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オシロプローブの種類完全マップ|受動・差動・電流・FETの選び方一覧

オシロプローブの種類マップ。受動・差動・電流・FETの選び方一覧

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測定・計測の技術 > 第3章 プローブの完全攻略
第3章 - 第2回 / 全12回 核 シリーズ全体: 17 / 69記事
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「プローブを買おうとしたら、種類が多すぎて選べない…」

オシロプローブを通販サイトで検索すると、こんな名前がずらり並びます:

  • 受動プローブ(パッシブプローブ)
  • 能動プローブ(アクティブプローブ/FETプローブ)
  • 差動プローブ(高電圧差動/低電圧差動)
  • 高耐圧プローブ(100:1、1000:1)
  • 電流プローブ(CT、ホール、ロゴスキー)
  • 光絶縁プローブ

この記事では、すべてのプローブを 1枚の地図 にまとめ、
あなたの測定目的に合った1本を選べるように整理します。

結論:プローブ全種類 早見表

まず、すべてのプローブを 1枚の表 で整理します。詳細は後ほど解説しますが、この表だけ覚えれば9割の選定に困りません。

プローブ種類 測れるもの 電圧範囲 帯域目安 価格目安
受動プローブ(10:1) 電圧(GND基準) 〜300V 〜500MHz 1〜3万円
高耐圧プローブ(100:1〜1000:1) 高電圧(GND基準) 〜30kV 〜100MHz 5〜30万円
差動プローブ(高電圧) 2点間の電圧差 〜2000V 〜200MHz 10〜50万円
差動プローブ(低電圧) 高速デジタル差動信号 〜数十V 〜数GHz 30〜100万円
能動プローブ(FETプローブ) 超高速・微小信号 〜数十V 〜10GHz 30〜100万円
電流プローブ 電流(A) mA〜500A 〜100MHz 10〜80万円
光絶縁プローブ 完全絶縁での電圧 〜2000V 〜1GHz 100〜300万円

ざっくり覚え方
普段は 受動プローブ、大きい電圧は 差動 or 高耐圧、電流は 電流プローブ、超高速は 能動プローブ。
これだけ覚えれば現場の8割はカバーできます。

プローブ全種類の早見表。①受動プローブ(〜300V・〜500MHz・1〜3万円)、②高耐圧プローブ(〜30kV・〜100MHz・5〜30万円)、③差動プローブ(〜2000V・〜200MHz・10〜50万円)、④能動プローブFET(〜数十V・〜10GHz・30〜100万円)、⑤電流プローブ(mA〜500A・〜100MHz・10〜80万円)、⑥光絶縁プローブ(〜2000V・〜1GHz・100〜300万円)
6種類のプローブの電圧・帯域・価格の早見表

① 受動プローブ(パッシブプローブ)|基本の1本

オシロを買うと 標準で付属 してくる、一番ベーシックなプローブです。「プローブ」と言ったら普通はこれを指します。

特徴

  • 内部に 抵抗とコンデンサだけが入っている(電源不要)
  • 信号を 10分の1 に縮めてオシロに伝える(=10:1プローブ)
  • シンプルな構造で 安価・丈夫
  • ただしGND基準の信号しか測れない

こんな測定に向いている

○ デジタル信号(3.3V / 5Vロジック)の観測
○ 電源回路の出力電圧(GND基準)
○ 低圧の信号波形の確認
○ 教育・学習用途

注意
最大入力電圧は 300V程度まで。AC100Vの電源(最大瞬時値141V)はギリ測れますが、AC200Vはアウト。それ以上は 差動プローブか高耐圧プローブ を使ってください。

受動プローブの各部の図。先端の金属の針、9MΩ抵抗と補償コンデンサのアッテネータ(10:1)、GNDワニ口、オシロへのBNCコネクタ。用途はGND基準の電圧・デジタル信号・教育、価格1〜3万円、電源不要で丈夫で安価
受動プローブは電源不要で丈夫、1〜3万円

② 高耐圧プローブ|数千Vを安全に測る

受動プローブの「もっと大きな電圧版」です。信号を 100分の1や1000分の1 まで縮めることで、数千V〜数万Vの信号も測れます。

特徴

  • 分圧比が 100:1、1000:1 など大きい
  • プローブ本体が大きく、安全のための 絶縁が強化 されている
  • 受動プローブと同様に電源不要
  • 帯域は受動プローブより少し低め(50〜100MHz程度)

こんな測定に向いている

○ 高電圧電源回路の出力(GND基準)
○ X線管・CRTディスプレイの高電圧部
○ 静電気放電(ESD)波形の観測

GND基準でない場所には使えない
高耐圧プローブもGND基準でしか測れません。「ハイサイドの高電圧」を測りたいなら、後述の 差動プローブ を使ってください。

高耐圧プローブの図。分圧比100:1・1000:1で数千V〜数万Vを測れ、電源不要で帯域は50〜100MHz程度だが、GND基準の電圧しか測れない。GND基準でないハイサイドなどは差動プローブを使う
高耐圧プローブはGND基準の電圧だけ測れる

