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計 測 とフルーブ 基 礎 編レクロイ・ジャパン 株 式 会 社2003 年 12 月 17 日1相 互 作 用 計 測 は、 必 ず 被 測 定 物 に 影 響 を 与 えます。 被 測 定 物 からエネルギーを 奪 うことにより 計 測 が 行 われます。このエネルギーが大 きくなると 誤 差 が 大 きくなるのです。熱 エネルギーリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 2リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ1


プローブの 接 続 プローブを 接 続 する 前 は、 信 号 源 からの 電 流 はすべて 負 荷 抵 抗 に 流 れていますいます。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page-3プローブの 接 続 プローブを 測 定 端 に 接 続 すると、プローブにも幾 分 かの 電 流 が 流 れることとなりとなり、 被 測 定 回 路 から 電 気 エネルギーを 奪 うことになります。プローブリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 4リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ2


プローブの 接 続 プローブを 接 続 することにより、 被 測 定 回 路 に 影 響 を 及 ぼすことをプローブの負 荷 効 果 と 呼 びます。 フルーブに電 流 が 流 れることで 測 定 点 の 電 圧 自 身 が 下 がってしままいまます。 これはれは、フルーブ自 身 の 特 性 以 前 の 問 題 です。プローブリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page-5計 測 は、 何 かを 介 して 行 われます 介 在 したものによって 生 じる 歪 が 常 に 伴 うことを 覚 悟 しなければなりません。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 6リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ3


プローブを 介 して 生 じる 歪 プローブは 抵 抗 とコンデンサによるローパス・フィルタと 考 えられます。プローブリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page-7プローブを 介 して 生 じる 歪 つまり、 仕 様 よりも 高 い 周 波 数 の 信 号 は 減 衰 してしまいます。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 8リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ4


プローブを 介 して 生 じる 歪 したがって、 高 い 周 波 数 の 信 号 は 歪 むのです。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page-9プローブを 介 して 測 定 をする 場 合 の 注 意 プローブを 使 って 測 定 する 場 合 には、 以 下 の 影 響 が 誤 差 範 囲 内 になるよるように考 慮 しておく 必 要 があります。 負 荷 効 果 フルーブを接 続 することにより 非 測 定 物 に 影 響 を 与 え、 非 測 定 信 号 そのものが 変 化 してしままうことを言 いまます。 注 : 負 荷 効 果 は 直 流 だけでなく 交 流 でも 考 えなければばなりまません。 フルーブの特 性 フルーブ自 身 の 特 性 により 信 号 が 歪 んでしままうこと 指 しまます。 一 般 的 には 仕 様 で 決 められた 周 波 数 帯 域 のルーパハシ・ファルソと 考 えることができまます。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 10リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ5


計 測 とその 基 準 測 定 には、 基 準 が 必 要 です。 見 た 目 には 左 から 順 番 に 背 が 高 いように 見 えまます。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 11計 測 とその 基 準 基 準 を 明 確 にしなければ、 正 しく 計 測 したことにはなりません。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 12リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ6


プローブで 測 定 する 場 合 の 基 準 グランド・リードが 基 準 になっていると 考 えられます。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 13プローブで 測 定 する 場 合 の 基 準 グランド・リードはどこに 接 続 されていますかいますか??リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 14リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ7


プローブで 測 定 する 場 合 の 基 準 プローブのグランドリードはオシロスコープの 筐 体 に 接 続 されています。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 15プローブで 測 定 する 場 合 の 基 準 オシロスコープの 筐 体 は、どこに接 続 されているのでしょうか??リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 16リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ8


プローブで 測 定 する 場 合 の 基 準 オシロスコープの 筐 体 は 電 源 ケーブルでアースに 接 続 されています。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 17プローブで 測 定 する 場 合 の 基 準 つまり、プローブで 計 測 する 場 合 には、 接 地 レベルを 基 準 にしていることになります。プローブリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 18リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ9


