ＦＥＴプローブとは？

質問

こんばんわ。

初歩的な質問ですが・・・。

電子回路内のノイズの波形を観測するのに、「ＦＥＴプローブを使いなさい」と、会社の先輩に言われました。
理由は、ＦＥＴプローブは入力インピーダンスがほぼ無限大で、プローブを被測定物に接続しても電流が全く流れず、波形を鈍らせることなくノイズを測定できるからだ、ということでした。
しかし、調べてみるとＦＥＴプローブと言われている、たとえばLeCroy社のアクティブプローブの入力インピーダンスはわずか１００オームでした。
FETプローブとはいったいナニモノなんでしょうか？
またアクティブプローブとの関係は？

よろしくお願いします。

回答No.1

dojustice · ベストアンサー

LeCroy社のアクティブプローブのカタログをＨＰから見付けてきました。
３品種ありますが、すべて100kΩです。
100Ωでなくて100ｋΩの間違いではないのですか？　(^_^;)
http://www1.sphere.ne.jp/kobakei/lecr.html

それはさておいて、FETの入力インピーダンスの問題について、ちょっとお話させていただきます。

一般にFETをプローブとして使用する場合、ソース接地型（例　ソースフォロワー）で使用します。
この場合、ゲートーソース間のインピーダンスはDC～AFでは、極めて高く数MΩ～数十MΩになり、
被測定回路への影響を最小限にすることができます。
（先輩がおっしゃる通りです）

問題は、FETの入力容量です。
仮に0.25pFの入力容量があるとすると、単純に計算しても、5GHzでは127Ωのインピーダンスに
なってしまいます。（この数値はレクロイ社のパッシブプローブに出ていたものです）
しかし、高周波は50Ωの世界ですから、レクロイ社はこのプローブは「5GHzでも十分使える」と
説明しています。

FETの入力容量については、個別にデータシートで調べ、使用周波数を入れて自分で計算して
みてください。
「高周波では極めて低いインピーダンスになってしまう」ことが、確認できるかと思います。

結論を言うと、「FETプローブは低周波では極めて高いインピーダンスを持つが、高周波では必ずしもそうではない」ということです。
ただし、「高周波の世界は一般に50Ωでやりとりしているから、数百Ωもあれば回路への影響は小さく出来る」とも言えます。
（勿論高周波回路といえども、段間ではハイインピーダンスの箇所もあるでしょうから、
こういうところに50Ω回路を接続してはいけないことは勿論です）

ご質問の100Ωが仮に正しいとしてですが、（資料がないので何とも言えないのですが）例えば数GHzの動作周波数でそのインピーダンスになるということはあり得ると思います。
ただし、一般には上述のように50Ωでやりとりするわけですから、50Ω以外では「整合がとれないのではないか？」という疑問もあります。

こういう質問では、なるべく出典（資料？）を添付するようにしてください。

参考URL：

http://www1.sphere.ne.jp/kobakei/lecr.html

お礼

どうもありがとうございます。
すごくわかりやすい説明でした！＼(^o^)/

そしておっしゃるとおり、１００Ωではなくて、１００ｋΩです。（おはずかしい・・・）

回答No.5

dojustice

A4です。
すみません。

カタログ記載値は、100kΩ/0.7pFでした。
2.5GHzで91Ωは変わりません。

回答No.4

dojustice

A1です。
お礼欄への書き込みを拝見しました。
そうですか。やっぱり100kΩでしたか・・・(^_^;)

ところで先ほど添付したURLですが、これを開けばレクロイ社プローブのインピーダンスが、すぐ
見れると思ったのですが、今やってみると小林計測器のＨＰが開いて、プローブまで辿り着く
のが大変だということがわかりましたので、レクロイ社ＨＰからの手順を記載しておきます。
済みませんでした。
http://www1.sphere.ne.jp/kobakei/lecr.html

1.右側の「ロジックスコープアナライザ」をクリック
2.左側の一覧の中から「■プローブ」をクリック
3.「広帯域アクティブプローブ HFP」をクリック

HFP2500は2.5GHzの周波数帯域を持ち、100kΩ/2.5pFと記載してあります。
ただこの値は前回ご回答でも申し上げましたように、周波数が変わればインピーダンスも変わる
ものなので、その点ご注意ください。
因みに、この入力容量では2.5GHzでは91Ωになります。

質問者さんが誤解なさらないよう若干補足させていただきます。

添付された技術資料には、FETプローブの性能データはありますが、動作原理を説明するものは
何もありませんので念のため・・・。
（かなり膨大な資料ですので、質問者さんが探し回った挙句、見つからなかった・・・という
ことのないよう、補足しておきます。(^_^;)）

>コイルがセンサ部に組まれていて、トランスのような要領でセンサ付近に流れる電流により、
>プローブに電流が発生します。

電流・トランス・・・これはFETプローブとは関係ないお話です。
FETプローブは本質的に電圧センサです。
電流検出というような（トランスを使うような）仕掛けは全くありませんので念のため・・・。

参考URL：

http://www1.sphere.ne.jp/kobakei/lecr.html

回答No.3

blueteeth7

ANo.1さんのご説明は、FETプローブの動作原理・機能については丁寧なご説明をなさって
られますが、質問に対する回答としては、具体性に欠けるように思いますので、
一寸補足させていただきます。

１.>ＦＥＴプローブは入力インピーダンスがほぼ無限大で・・・

具体的な例で説明します。
2SK30ATM（東芝）のCisはデータシートによると、8.2pFとなっています。
3MHzで約6.5kΩになります。
30MHzでは650Ωです。
無限大ではありません。この程度のものです。
ただし、高級なオシロ用プローブではもっと性能の良い(Cisの小さい）FETが使われている
と思います。
また、バイアスをかければCisは小さくなります。

２.>FETプローブとはいったいナニモノなんでしょうか？ またアクティブプローブとの関係は？

一般のプローブが、CとR（受動素子：Passive Device）だけで構成されるのに対し、
FETという能動素子（Active Device）を使っているので、アクティブ・プローブといいます。
つまり、アクティブプローブ≧FETプローブということです。

あえて”＝”としないのは、FET以外のデバイスでもアクティブプローブが作れるからです。
トランジスタを使ってもよいし、オペアンプを利用しても、そこそこのアクティブプローブが作れるでしょう。

お礼

ありがとうございます。

入力インピーダンスには抵抗分だけでなく容量分もあることを忘れていました。(^^ゞ

回答No.2

noname#8161

先輩様の言わんとすることは、

『通常のプローブ（回路に接触する）では
　プロービングによる回路負荷が生じて、実際の
　波形と異なってしまうので、非接触で回路に
　負荷を与えない FETプローブを使いなさい。』

ということのようですね。FETプローブの説明は以下、テクトロニクスのウェブにPDFの技術資料があります。
コイルがセンサ部に組まれていて、トランスのような
要領でセンサ付近に流れる電流により、プローブに電流が発生します。
電源の不要な完全に受動のタイプと、電源の必要な
タイプがあります。周波数特性や感度が異なるようです。
あとは、100：1などの極めて負荷の小さいプローブ
（接触型の）を使うのも、負荷ゼロとは行きませんが、
10：1よりは良いでしょう。

参考URL：

http://www.tektronix.co.jp/Products/Measurement_Prod/Accessories/index.html

お礼

ありがとうございました。

先輩の言わんとするところまで補足してくださりさらに理解が深まりました！