波形が正しく見えない!? ……甘い詰めが誤差を増す：いまさら聞けないオシロスコープ入門（3）（2/2 ページ）

周波数帯域もサンプル･レートも問題ないからといって、詰めが甘くては意味がありません。“最後の詰め”とは何なのか、いつものようにクイズを交えながら解説します。

[稲垣 正一郎，日本テクトロニクス]

　下図はワニ口グランド･リードの悪影響により、50MHz以上の周波数を測定した場合、本来1Vのはずの振幅が20〜50％もの誤差を生じる例です。サイン波の観測において、せいぜい50MHzくらいまでの周波数でしか使えません。

　たとえ500MHzの周波数帯域をうたうプローブであったとしても、これ以上の周波数においては、ワニ口グランド･リードをあきらめ、専用のアダプタを使うことが必須です。「500MHzとうたい、ワニ口グランド・リードを標準で付属しておいて、何をいう」とお怒りにならず、その原理を知り、それを避ける手法を知りましょう。

50MHz以上の周波数において周波数特性が悪化した例

　多くの受動プローブの入力は入力抵抗Rp＝10MΩ、入力容量Cp＝10pFの並列回路を形成します。この容量とグランド・リードのインダクタンスLgが直列共振を起こします。

入力抵抗Rp=10MΩ、入力容量Cp=10pFの並列回路

　物理現象ですので避けることができません。しかし、2つの解決策があります。

解決策1：長さの短いグランド･アダプタを使用する

　長さの短いグランド・アダプタの例です。

長さの短いグランド・アダプタ

　これらのアダプタを使用することにより、プローブのうたう最高周波数帯域までの測定が可能になります。

解決策2：入力容量の小さなプローブを使用する

　入力容量を10分の1くらい小さくすることにより、この問題を大きく改善したプローブがアクティブ・プローブや差動プローブです。100MHz以上の周波数において、15cmほどの長さのグランド･リードを使用しても、正しい測定ができます。短いグランド・アダプタと併用することにより、GHzを超える測定も可能となります。

入力容量の小さなプローブ適用例

リード線による延長が波形を変形

　針形状のプローブの先端を直接測定点に接続できればいいのですが、それができないことがままあります。プローブの入らないほど狭い場所に接続しなくてはならない場合は、プローブの先端から測定点までをリード線により延長して接続することがあります。

　これも要注意です。前述のように、リード線のインダクタンスとプローブ入力容量の直列共振が起きます。これにより波形が大きく変形します。プローブの先端を延ばした場合は、実波形にはない大きな共振が生じオシロスコープが正しくない波形となります。これに対しては、直列共振回路に抵抗器を挿入し、共振をダンプして変形を抑える手法が効果的です。共振がダンプされ、波形をかなり改善することができます。

共振をダンプして変形を抑える例

長い入力リードの扱いで波形が変形

　高電圧を入力できる差動プローブなど、フローティング測定に適したプローブは入力部に長い入力リードを持つ構造です。この手のプローブは入力リードの扱いにより、特性が変化します。下図のように、2本のリードを軽くねじった状態においては、規定された最高特性が出ます。

2本のリードをねじった場合と離した場合

　しかし、距離の離れた2点間に接続する場合は2本の入力リードをねじることができません。2本のリードを離したままでは、数十MHzを超えない測定にとどめなければなりません（次回に続く）。

筆者紹介

日本テクトロニクス
テクニカルサポート・センター長
稲垣　正一郎（いながき しょういちろう）氏

テクニカル・サポート・センター長として、ユーザーの技術問合せ対応および社内の技術者育成に従事。オシロスコープに関する執筆も多く手掛ける。