JPH06331657A

JPH06331657A - プローブ

Info

Publication number: JPH06331657A
Application number: JP11689693A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Matsuzaki; 正明松崎; Shusaku Shimada; 修作島田
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1993-05-19
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-12-02

Abstract

(57)【要約】【目的】小型でかつある程度のケーブル長を有していな
がら、周波数特性のよい（入力容量の小さい）受動型プ
ローブを提供すること。【構成】被測定対象の信号を入力するための先端部と、
この先端部に接続し、入力信号の電圧値を１／１０以下
に減衰するための受動減衰プローブ回路部と、この受動
減衰プローブ回路部を介した入力信号を、増幅させるた
めの増幅回路と、この増幅回路の出力を波形観測装置本
体に接続する手段とを有するプローブ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、オシロスコープ等にお
いて波形観測に用いられる電圧プローブに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、オシロスコープ等におけるプ
ローブは、被測定回路への影響をできるだけ小さくする
ために入力抵抗が大きいことが要求され、また、高周波
における周波数特性をよくするため入力容量が小さい事
が要求される。このような要求に対しては、ＦＥＴプロ
ーブを用いるということも考えられるが、この場合、測
定する部分に接触するための先端部の形状が大きくなる
という問題が発生する。一方、入力容量を小さくするた
めに、プローブにおける減衰比を大きくするということ
も考えられるが、減衰比を大きくすると電圧の測定の感
度が悪くなるという問題が発生する。

【０００３】これらの状況を鑑み、一般的な１０：１の
受動型プローブを用いて、入力容量を小さくさせるにあ
たっての問題の所在を明らかにさせる。図７に、従来か
ら用いられる１０：１の受動型プローブの構成を示す。
図７において、３は先端部、４はケーブル、５は補償用
ボックス、１４はオシロスコープ本体である。図７に示
す構成のプローブの等価回路を図８に示す。図８におい
てＲ１およびＲ２は抵抗で、これらの抵抗の抵抗値も示
すものである。Ｃ１およびＣ２はコンデンサで、これら
のコンデンサの容量値も示すものである。

【０００４】このような等価回路を用いて、図７に示す
プローブの動作を具体的に説明する。抵抗Ｒ１，コンデ
ンサＣ１はプローブ先端部３に内蔵されているものであ
り、抵抗Ｒ２はオシロスコープの入力抵抗、Ｃ２はプロ
ーブケーブルの静電容量とオシロスコープの入力容量、
及び補償ボックス内のコンデンサー容量値等の合成値を
表すものである。

【０００５】このような、等価回路で示される図７の構
成の受動型プローブによって得られる利得が、直流電圧
が入力されたときから高周波が入力された場合にまで同
一であるためには、（１）式の条件が成立したときとな
る。この事は回路網の計算上確かめられるものである。Ｒ１・Ｃ１＝Ｒ２・Ｃ２ … （１）ここで例えばＲ１＝９MΩ、Ｒ２＝１MΩとすれば減衰比
１０：１が得られ、さらに式（１）より、この状態で
は、コンデンサＣ１の値はコンデンサＣ２の値の９分の
１になる。

【０００６】なお、入力から見た容量値は、コンデンサ
Ｃ１とＣ２の直列合成値となるので、１０：１のプロー
ブの場合はＣ１の約９／１０の値となる。よって、プロ
ーブ先端から見た入力容量は、Ｃ１×９／１０と先端部
の浮遊容量成分の合計となる。一般に浮遊容量はコンデ
ンサＣ１の容量値よりも十分小さいので、入力容量の決
定要因はコンデンサＣ１の値が支配的となる。このよう
な受動減衰プローブでケーブル長を１．５〜２メートル
ほど確保しようとすると、使用するケーブルの静電容量
はメートルあたり３０〜４０pFであるので、図８の浮遊
容量Ｃ２はオシロスコープの入力容量等を含めたトータ
ルで１００pF近くになってしまう。このため、内蔵コン
デンサＣ１の値は１００pFの９分の１つまり１１pF程度
であることが要求される。従って、図７の様な構成の受
動型プローブの入力容量には、Ｃ１の値で決定される。
コンデンサＣ１の容量を小さくする方法の一つとしてケ
ーブル長を短くして容量Ｃ２を減らす事が考えられる
が、プローブとしての使用方法を考慮するとすれば、ケ
ーブル長は１メートル程度を確保する必要があり、容量
Ｃ２を減らすことは困難であり、大幅な改善は期待でき
ない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
問題点に鑑み、ケーブル長の長さを短くすることなく、
かつ、プローブの先端部におけるコンデンサの容量を少
なくした電圧プローブを提供する事を目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、被測定対象の
信号を入力するための先端部と、この先端部に接続し、
入力信号の電圧値を減衰するための受動減衰プローブ回
路部と、この受動減衰プローブ回路部を介した入力信号
を、増幅させるための増幅回路と、この増幅回路の出力
を波形観測装置本体に接続する手段とを有するプローブ
である。

