受動プローブについても同じですが、特に高電圧プローブのグラウンド接続は確実にとらなけれ キヤノン、0.08luxでもカラーのフルHD動画が撮像可能なCMOSセンサを開発 FPGAは火星へ、最新ローバー「Perseverance」ではどう活用されている？ 株式会社マイナビ 産業機器/ロボット組み込みスパコン/HPC計測機器エネルギー医療/バイオサイエンス宇宙・航空ものづくりIoTオートモーティブ連載

今回は、高い電圧を測定できる「高電圧プローブ」について述べていきます。高電圧測定においては、操作や接続方法などを誤るとケガをしたり命に関わる恐れがあるので十分注意してください。なぜでしょう。それは10MHzという高い周波数が原因です。高い周波数になればなるほど、プローブに印加できる電圧は低下するのです(最大入力電圧とは、そのプローブに印加できる電圧のうち、最大の値を意味し、低い周波数においてのみ実現できる値なのです。注意を促すため、ほとんどの高電圧プローブには周波数と印加できる電圧の関係を表すグラフが添付されています(数100kHzより低い周波数ならほぼ安心ですが、MHz近くの周波数を測るときにはデレーティング特性グラフを見て印加できる電圧を確認しましょう。特に高電圧プローブにおいては、大きな事故につながりますので、十分に注意する必要があります。高電圧の測定においては、火傷にも注意が必要です。高い周波数の大きな電圧を測定すると、プローブは容易に発熱します。発熱による火傷に注意すべき領域をグラフ上に示しているプローブもあります(高電圧測定においては、測定時間を極力短くし、プローブが過熱するのを防がなくてはなりません。長時間測定を続けると、熱によりプローブの一部が熔解することすら起こりえます。受動プローブについても同じですが、特に高電圧プローブのグラウンド接続は確実にとらなければなりません。接続順番もまずグラウンドを接続し、続いてプローブ先端を接続するよう習慣づけてください。グラウンドワニ口が外れてしまったり、接続順番を守らなかったりすると、測定しようとしている1000Vもの高い電圧がオシロスコープの入力端子や筐体に発生します(高電圧に気付かず筐体や金属部に触れてしまえば命にかかわります。グランド付き電源ケーブルにより筐体を常にグラウンド(アース)に接続してください。こうすれば、人命に関わるような最悪の事態を防ぐことができます(初心者が犯しやすいまちがいは、不用意にプローブのグラウンドリードをB点に接続しようとすることです。接続した瞬間に悲劇が起こります。信号源2はそうなればと、電流経路を取り去ってしまうという乱暴な方法を使う中級者もいます。電源ケーブルのグラウンドピンをあえて繋がないのです(これはフローティング測定において全く正しくない方法です。1.感電、2.電源回路の故障、3.被測定回路への悪影響という3つの問題が生じます(オシロスコープの筐体や金属部が信号源2の電位をもつことになるので、金属部に触れると感電します。信号源2の電圧が高い場合は、人を死に至らしめます。人が触れないとしても、電源回路はAC100V電圧にさらに信号源2の電位が加わることになり、電源回路を故障させるなど、故障にいたるストレスを蓄積させることになります。信号源の出力インピーダンスが高い場合は、数百pFもある浮遊容量が回路の動作を狂わせます。筐体やグラウンドワニ口に数十Vの浮遊電圧が生じていることも多く、プローブのワニ口を測定点に接続するとその電圧により被測定回路が壊れることさえあります。フローティング測定において電源ケーブルのグランドをきちんと接続しながら、既述のような数々の失敗をしないためには、どうすればよいのでしょう。1つ目の答えは、フローティング測定を念頭に設計された専用オシロスコープ(一般的なオシロスコープの入力BNC端子の外側金属部はオシロスコープの筐体に繋がれており、すべての外側金属部は互いに接続されています。ところが、この専用オシロスコープでは金属部分の露出を極力なくし、各入力BNC端子の外側金属部はオシロスコープの筐体からも、互いに外側金属部からも絶縁されています。