減衰器によって
中間スイッチングレベルを得ることができる。

減衰器を低インピーダンスでも動作し得るようにするた
めには、減衰器の入力端子と大地との間に低い値の抵抗
と直列にスイッチを配置すればよい。このようにすると
高及び低インピーダンスを存する高周波数用減衰器が得
られる。

低周波数又は直流信号を処理するためには、慣例のタイ
プの抵抗減衰器を高及び低インピーダンスを有する減衰
器に並列に配置すればよい。

場合によっては低インピーダンスで動作するように、或
は低周波数又は直流信号を減衰するように完成されるこ
の高周波数用の高インピーダンス動作減衰器はオシロス
コープの入力段に設けることができる。しかし、これを
着脱自在にしてユーザに使い易くするためには、高イン
ピーダンス及び高周波数減衰器をオシロスコープ用のプ
ロープ内に設けることができる。この場合オシロスコー
プとの接続は低インピーダンス同軸ケーブルによりオシ
ロスコープの入力端に配置されたプローブボックスを経
て達成して高インピーダンス接続をできるだけ短か（す
ることができると共に減衰比を遠隔制御することができ
る。

本発明を容易に実施し得るように、以下に本発明を図面
を参照して詳細に説明する。

第１図は本発明減衰器１５の電気回路図を示す。

この減衰器はそれぞれの入力端子と出力端子との間に各
別の容ｉｏｒ〜Ｄわが設けられたｎ個の広帯域増幅器＾
１〜Ａ７を具える。容１　ｃ　＋〜Ｃｎを減衰器１５の
入力端子ｌＯと各増幅器の入力端子との間に配置する。

これら増幅器の出力端子をスイッチ■。

〜Ｉｎの第１端子にそれぞれ接続し、これらスイッチの
全ての第２端子を減衰器の出力端子１１に接続する。容
量Ｄ１〜Ｄ７は略々同一の値（例えば１ｐＦ）を有する
ものとするのが好ましい。第１増幅器の容ｉｔ　ｃ　Ｉ
は容量Ｄ１に等しくして、この増幅器の出力端子に、入
力端子１０に供給された信号に一致する、即ちｌに等し
い比Ｐ＝ＣＩ／ＤＩで減衰された信号が低インピーダン
スで得られるようにするのが好ましい。

容ｆｆｉ　ｃ　ｚ〜Ｃ１の値は比Ｃ，／Ｄアに対応する
所望の減衰レンジが得られるように決定する。

増幅器＾１〜Ａ７の出力端子の信号をスイッチ！。

〜■７により選択することができる。

増幅器へ、〜舷は高人力インピーダンスと小入力容量を
有するため、減衰器は端子１０に供給される信号に対し
高インピーダンスを有する。これに対し、各増幅器の容
量配置のためにこれら増幅器は低い出力インピーダンス
を有し、低インピーダンス（例えば５０Ω）を有する同
軸スイッチＩｎを用いることが可能になる。区分１２は
高インピーダンス及び高電圧の区分であり、区分１３は
低インピーダンス及び低電圧の区分である。

３個の減衰レンジ、例えば１／１．１／１０．　ｌ／１
００を実現する例では、Ｄ　＋　＝Ｊ　””　Ｄ３　”
”　１　ｐＰの場合容ｉｔ　ｃ　＋　。

Ｃ２及びＣ１をそれぞれ１ρＦ、　０，１９Ｆ及び０．
０１ｐＦにする必要がある。

これら容量、特にＣ，、（、ｚ、　Ｃ３は極めて小さい
値にする必要がある。これら容量は例えば第２図に示す
ように実現することができる。

基板２０上に、例えばトラック状の共平面導電層を形成
する。各層は遮断部を有し、その互に対向する両端が容
量を構成する。遮断部の幅及び遮断トラックの断面積に
より容量の値が決まる。このようにして容１ｃ、　＝　
１９Ｐ、　Ｃｚ＝０．１ｐＦ及びＣＩ＝０．０１ｐＦを
得ることができる。これら容量は減衰器の入力端子１０
に接続するための接合点２１を有している。各容量の他
の端はそれぞれの増幅器の入力端子に接続される。

容量は他の任意の方法で実現することができるが、殆ん
どの場合においてオシロスコープのための正しい減衰レ
ンジを実現するのに必要な１０−　”の公差を有する容
量値を得る必要はない。