【０００９】

【作用】先端部として１０：１以上の減衰比を有する受
動減衰プローブの補償用ボックス部にプローブ全体とし
ての減衰比を最適値に回復させるための増幅器を内蔵さ
せたため、１０：１の減衰比を保ちつつ、先端部の形状
が小型であり、先端容量値が低減されて、周波数特性が
よいプローブとなる。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明の一実施例の基本的構成図で
ある。図２は外観図を示す。図において、先端部３は、
観測信号を入力するもので、抵抗１及びコンデンサ２の
並列回路から構成される。これら抵抗１及びコンデンサ
２の並列回路から構成される回路は、電気的な雑音を防
止する処理の施された（以下、シールドの施された、と
いう）先端部ケース３に内蔵される。４はケーブルで、
先端部３と補償用ボックス５を接続する。補償用ボック
ス５は、その入力端子と接地間に配された、可変コンデ
ンサ６と可変抵抗７とを直列に接続した回路、及び抵抗
８と入力端子に接続された増幅器９とから構成される。
１０は同軸コネクタで、補償用ボックス５とオシロスコ
ープ本体を接続するものである。１１は電源用コネクタ
で、増幅器９等に電源を供給する。

【００１１】例えば、抵抗１を950kΩ、コンデンサ２を
5pFとし、ケーブル４はケーブル長１．５メートルを有
し、シールドが施されたカーマロイ線により構成され
る。また、補償用ボックス５の入力部には周波数特性補
償用の可変コンデンサ６及び可変抵抗７が接地電位の間
に直列に挿入される。更に後続の入力抵抗を決定するた
めの抵抗８が接地電位との間に接続され、抵抗８は50Ｋ
Ωとする。増幅器９は、その利得を２倍とし、また、い
わゆる広帯域増幅器に該当する。さらに、この増幅器９
の入力抵抗は抵抗８に比べて無視できるほど大きく設計
されている。増幅器９の出力は同軸コネクタ１０に接続
され、この同軸コネクタ１０を介し、入力抵抗を50Ωに
設定したオシロスコープ本体に接続される。

【００１２】次に、このような構成における本発明の動
作を説明する。入力信号のうち低周波成分は抵抗１の95
0kΩと抵抗８の50ＫΩにより、２０：１に減衰されて増
幅器９に入力される。一方、高周波成分はコンデンサ２
の5pFと先端部以降の後続の合成容量、すなわち、ケー
ブル４、可変コンデンサ６、増幅器９の入力容量の合成
値（以下、単に後続の合成容量という）とで分圧され
る。この時、前述の式（１）（Ｒ１・Ｃ１＝Ｒ２・Ｃ
２）が成り立つように可変コンデンサ６を調整する。
具体的には方形波を入力してその出力波形が平坦になる
ように、オシロスコープの画面上で観測しつつ調整し、
その結果直流から高周波まで平坦な周波数特性を有する
２０：１の減衰器が構成される。尚、可変抵抗７は、ケ
ーブル４の抵抗成分等に起因する高周波成分のゲイン低
下を補償するためのもので、可変コンデンサ６と同様に
立ち上がりの急峻な方形波を入力して同様な方法で調整
する。

【００１３】この実施例において、後続の合成容量の条
件が従来の受動型プローブと同等すなわち100pF程度で
あるとすると、減衰量が２倍になっているので先端部３
におけるコンデンサ２は従来の約半分の5pFにできる。
この減衰した信号は増幅器９で２倍に増幅され、結局、
入力信号はプローブ全体では１０：１の減衰比に復帰し
て、オシロスコープ本体に入力される。このようにし
て、入力容量の低減を可能にしながら、１０：１の減衰
比を有する受動型プローブが実現できる。

【００１４】尚、本実施例では増幅器９を補償用ボック
ス５内に内蔵したが、増幅器９を図３に示すようにＢＮ
Ｃタイプの入力コネクタを有する専用のアダプターボッ
クス１３内に内蔵し、受動減衰プローブの部分を取り外
ずしが可能となるように構成しても良い。また、増幅器
９の入力容量を小さく設計し、またケーブル長を１メー
トル程度に短くする等で後続の合成容量を低減し、先端
容量値（コンデンサＣ１の容量）を更に小さくする事も
可能である。また、先端部３を含む減衰比を３０：１
（２０：１以上の）とし、増幅器９の利得を３倍にする
事により先端容量値をさらに小さくすることができる。