したがって、各チャネルはグラウンドから独立しており、プローブのワニ口を測定点に接続しても、コモン電圧は短絡しません。金属露出部のない専用プローブを使って、差動電圧は1000Vまで、コモン電圧は600Vまでのフローティング測定ができます。2つ目の答えは、プローブ2本で擬似的に差動プローブを作ることです。接続は2本のプローブの先端をA点B点に接続します。グラウンドワニ口は後は、オシロスコープの機能を使い、CH1とCH2の引き算をするだけです。こうすれば、A点B点間の差動信号だけがオシロスコープに表示されます。手持ちの2本のプローブがあれば、手軽にこの擬似差動プローブが作れます。しかし、擬似差動プローブを使うには2つの点に注意してください。第1に、特性と伝播遅延時間を合わせるため同じ型番のプローブを用いることです。第2に、オシロスコープで引き算する前に2つの波形を画面内からはみ出させない範囲で最大になるようオシロスコープの垂直軸感度を正しく設定することです。2本のプローブどうしを軽くねじっておくと、グラウンドシールド線に飛び込むノイズをキャンセルできるのでノイズが軽減する、ということを知っておくと役立ちます(そして3つ目の答えは「高電圧差動プローブ」を使うことです。これについては、次回に詳しく解説していきます。お楽しみに。※ 本連載記事は、毎週火曜日と金曜日に掲載いたします。※本記事は掲載時点の情報であり、最新のものとは異なる場合があります。予めご了承ください。半導体製造装置投資額は2021年には過去最高の700億ドルに - SEMI予測 命を落とすぞ!!!

オシロスコープのアース端子を浮かせてノイズ評価をする意味 基板(数十vのdc)のノイズ評価でオシロスコープ(基板のgndとオシロのアース端子はアースに接続)で測定を行っていたところ、先輩から「ノイズ評価の基本はオシロのアース端子と基板のgnd端子をアースから浮かせる事だ。 電気機器を設置・接続する際に「グランド」という用語を聞いたことはありませんか。とくにスピーカーやAVアンプなど音響機器を設置する際にはグランド（GND）が音質にとって重要な役割を果たします。しかしそもそもグランドとは何でしょうか。また、グランドは英語で「地面」。すると接地やアース線とは何が異なるのかも気になるところ。今回はグランド（GND）に関して、その基礎から確認していきたいと思います。目次グランド（GND）を簡単に説明すると、電圧の基準を決める部分です。しかしそれだけではわかりにくいので、もう少し細かく見ていきましょう。電気機器を使うためには電流を供給する必要があります。しかし電流は水道管やガス管のように一方通行ではなく、電源へと戻っていくルートを用意しなければ流れていきません。また「電気を押し出す力」も必要になります。この電気を押し出す力がこのときたとえば東京駅で停車中の新幹線内を最後尾から先頭の車両まで走り抜けたところ、3分かかったとします。これを時速270kmで走る車内でおこなったとしても同じ3分です。しかし地上にいる人から見ると一瞬で走り抜けたようにみえます。これはなぜか、といえばまた地球は1日におよそ1周するように自転しています。つまり宇宙から定位置で見ている人にとっては、さらに高速で動いているように見えることでしょう。このように同じようにこの「グランド（GND）」部分は、電気器具から電源から戻っていく部分に設定することが多いといわれています。というのは回路にとって一番電圧がかからないところであり、ここを「0V」として組み立てることで回路の電圧が理解しやすくなるから。また最終的に電流が合流するところということもあり、スムーズに流れなければそこで渋滞することになってしまいます。そのためにできるだけ多くの電流を通すように、できれば短い距離になるように設計されることが多いです。実際の電流はプラスからマイナスではなく、電子がマイナスからプラスへと移動するという逆の流れですが、概念としてはプラスからマイナスの流れがわかりやすいでしょう。よく混同される概念として「電圧の基準」として使われるのが「グランド（GND）」というのは先ほど解説しました。