プローブで 測 定 する 場 合 の 基 準 被 測 定 装 置 の 筐 体 も 電 源 ケーブルでアースに 接 続 されているのが普 通 です。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 19プローブで 測 定 する 場 合 の 基 準 アースを 基 準 にするならグランド・リードは 必 要 ないのでしょうか?リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 20リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ10


プローブで 測 定 する 場 合 の 基 準 線 も 長 くなるとインダクタンス 成 分 が 無 視 できなくなります。 抵抗 とコンデンデンサ 以 外 にインダクタンスが 加 わり、 複 雑 なフィルタとして 働 くことになりまります。プローブリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 21信 号 の 歪 はどうなるのでしょうか? インダクタンスとコンデンサによる 共 振 が 起 こり、その周 波 数 では 信 号 は 増 大 することになります。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 22リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ11


信 号 の 歪 はどうなるのでしょうか? 共 振 が 起 きるとリンギングが 発 生 します。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 23長 くなったケーブルはアンテナ 長 い 線 はアンテナとして 働 きます。プローブリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 24リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ12


長 くなったケーブルはアンテナ グランド 線 がアンテナとして 働 くと 高 周 波 のノイズを 拾 って 信 号にノイズが乗 ってしまいます。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 25理 想 的 なプローブは? インピーダンスが 無 限 大 抵 抗 が 無 限 大-> 直 流 における 負 荷 効 果 がゼズル 容 量 がゼズル-> 交 流 における 容 量 性 の 負 荷 効 果 がゼズル-> 周 波 数 特 性 が 伸 びびる 線 長 がゼズル(アンヱゾクキソンヱシがゼズルアンヱゾクキソンヱシがゼズル)-> 交 流 における 誘 導 性 の 負 荷 効 果 がゼズル->アンヱテナト効 果 もゼズルでノヌアジに 強 いリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 26リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ13


プローブの 種 類 パッシブ・プローブ アンヱフのようなアクキテァブ素 子 を 使 っていまません。 抵 抗 とコケンヱデンヱサコから 出 来 ていまます。 比 較 的 安 価 で、 壊 れにくい アクティブ・プローブ トラョンヱザシソややラョンヱザシソややFETFETのようなアクキテァブ素 子 を 使 って 広 帯 域 、高 アンヱピーゾンヱシ、 低 容 量 にすることが 可 能 です。 比 較 的 高 価 で、アクキテァブ素 子 が 壊 れややすいリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 27パッシブ・プローブ オシロスコープの 入 力 インピーダンスと 組 み 合 わせて 減 衰 器 を 形作 る。 一 般 的 なものはオシロスコープの 入 力 カップリングが1M1MΩが 前 提 になっなっていますています。フルーブ オエサルシコケーフ9MΩ減 衰 率1MΩ/(9MΩ+1MΩ)= 1/101MΩリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 28リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ14


パッシブ・プローブ オシロスコープの 入 力 カップリングが5050Ωの 時 に 用 いる 高 周 波 用の10:110:1プローブもありますプローブもあります。フルーブオエサルシコケーフ450Ω50Ω減 衰 率50Ω/(450Ω+50Ω)= 1/10リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 29入 力 カップリングを 間 違 うと 1MΩ 用 のプローブを 入 力 カップリング5050Ωで 使 うと、 信 号 が 小 さくなりすりすぎるぎる。フルーブオエサルシコケーフ9MΩ50Ω減 衰 率50Ω/(9MΩ+50Ω)= 1/180,001リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 30リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ15


入 力 カップリングを 間 違 うと 逆 に5050Ω 用 のプローブを 入 力 カップリング1M1MΩで 使 うと、 信 号 がほとんとんど 減 衰 しませんが、 周 波 数 帯 域 が 落 ちてしまいます。フルーブオエサルシコケーフ450Ω1MΩ減 衰 率1MΩ/(450Ω+1MΩ)= 1/1.00045リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 31プローブの 調 整 一 般 のパッシブ・プローブには 調 整 用 の 小 さなドライバーが 付 属していまいますがすが、 何 を 調 整 するのでしょうか?リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 32リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ16


