[高周波回路]インピーダンスマッチングに関する素朴な疑問  http://okazaki.incoming.jp/danpei2/rf/matching.htm

のサイトに、トランジスタの入力インピーダンスを簡易的に測定する方法が書かれています。直列の入力抵抗をいろいろ変化させて、オシロで観測しているベースの電圧が半分になったとき、入力抵抗=トランジスタの入力インピーダンス、、という、論法で、読んだ瞬間、なるほど!と納得したのですが、次の疑問がうかびました。オシロの入力インピーダンスは1Mだから、マッチングという意味においては、全くとれていない訳だから、正しい高周波信号の電圧測定は不可能ではないのか?この疑問を撃破してください。

回答の条件
  • 1人5回まで
  • 登録:2006/10/18 05:27:19
  • 終了:2006/10/25 05:30:02

回答(3件)

id:nontan2005 No.1

nontan2005回答回数492ベストアンサー獲得回数242006/10/18 06:09:41

ポイント27pt

リンク先の回路図を見ると、A点B点の電圧を測る事に

なっているようですが、であればオシロの入力インピーダンスが

被測定物に対して、十分に高ければ、それで良いのではないでしょうか、

基本的にRF帯域での話をしたいのだと(リンク先の

サイトを作られた方)思いますが、


この文中には1KHzで1MΩとなっていますけれど、

普通の使い方で、Tr自体のインピーダンスが、1M

という事は恐らく無いと思いますので、入力コンデンサ込みの値というか、

この場合はCの容量を変えるべきだと思いますけど

(Cの容量が小さ過ぎ=トランジスタの入力が小さくなりすぎ)


RFだと、Trのインピーダンスって高くてもKΩオーダー

だと思いますので、オシロの1MΩと比べて、十分低いので

無視して問題無いという考えだと思います。

説明が足りない(回路中の入力C容量について)気はしますけど。。


オシロの入力は基本的にマッチングというより、如何に

被測定物に影響を与えないようにするかですので。

マッチングを取るという考えは基本的に不要です。

きっと、オシロの入力が50オームと、MΩに切り替えられる機種を

お使いなのだと思いますが。

この場合、50Ω入力にする場合は、プローブを外して、比較的低い

出力電力の機器を直接同軸を接続して、入力するような使い方は

しますけれど。


http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%82%A4%E3%83%B3%E3%83%94%E3%83%B...

id:youkan_ni_ocha

どうもありがとうございます。

2006/10/19 01:29:19
id:virtual No.2

virtual回答回数1139ベストアンサー獲得回数1282006/10/18 11:16:15

ポイント27pt

一言で高周波と言ってもどの周波数帯のことを言っているのかにもよりますね。あるポイントの電圧を(正確に)測定するためにはそのポイントに対して外乱にならないような測定器で測定する必要があります。したがって測定器の入力インピーダンスは可能な限り高く、浮遊容量も極力小さい必要があります。オシロの入力インピーダンスは1MΩだとして、それに1mとかの長さのあるプローブを介して測定する際のプローブのケーブル部分のインピーダンスマッチングについておっしゃってるのでしょうが、こと電圧を測定する場合には1MΩを十分高いインピーダンス(開放端等価)と見れば測定ポイントの信号はそのままの波形でオシロに到達します。ただ、開放端ですので信号はそのまま測定ポイント側に反射してしまうだけです。もっとも、この反射波が測定ポイントに到達して外乱要因になる訳ですからいわばプローブのケーブルがスタブのごとく測定ポイントにぶら下がる訳です。スタブ効果が無視できるくらいケーブルを短くするか、FETプローブのような高入力インピーダンスのプローブを使うかすることが解決になります。特に浮遊容量の影響が無視できないならFETプローブ必須です。あとは1:1のプローブではなく10:1のプローブを使えばインピーダンスが10MΩで10pF程度の浮遊容量なので中途半端な高周波(笑)では常套手段ですね。

id:youkan_ni_ocha

スタブ効果が無視できる程度にすれば、測定点の電圧をほぼ再現できる。というのがポイントですね。

2006/10/19 01:16:12
id:T_SKG No.3

T_SKG回答回数206ベストアンサー獲得回数182006/10/18 11:20:14

ポイント26pt

高周波回路に、大して詳しいわけではないのですが。

この例の回路ならOKのように思います。


しかし、測定したい回路や信号、使用するオシロ(のプローブ)に依っては、

十分な測定が出来ないことはありえると思います。


用語の正確さや論理の厳密さには欠けると思いますが、大体の説明は

次のようになります。


この例では当然、測定器の(プローブの)入力インピーダンスと、回路の

インピーダンスが異なるため、高周波的にみれば、信号はほとんど、測定器

の入力端で反射し測定器内に透過してくる信号は僅かになるでしょう。


オシロでの測定は、信号のエネルギーを効率良くオシロに横取りすること

ではなく、信号に影響を与えるないよう出来るだけ少ないエネルギーを取り

出して、後は、オシロ内で増幅等を行い測定を行うことです。


回路のインピーダンスが異なれば、透過率も異なるでしょうが、測定器の

入力インピーダンスと回路のインピーダンスの差の比率が十分大きければ、

透過率の変化による誤差は、十分小さくなり、オシロの設計時の増幅率で、

信号を処理しても十分な精度ということになります。


しかし、高周波的に見るなら、測定器の入力端で反射された信号の振る舞い

注意する必要があります。


回路の測定点と測定器の入力端の距離が十分に短く、またプローブの入力

インピーダンスが十分高ければ、反射波の位相は、元の信号とほとんど同じ

なので、元の信号に重なっても不具合が出ません。

(インピーダンス無限大の場合、固定端の反射ですから、反射波の位相は、

入力波の位相と同じになります、インピーダンスゼロなら、自由端の反射

ですから、反射波の位相は180°反転します)


測定点とプローブの入力端の距離が、信号の波長と比べて無視できない場合、

(伝送路に依りますが、例えば真空中の波長の1/3とかになります)

反射波の位相が元の信号の位相とずれて回路上で重なるため、測定行為に

より回路が正しく動かないとか、間違った波形を観察するといったことなり

ます。


このため、高価ですが、プローブの最先端部に増幅器を搭載して、プローブの

ケーブルの長さの問題を無くした測定器もあります。


あるいは、測定のために、信号がプローブに分岐して減衰することは仕方ない

と諦めて、せめて反射波で元の信号を乱さないように、測定器の入力端を、

回路のインピーダンスに合わせて、例えば50Ωで終端する。といったことが

行われます。


この場合、測定中は、途中で信号が減衰(例えば50Ωの抵抗で熱になって

失われます)ので、そのことを考慮して測定を行うことになります。


ひるがえって、例示された回路の場合、信号の帯域が、1kHz~1MHzとあります

から、1MHz でも、信号の波長は、100mといったもので、普通にオシロでの測定

ならプローブ長さを気にする必要はないと考えられます。

id:youkan_ni_ocha

測定系の入力インピーダンスを高くして、かつ、観測点での反射を最小におさえるには、反射が無視できるくらいに、入力ケーブルを短くすれば良い。そうすれば、測定系は、無いものと同じなので、観測対象を正確に測定できるということでしょうか。1,2,3さん異なる切り口で説明してくれたので、非常によくわかりました。HPは数Mのオーダーの話だったので、引き合いに出した例が悪かったかなとおもったんですが、説明の意図をうまくくんでいただいたので(私が想定しているのは、100M~以上)、よくわかりました。

2006/10/19 01:28:20

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