本発明は近似容量値を使用し、第３図に示すように可変
増幅率を有する増幅器３１により所要の精度を得るよう
にするのが好適である。前段の能動減衰器１５は例えば
１　、１／１０．１／１００に近似するスイッチングレ
ベルを出力する。その出力は可変増幅率を有する増幅器
３１に入る。この増幅器３１は入力端子３２を有し、こ
の入力端子にはその増幅率を制御して総合減衰が所望の
値に正確に等しくなるようにする制御信号が供給される
。この増幅器を減衰器１５の低インピーダンス区域の背
后に配置し、これにより考えている高周波数の全範囲に
対しスイッチングレベルを正しく得ることができる。

増幅器３１の後に配置した低電圧／低インく−ダンス減
衰器によって、例えば１／１．１／２．１１５の中間減
衰比を得てオシロスコープに慣用されている種々の減衰
レンジをカバーすることができる。入力端子３２に供給
する制御信号は設計者だけでなくユーザでも調整するこ
とができる。斯る減衰器の調整は３つの位置１／１．１
／１０及び１／１００における可変増幅器の制御に必要
とされる３つの直流電圧の調整を必要とするだけである
。

この調整は設計者によってのみ実現し得る従来の解決方
法よりも遥かに簡単で遥かに信頼できること明らかであ
る。

第３図に示す減衰器は高周波数に対し高い入力インピー
ダンスを有する。しかし、一般に高い周波数に対しては
低インピーダンス及び小入力容量を有する減衰器を用い
るのが有利である。

これがため、第４図の電気回路図にユーザが高入力イン
ピーダンスと低入力インピーダンスの何れかを選択し得
るようにした減衰器を示しである。

この減衰器は高入力インピーダンスを有する減衰器１５
の入力端子に、低インピーダンスを有するスイッチ４１
、例えば同軸スイッチと大地に接続された低い値の抵抗
４２の直列接続を接続することにより得られる。この抵
抗は例えばオシロスコープにおいて通常の如＜５０Ωの
値にする。

一方では高周波信号を、他方では低周波数信号又は直流
信号を処理し得るようにするためには第５図に示す減衰
器を用いる。

低周波数信号及び直流信号はヘッド抵抗５２と例えば３
個のブリッジ抵抗５３．５４．５５とで構成される３ス
イツチングレベル用の抵抗ディバイダブリッジを具える
分岐５１に向う。抵抗５２．５３．５４．５５がそれぞ
れＩＭΩ、ＩＭΩ、　１００　ｋΩ及び１０　ｋΩを有
する場合、第５図に示す構成は上述と同一のスイッチン
グレベル、即ちｌ／Ｌ　１／１０及びｌ／１００を有す
る。これらスイッチングレベルはスイッチ５６、５７．
５８により選択することができる。これら抵抗の精度は
十分に高いので調整の必要はない。

低周波数では供給された信号はコンデンサ５９を通過す
る。このコンデンサをスイッチ７１により短絡して連続
信号を処理することができ、これにより２つの必要な結
合モード、即ち“°交流°゛モードと“直流°゛モード
実現することができる。

容量５９をヘッド抵抗５２とブリッジ抵抗５３．５４゜
５５の共通接続点との間に接続し、ブリッジ抵抗５３゜
５４、５５の共通接続点を更に演算増幅器７２の入力端
子に接続する。この増幅器の出力信号を加算回路７３に
より処理して入力信号に従うと共に選択スイッチングレ
ベルに従って減衰された信号を形成する。スイッチ５６
．５７及び５８と減衰器１５のスイッチＩｎは同期して
動作する。加算回路７３の出力は負の増幅率を有する増
幅器７４に入る。この増幅器の出力端子をスイッチ５６
．５７．５８の共通接続点に接続する。このように増幅
器７２と、加算回路７３と、負の増幅率を有する増幅器
７４と、抵抗５３．５４及び５５の各々と関連するスイ
ッチ５６．５７．５８との直列接続から成るループは低
周波数部分の減衰量を高周波数部分の減衰量に調整する
ことができる。加算回路の出力は中間スイッチングレベ
ルを決定する低電圧／低インピーダンス減衰器３３に入
る。

第５図の回路の動作は次のように解析される。

ｖｏを入力端子１０に存在する信号とし、Ｖ、をバス１
から出て接続線７０に存在する信号とする。固定減衰器
１５と可変減衰器３１は高周波減衰器を構成する。斯る
減衰器の出力電圧ｖ３は ここで、　Ｋ：減衰比１　、１／１０．１／１００τ□
；　τ、の逆数がＩＩＦ減衰器の下限遮断周波数に等し
い値 Ｓ　：演算子記号 と書き表わせる。