プローブの 調 整 オシロスコープの 入 力 回 路 の 容 量 をまったくゼロにしてしまうことができまきませんせん。1M1MΩの 抵 抗 に1010~20pF程 度 のコンデンサが 等 価的 に 接 続 されていますれています。またまた 接 続 する 同 軸 ケーブルにも 比 較 的 大きなコンデンサがサがあるので余 計 にローパス 効 果 が 大 きくなります。フルーブ 同 軸 ケクーブル オエサルシコケーフリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 33プローブの 調 整 プローブには、こうしたオシロスコープやケーブルの容 量 をキャンセルすルするために小 さなコンデンサが 接 続 されています。フルーブ同 軸 ケクーブルオエサルシコケーフリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 34リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ17


プローブの 調 整 実 際 には、プローブの先 端 に 取 り 付 けられたコンデンサを 調 整 することはできないので、プローブ・ボックスの中 にあるコンデンサを 調 整 するようにしています。フルーブ同 軸 ケクーブルフルーブボペッチクキシオエサルシコケーフリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 35プローブの 調 整 校 正 信 号 波 形 を 使 ってきれいな 方 形 波 になるように 調 整 をしますが、 一 体 何 が 変 わるのでしょうか?リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 36リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ18


プローブの 調 整 最 適 に 調 整 すると、プローブとオシロスコープによる分 圧 比 ( 減衰 比 )が 周 波 数 に 関 係 なくなり、ローパス・フィルタ効 果 がなくなるのです。フルーブオエサルシコケーフ37リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 37プローブの 調 整 ステップ 信 号 では、 立 ち 上 がり 部 分 は 非 常 に 高 い 周 波 数 の 成 分 が支 配 的 なので、コンデンサによる分 圧 が 効 果 を 示 します。その後 、直 流 とみなみなせるようになるとせるようになると、 抵 抗 による 分 圧 が 効 果 を 示 します。例20pF180pF9MΩ1MΩリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 38リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ19


プローブの 調 整 この 場 合 は、 全 帯 域 に 渡 って 一 定 のレベルが 得 られます。リベル周 波 数リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 39プローブの 調 整 逆 に、コンデンサによる分 圧 比 が 抵 抗 のものに 比 べて 小 さい 場 合には、 下 のような 鈍 った 波 形 になります。例10pF180pF9MΩ1MΩリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 40リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ20


プローブの 調 整 この 場 合 は、 高 域 が 落 ちてしまいます。リベル周 波 数リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 41プローブの 調 整 コンデンサによる 分 圧 比 が 抵 抗 のものに 比 べて 大 きい 場 合 には、下 のような 尖 った 波 形 になります。例25pF180pF9MΩ1MΩリクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 42リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ21


プローブの 調 整 この 場 合 は、 高 域 が 持 ち 上 がってしまいます。リベル周 波 数リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 43プローブの 調 整 が 十 分 でない 場 合 の 注 意 この 波 形 の 歪 は、かなり 周 波 数 の 低 い 範 囲 で 起 きるので、 調 整 が不 十 分 である 場 合 には、 短 いパルス 信 号 を 見 ると、その 振 幅 が 大きく 異 なる 場 合 があります。 短 いパルスでは、 先 ほどの 波 形 の 歪を 確 認 することは 困 難 なので 振 幅 を 見 誤 る 危 険 性 があります。 必 ず、プローブを 使 う 前 に 調 整 ができているかどうかの 確 認 をすることをお 勧 めします。リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社 17/Dec/03 (8/May/2012 Revised)、Page- 44リクキルア・ザャメパハンヱ 株 式 会 社ヘーザ22

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