【００１５】図４は、本発明の他の実施例の基本的構成
図である。図５は外観図を示す。両図において、図１と
同様のものには、同符号を付ける。１２は特性インピー
ダンスが５０Ωの同軸ケーブルで、一端は、増幅器９の
出力に接続し、他端はオシロスコープ本体に接続する。

【００１６】図４において、例えば、抵抗１を9MΩ、コ
ンデンサー２が３pFとする。またケーブル４は、ケブー
ル長を３０ｃｍとし、抵抗８は１MΩとする。また、こ
こでの増幅器９は、いわゆるバッファーアンプである。
ここでバッファーアンプたる増幅器９の入力抵抗は抵抗
８に比べて無視できるほど充分大きく設計されている。

【００１７】このような構成における動作を説明する。
入力信号の低周波成分は9MΩの抵抗１と1MΩの抵抗２に
より１０：１に減衰されて増幅器９に入力される。一
方、高周波成分はコンデンサ２の3pFと後続の合成容量
とで分圧される。この時も上述の場合と同様に、式
（１）（Ｒ１・Ｃ１＝Ｒ２・Ｃ２）が成り立つように
可変コンデンサ６および可変抵抗７を調整する。

【００１８】この実施例では、ケーブル４のケーブル長
が３０ｃｍであるため、ケーブル４の静電容量は10pF程
度となる。その他増幅器９の入力容量と可変コンデンサ
等のトータル値を17pF程度に設計すれば、受動型プロー
ブの先端部３内のコンデンサ２より後続の総容量値は27
pF程度にできる。よって、（１）式より、先端のコンデ
ンサ２は従来の受動減衰プローブの３分の１以下の３pF
という容量値で設計できる。

【００１９】入力信号が１０：１に減衰した信号は、増
幅器９でインピダンス変換される。このように、増幅器
９で、インピダンス変換されているため信号は、その特
性が失われることなく、１．５ｍの同軸ケーブル１２を
介し、オシオスコープ本体に入力される。このようにし
て、入力容量の低減を可能にすると共に、小型である事
が要求される先端部は簡単な回路構成で済み、補償用ボ
ックス部５は被測定回路にじゃまにならない程度の中間
位置に下げられ、さらに低インピダンスの伝送ケーブル
で延長される事により、測定に問題のない程度の長さの
ケーブル長を有するプローブが実現できる。尚、この実
施例にあっても、図１の実施例と同様に、図６に示すよ
うに、増幅器９をＢＮＣタイプの入力コネクタを有する
専用のアダプターボックス１３内に内蔵し、受動型プロ
ーブの部分をに取り外しに設計することも可能である。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたように本発明では、１０：１
以上の減衰量を有する受動減衰プローブ回路の出力を、
減衰量が最適な値に復帰するだけの利得を有した増幅器
で増幅してオシロスコープ本体に出力する事により、先
端部の構造が簡単なため超小型化が可能でかつ安価であ
り、従来の受動減衰プローブより入力容量が小さく高周
波性能が改善され、しかも減衰比をオシロスコープ本体
の電圧軸表示に適した値に設定された受動型プローブを
実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成図である。

【図２】本発明の一実施例の外観図である。

【図３】本発明の一の実施例の応用図の外観図である。

【図４】本発明の他の実施例の構成図である。

【図５】本発明の他の実施例の外観図である。

【図６】本発明の他の実施例の応用図の外観図である。

【図７】本発明の説明図である。

【図８】本発明の基本的構成図である。

【符号の説明】

３先端部４ケーブル５補償用ボックス９増幅器１０入力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被測定対象の信号を入力するための先端部
と、この先端部に接続し、入力信号の電圧値を減衰するため
の受動減衰プローブ回路部と、この受動減衰プローブ回路部を介した入力信号を、増幅
させるための増幅回路と、この増幅回路の出力を波形観測装置本体に接続する手段
とを有するプローブ。
【請求項２】被測定対象の信号を入力するための先端部
と、一端がこの先端部に接続され、入力容量に関連した長さ
を有するケーブルと、このケーブルの他端に接続され、入力信号の電圧値を減
衰するための受動減衰プローブ回路部と、この受動減衰プローブ回路からの出力をインピーダンス
変換するバッファアンプ回路と、このバッファーアンプ回路と波形観測装置本体とを接続
する延長ケーブル手段とを有するプローブ。