他方、演算増幅器７２は増幅率ＧＩＩと上限遮断周波数
を有する。ここで、 εを増幅器７２の入力側の接続線７５上の信号、Ｘを増
幅器７２の出力側の接続線７６上の信号、Ｇ）ｌを高周
波バス１の増幅率 であるものとすると、次の関係が存在する。

（１）　　Ｖ、＝−Ｇ工・ｖｏ （３）　Ｘ＝−Ｇ、ε （４）　　５＝−Ｖ、−Ｘ これらの関係から次の関係式： ％式％ ここでＨＦバス１の増幅率Ｇｌｌは Ｇ、＝に−ｇ□ であり、ｇｏは増幅器Ａ、〜醜の１個の増幅率である（
周波数が極めて高くなるとｇ＋＋＝１になる）。

式（５）は と書き表わせる。

従ってこの回路の総合減衰は広帯域減衰に相当するファ
クタＫに寄生ファクタ： が加わったものとなる。

これがため、このファクタを全周波数帯域に亘って最小
にしてＫに等しい一定の増幅率を得る必要がある。

周波応答に関しては： １＋ｓτ日 と書き表わせる（ここで、ｇｏ　＞＞　１　）。

寄生ファクタ（７）の分子は と書き表わせ、分母は と書き表わせる。

第６図の曲線Ａは分子についての増幅率の変化が連続的
に減少し始める。

同様に曲線Ｂは分母についての増幅率の変化を上限遮断
周波数（１＋　Ｋ　＋Ｇｏ）ｆｏを有する。

式（７）で表わされる寄生ファクタの変化を曲線Ｃで示
しである。このファクタはできるだけ小さく維持する必
要があると共に全周波数帯域に亘って増大を示さないよ
うにする必要がある。これがため、遮断周波数ｆ、を遮
断周波数ｆ０より低くする必要がある。この点を考慮に
入れない場合には曲線Ｃは第６図においてｆ、とｆｏと
の間で正の勾配を有し、全帯域に亘ってＫに等しい一定
の減衰を得ることはできない。上限遮断周波数（１＋に
＋Ｇｏ）ｆｏもｆｃより遥かに高くする必要がある。

このことは演算増幅器７２の増幅率−周波数帯域積Ｇ、
・ｆｏをパス１の高周波増幅器の下限遮断周波数より遥
かに高くすることを意味する。

これがため、１ｋｌｌｚ〜２　ＧＨｚの通過帯域を有す
る高周波増幅器に対しては演算増幅器７２の増幅率−周
波数帯域積は１００ｋｌｌｚ程度にする必要がある。

高周波数及び／又は低周波数信号に対し高及び低インピ
ーダンスで動作する第１．３．４又は５図の電気回路図
に従う本発明減衰器は種々の電気装置、特にオシロスコ
ープのような測定装置の入力段に使用することができる
。オシロスコープの場合には、オシロスコープ用の能動
プローブの形態の着脱自在の装置を用いるのが一般に好
適である。本発明の減衰器は高電圧及び高インピーダン
ス区分と低電圧及び低インピーダンス区分とに分けるこ
とができるため、オシロスコープとの高周波接続が低イ
ンピーダンスで得られる能動プローブを用いることが可
能になる。斯るプローブの電気回路図を第７図に示す。

電気信号は入力端子１０から高入力インピーダンスを存
する高周波用減衰器１５に入る。この減衰器にはスイッ
チ４１と低い値の抵抗４２を設は低インピーダンスで動
作するようにすることもできるが、これは絶対に必要で
あるわけではない、スイッチ■７で選択された信号は例
えば５０Ωの同軸ケーブル６３によりプローブボックス
６１に転送され、このプローブボックスはオシロスコー
プ６２の入カブラグに固定することができる。１つのス
イッチングレベルにつき１本の同軸接続がある。低周波
信号は抵抗５２による低周波接続により別に転送する。