そのため1つの基準を機器間で共有すれば、実用面としては問題ないといえます。しかし機器が多くなってくるとその基準を合わせるのは大変です。そのため、このため「グランド（GND）」を考えるために地面へと接地し、0Vを設定することは多くなっています。しかし　　　　　　では、グランド（GND）や接地（アース）が使われる場面としてどのようなものがあげられるでしょうか。音響機器は音を電気の強さに変換してやり取りしています。つまり「電圧」を扱っているということ。しかし音を電圧に変える以上、無音の基準となる電圧を設定しなければなりません。一方で基準の電圧が異なると処理がうまくいかず、音のゆがみやノイズとしてあらわれてきます。このとき同じ「グランド（GND）」をスピーカー・アンプやマイクなどの入力機器で共有すれば、同じ基準で音を伝送することができるようになります。つまり電圧差の影響を最小限に抑え、きれいな音を出力することができるのです。このとき、地面へと接地されたアース線を利用して「グランド（GND）」を設定することが少なくありません。すると「グランド（GND）＝接地（アース）＝0V」という関係性が成り立ちます。日本の100Vコンセントは一般的に、左側の穴が右側よりも少し長くなっています。この長い穴も基本的に「グランド（GND）」です。交流の場合周期的に電流の方向が入れ替わるため、「陽極（プラス極）」「陰極（マイナス極）」の概念がありません。しかし電圧は強い方から弱い方へと流れることは同じです。しかし両方へ同時に電圧をかけ、一緒に変化させるのは困難を伴います。そのため長い穴の配線には電圧をかけず「グランド（GND）」とするのです。一方で短い穴につながる配線の電圧を100Vから-100Vまで周期的に変化させます（正確には約140Vから約-140V）。こうすることで電流が流れるという仕組み。0Vと-100Vでは-100V側へと電気が流れるため、コンセントを逆に差し込んでもほとんど影響がないのもこれが理由といえるでしょう。一方でコンセントの長い穴は変圧器故障時に過電流を逃がすため、変圧器近くで地面へと接地されています。そのためコンセントの左側の穴は「アースである」ともいわれるのです。このことから音響機器やテレビでは接地代わりにしていることも多く、コンセントを正しい向きに差し込むだけでノイズが解消されることも。空を飛ぶ飛行機やタイヤで地面と離れる自動車では地面を基準とするグランド（GND）（接地（アース）を取ることができません。この場合、これらのなかでも一番安定している金属の構造部分を「グランド（GND）」にします。すると飛行機内や自動車内の電圧基準が統一され、機器が安定して動作するようになることも多いです。グランド（GND）や接地にはいくつかの種類があります。それぞれ解説していきましょう。パソコン内部のマザーボードやそのほか電子機器の制御盤など、電子回路を含む回路の基準となる電圧です。回路の戻り部分に当たり、回路間の電圧を安定させるためのものなので通常は接地（アース）を取りません。シグナルグランドのなかでもとくに電圧の安定を求める場合、地面の電圧を基準にするために接地（アース）をおこないます。これがシグナル接地です。機器の部品間で電圧の調整をする際、もっとも安定しており基準にしやすいのが「金属製の骨格部分」です。また軽量化の視点から「電源に戻っていく配線」を省略したい意図もあり、フレームグランドが利用されることも多いです。骨格部分が基準（0V）になるからといって、地面と同じ電圧であるとは限りません。するとフレームグランドを使っている機器に触れた場合、身体を通じてフレームグランドと地面の間へ電流が流れるおそれがあります。この感電事故を防止するために接地（アース）をおこない、フレームの電圧を地面に合わせるのがフレーム接地です。逆にフレーム接地をおこなわない例として先ほどご紹介した、空を飛ぶため設置が不可能な飛行機・絶縁体のタイヤを支えに地面から少し高い位置で走る自動車などがあげられます。