オシロスコープ・プローブとは？構造と仕組み

オシロスコープ・プローブは、テスト・ポイント や信号源とオシロスコープの間を物理的、また電気的に接続するデバイスです。 測定ニーズに応じて、ワイヤのように単純なものや、アクティブ差動プローブのような高度なものを使用して 接続することができます。基本的にプローブは、信号源をオシロスコープの入力に接続する、 ある種のデバイスまたはネットワークです。

オシロスコープ・プローブの仕組み

プローブは、測定したい電気信号をオシロスコープ本体に伝える橋渡し役を果たします。プローブの先端で電気信号を捉え、その信号をケーブルを通してオシロスコープに送ります。プローブは、信号源—または被試験デバイス（DUT）—とオシロスコープの間の 質の高い接続を実現します。プローブを選び、使用する際は、物理的な接続、回路動作への影響、信号伝送など、 いくつもの重要な要素を考慮する必要があります。

オシロスコープ・プローブの構造

ほとんどのプローブに、少なくとも1〜2メートルのケーブルが付属しています。プローブ・ケーブルにより、オシロスコープを 台車やベンチトップ上に置いたまま、プローブを、テストをする回路のテスト・ポイントからテスト・ポイントに 移動することができます。ただし、プローブ・ケーブルでプローブの帯域幅が減少する場合があります。したがって、ケーブルが 長くなるほど、この減少幅が大きくなります。

ほとんどのプローブには、プローブ・チップ付きのプローブ・ヘッドまたはハンドルが付いています。プローブ・ヘッドを使用すると、プローブを保持しながら チップをテスト・ポイントまで動かすことができます。ほとんどのプローブ・チップはバネ式のフックの形をしており、 このフックでプローブをテスト・ポイントに取り付けることができます。

オシロスコープ・プローブの接続

プローブをテスト・ポイントに取り付けると、プローブ・チップとオシロスコープ入力が電気的に 接続されます。そのため、プローブがプローブされた回路に与える影響（一般的に「負荷」と呼ばれる）を最小限に抑え、 目的とする測定に適した信号忠実度を維持することが不可欠です。プローブが信号忠実度を維持しない場合 、または信号を変化させたり、回路の動作を変えたりすると、オシロスコープはそれを見て、 実際の信号を歪んだ形でレポートします。その結果、不正確な測定になる可能性があります。

プローブにはどのような種類があるか？

プローブの種類		概要
	パッシブ・プローブ（受動プローブ）	パッシブ・プローブには、異なる電圧範囲に対し、1：1、10：1、100：1など、さまざまな減衰係数のものがあります。1：10の受動プローブが最も一般的で、ほとんどのオシロスコープに付属しています。
	アクティブ・プローブ／FETプローブ	アクティブ・プローブは、増幅器などの能動部品を含むか、または依存しています。アクティブ・デバイスのほとんどが電界効果トランジスタ（FET）です。アクティブ・プローブは、高帯域幅の測定に使用され、通常、受動プローブよりもはるかに低い入力容量となっています。
	差動プローブ	低電圧差動プローブは、差動増幅器を使って2つの信号を減算し、オシロスコープの1チャンネルで測定する差動信号を1つ生成して、より広い周波数範囲で高い性能を発揮します。
	高電圧差動プローブ	高電圧差動プローブの最大定格は20,000ボルトです。
	電流プローブ（カレント・プローブ）	電流プローブの設計にはいくつか種類がありますが、最も一般的なのは、電磁界の強さを感知し、オシロスコープによって測定するために対応する電圧に変換するものです。
	ロジック・プローブ	ロジック・プローブは、デジタル信号を検証しデバッグすることができます。
	光プローブ	光プローブには通常、光-電気変換器が内蔵されており、光信号をオシロスコープで見ることが可能です。
	IsoVu絶縁プローブ	絶縁型プローブ では、非グランド基準測定、または「フローティング」測定が可能です。テクトロニクスの製品ラインナップ は、業界トップクラスのCMRRを提供します。

理想的なオシロスコープ・プローブ

理想的なプローブには、次の重要な特性があります。

接続のしやすさと利便性

1つのサイズや構成ですべての用途を適えるプローブは存在しません。このため、さまざまな用途で物理的な接続要件を 満たすよう、各種サイズや構成のプローブが設計されています。

絶対信号忠実度

プローブ・チップで発生する信号は、オシロスコープの入力で忠実に複製される必要があります。

ゼロ信号源負荷

信号源負荷がゼロのプローブは、実現不可能です。オシロスコープの入力に信号電圧を発生させるには、 少なくとも少量の信号電流を引き込む必要があります。したがって、プローブを使用する際に、ある程度の信号源の負荷が 予想されます。ただし、常に目指すべきは、適切なプローブを選び、負荷を最小限に 抑えることです。

完全なノイズ耐性

オシロスコープのプローブが、すべてのノイズ・ソースに影響されないわけではありません。シールドを使用すると、プローブはほとんどの信号レベルに対応できる高いノイズ・レベル耐性を 獲得します。ただし、特定の低レベルの信号では、ノイズの問題は解消されません。

オシロスコープ・プローブの使い方

測定に必要な機器をベンチに揃えたら、プローブの接続方法や補正方法などのオシロスコープ・プローブの使い方｜波形がおかしい場合の対処法 を学びましょう。

オシロスコープ・プローブ関連資料

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• プローブ・セレクション・ガイド
• プロービングで失敗しないためのオシロスコープ応用講座
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