減衰比は、制御信号を可変増幅率を有する増幅器の入力
端子３２に送出するオシロスコープの制御ボードから遠
隔制御することができる。これがため、高インピーダン
ス減衰器１５を能動プローブのニップル内に配置するこ
とができると共に極めて小寸法のプローブを形成するこ
とができる。この場合、低インピーダンススイッチング
素子はオシロスコープに近接するプローブボックス内に
収納する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による高インピーダンスを有する高周波
数用減衰器の電気回路図、 第２図は容量Ｃ，，を基板上の導電層により実現する例
を示す図、 第３図は可変増幅率を有する増幅器を後続させた第１図
に示す種類の減衰器の回路図、第４図は低インピーダン
ス適応手段を具える第１図に示す減衰器、 第５図はオシロスコープ用の高及び低インピーダンスを
有する高及び低周波数用減衰器の回路図、第６図は第５
図の信号の周波数に対する増幅率の変化を示す図、 第７図はオシロスコープ用プローブの電気回路図である
。 ｌＯ・・・入力端子　　　　　１１・・・出力端子１２
・・・高インピーダンス及び高電圧区分１３・・・低イ
ンピーダンス及び低電圧区分１５・・・減衰器　　　　
　　Ａ　Ｉ’＝　Ａ−・・・広帯域増幅器Ｃｔ””Ｃ−
、Ｄ＋””Ｄ−・・・容量■１〜■１・・・スイッチ　
　２０・・・基板２１・・・共通接合点　　　　３１・
・・可変利得増幅器３２・・・制御入力端子 ３３・・・低インピーダンス及び低電圧減衰器４１・・
・スイッチ　　　　　４２・・・低い値の抵抗５２・・
・抵抗　　　　　　　６１・・・プローブボックス６２
・・・オシロスコープ　　６３・・・同軸ケーブル特許
出願人　　　エヌ・べ−・フィリップス・フルーイラン
ペンファブリケン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高入力インピーダンスを有すると共に入力端子に導
   入された高周波電気信号を減衰する複数個のスイッチン
   グレベルを有し、低インピーダンス出力端子に減衰され
   た入力信号に相当する出力信号を出力する減衰器におい
   て、当該減衰器は 極めて小さな入力容量を有するｋ個の広帯 域増幅器Ａ＿ｎ（１≦ｎ≦ｋ）を具え、 各増幅器の入力端子と出力端子との間に容 量Ｄ＿ｎを配置し、 各増幅器の入力端子と減衰器の入力端子と の間に容量Ｃ＿ｎを配置し、この容量Ｃ＿ｎの値を容量
   Ｃ＿ｎ＿−＿１の値を値ｐに略々等しい係数で除算して
   得られる値にし、比Ｒ＿ｎ＝Ｃ＿ｎ／Ｄ＿ｎが減衰レン
   ジの減衰比を構成するようにし、且つ ｋ個のスイッチＩ＿ｎの入力端子を前記ｋ個の増幅器の
   出力端子にそれぞれ接続すると共にこれらのｋ個のスイ
   ッチの全ての出力端子を減衰器の出力端子に接続して、
   これらｋ個のスイッチにより減衰レンジの減衰比の１つ
   を選択することができると共に減衰器が極めて小さな入
   力容量を有するようにしたことを特徴とする減衰器。 ２、容量Ｄ＿ｎは全て略々同一の値Ｃ＿０を有している
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の減衰器。 ３、容量Ｃ＿１はＣ＿０に略々等しい値を有し、値ｐは
   １０に略々等しいことを特徴とする特許請求の範囲第２
   項記載の減衰器。 ４、各容量Ｃ＿ｎは２個の導体で構成し、両導体の近接
   度により各容量Ｃ＿ｎの値を決定してあることを特徴と
   する特許請求の範囲第１〜３項の何れかに記載の減衰器
   。 ５、各容量は基板上に堆積された導電細条を容量Ｃ＿ｎ
   の値を決定する距離に亘って遮断して成る２個の共平面
   導体で構成してあることを特徴とする特許請求の範囲第
   ４項記載の減衰器。 ６、前記ｋ個のスイッチＩ＿ｎの共通出力端子に接続さ
   れた、外部から制御し得る可変増幅率を有する広帯域増
   幅を具えていることを特徴とする特許請求の範囲第１〜
   ５項の何れかに記載の減衰器。 ７、減衰器の入力端子と大地との間に低い値の抵抗Ｒと
   直列にスイッチを接続してあり、高インピーダンス又は
   低インピーダンスで動作する特許請求の範囲第１〜６項
   の何れかに記載の減衰器。 ８、前記抵抗Ｒは５０Ωに等しいことを特徴とする特許
   請求の範囲第７項記載の減衰器。 ９、特許請求の範囲第１〜８項の何れかに記載の高入力
   インピーダンスを有する高周波用減衰器を、オシロスコ
   ープに接続し得るプローブボックスに低インピーダンス
   接続線を経て接続されたニップル内に配置してオシロス
   コープ用能動プローブとして構成したことを特徴とする
   減衰器。