電圧の基準作りとは別の観点から行われるのが保安グランド（保護接地）と呼ばれるものです。保安グランドの場合、主となるのは安全性。つまり電気が漏れたときの安全性を確保するためにおこなわれるもので、通常「アース」といえばこれを指します。回路の破損などで誤って電気機器の表面に電圧がかかった際、人体など「地面との間に経路が生まれる」と電気が漏れてしまいます。これを漏電といい、流れる電流が大きいと生命の危険に関わる事態へとつながっていくのです。しかし「地面と電気機器表面をつなぐ、人体より流れやすい経路」があればそちらへと優先的に電気が流れ、感電の被害を最小限に抑えることができます。これがアース線と呼ばれるもの。また漏電ブレーカーがあればアース線に電流が流れたことを検知し、電気を止めることも不可能ではありません。　　　　　　では、グランド（GND）や保安グランドを利用する際に接地をおこなう際の注意点としてどのようなことがあげられるのでしょうか。地面といえども、土の湿り気・温度などの要因で電気的性質が変わります。そのため電気を通しやすくなる、湿気のある場所へなるべく接地をおこなう必要があるのです。また従来は水道管の多くが金属製だったため、水道管につなぐことで接地の代わりにするということも多くおこなわれていました。しかし近年では塩ビ管に置き換えられていることが多いほか、電流が流れることによってサビなどを促進する要因となるため避けましょう。当然ながら、引火の危険があるガス管へつないではいけません。地質なども接地に影響します。たとえばもともと水田だったところであれば水分が多く含まれており電気を通しやすい一方、山肌を削って造成したようなところでは比較的電気を通しにくくなります。そのためアース棒の長さを長くしたり、複数のアース棒を組み合わせて利用するなどの工夫が必要です。こうした作業は私たち素人では困難です。漏電改修のプロなど、専門知識を持った業者に依頼しなければならない場面も多いでしょう。とくに漏電時の安全を確保する保安グランドの場合、接地には電気工事士の資格が必要です。地面の状態によって電気的性質が変わるため、同時に使う機器の接地はできるだけ1つのアースにまとめましょう。また保安グランドなど漏電防止用途であってもできればまとめたいところ。というのは、先ほどから触れている通り地面であっても電気の通しやすさに微妙な違いがあるからです。また落雷で瞬間的に地面の電圧が上がることがあり、複数のアースが同じ回路で使われていると機器へ逆流しやすいことも大きな理由になります。　　　　　　グランド（GND）はあまり馴染みのないことばで、「グランド＝地面」という発想から接地（アース）と混同してしまうことも少なくありません。しかし実際のところは「接地はグランドの1種」。語のイメージとは逆だった、という方も多いでしょう。ただグランド（GND）を接地する際のアース工事は地面の状況によって工事方法が変わるなど、専門知識が必要になってきます。とくに漏電対策としての保安グランドを設置する場合は漏電改修のプロなど専門知識を持った業者へ依頼し、安全かつ確実におこなってください。依頼できる業者や料金について、詳しくは「漏電改修漏電改修漏電改修漏電改修漏電改修漏電改修漏電改修漏電改修ハト駆除アンテナ工事ハト駆除アリ駆除パソコン修理アンテナ工事アンテナ工事コンセント工事・取替・増設漏電改修のお問い合わせ・ご相談はこちら漏電改修についてご相談・ご質問がありましたらお気軽にお問い合わせください。※ご相談内容を確認後、弊社運営スタッフより折り返しお電話させていただきます。「生活110番」編集部の田中です。生活110番は、電気工事から害虫駆除、カギ開けやペット葬儀まで、140ジャンル以上の暮らしのお困りごとに対応します。私たちはこの「生活110番」を通じ、皆さまのお困りごとをスピーディに、安心の品質と価格で、解決するお手伝いをしています。生活トラブルに見舞われた時は、私たち「生活110番」におまかせください！ニュースカテゴリー

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