③ 差動プローブ|2点間の電圧差を測る救世主

パワーエレクトロニクスや電源開発の現場で 絶対に必要 になるプローブです。

特徴

  • 2本のプローブ先端(プラス・マイナス)を持つ
  • その 2点間の電圧差だけを測る
  • オシロのGNDから 電気的に絶縁 されている(内部電源で動作)
  • GND基準でない場所も安全に測れる

2種類ある:高電圧差動 vs 低電圧差動

種類 用途 代表機種
高電圧差動 パワエレ・モーター・インバータ Tek THDP/IsoVu、Keysight N2790
低電圧差動 USB・PCIe等の高速デジタル差動信号 Tek P7300、Keysight N7000

こんな測定に向いている

○ ハイサイドMOSFETのゲート電圧(VGS)
○ インバータのU・V・W相間電圧
○ 商用電源(AC200V〜400V)の波形
○ 高速通信(USB、PCIe)の差動信号

差動プローブでハイサイドMOSFETのVgsを測る図。プラス端子とマイナス端子で2点間の電圧差だけを測定し、プローブ本体は電気的に絶縁されているので、オシロはグランド接続のままで安全に測れる
差動プローブは2点間の電圧差だけを測る

④ 能動プローブ(FETプローブ)|GHz級の超高速信号用

プローブ先端に 小さなアンプ(FET増幅器) を内蔵した、ハイエンドプローブです。

特徴

  • プローブ先端に 増幅器 が入っている(内部電源が必要)
  • 静電容量が 超小さい(1pF以下)→ 回路を邪魔しない
  • 帯域が広い(数GHzまで対応)
  • ただし最大入力電圧は小さい(±数十V程度)

こんな測定に向いている

○ 高速デジタル信号(クロック数百MHz以上)
○ 微小なノイズ・小信号
○ FPGAやCPUなどの内部信号
○ RF回路(無線・通信)

注意
過電圧(最大入力を超える)で 一瞬で壊れます。1本数十万円のプローブが壊れると痛いので、必ず仕様を確認してから使ってください。

受動プローブとアクティブFETプローブの比較図。受動プローブは入力容量10pFで信号エネルギーを奪い、信号が弱いと波形が崩れる。アクティブFETプローブは先端にFETのアンプを内蔵し、入力インピーダンス1MΩ以上・入力容量0.8pFで、高速・微小信号を邪魔せずに見られる。帯域〜数GHz、価格30〜100万円、電源供給が必要
アクティブFETプローブは入力容量0.8pFで高速信号を乱さない

⑤ 電流プローブ|配線を切らずに電流を測る

電圧ではなく 電流(A) を測るための特殊なプローブです。配線を切らずに、クランプ(はさむ)だけで電流が測れます。

3つの方式がある

方式 特徴 用途
CT方式 交流専用、安価 商用電源(50/60Hz)の電流
ホール方式 DCも交流も測れる 電源・モーター・インバータ
ロゴスキー方式 大電流・柔らかいコイル 大電力機器、太いケーブル

こんな測定に向いている

○ スイッチング電源の入出力電流
○ モーターの相電流(U・V・W)
○ 突入電流の観測
○ 効率測定(電圧×電流で電力計算)

電流プローブの便利さ
配線にクランプするだけ=回路を一切いじらず 電流が測れる。これは電圧プローブにはない大きなメリットです。電力測定をするなら必須。

電流プローブの3つの方式の図。CT方式はクランプで導線を挟み交流専用で安価(商用電源50/60Hz)、ホール方式はホール素子でDC〜AC両対応(電源・モーター)、ロゴスキー方式はコイルで大電流・柔軟(太いケーブル・大電力)。どれも配線を切らずにクランプするだけ
電流プローブのCT・ホール・ロゴスキーの3方式

⑥ 光絶縁プローブ|究極の絶縁性能

最も高性能で、最も高価なプローブです。プローブ先端からオシロまでを 光ファイバー で接続することで、電気的に完全絶縁します。

特徴

  • プローブとオシロが 光ファイバー で接続される
  • 電気的に完全絶縁 → ノイズの影響を 完全排除
  • 差動プローブをはるかに超える性能(CMRR)
  • 価格は100万円〜数百万円

こんな測定に向いている

○ SiC・GaNデバイスの高速スイッチング波形
○ EV・HEVのインバータ評価
○ 大電力機器の高精度測定
○ 普通の差動プローブでは見えない微細波形

主力製品
Tektronix「IsoVu」、Keysight「N7000」シリーズなどが有名。大手メーカーの研究開発部門でなければなかなか見かけません。「こんなプローブもあるんだ」程度で覚えておけばOKです。

光絶縁プローブのしくみの図。数千Vの高電圧回路のプローブヘッド(電池駆動)で電気信号を光に変え、光ファイバーで完全に絶縁してオシロ側で光を電気に戻す。差動プローブより高コモンモード環境に強く、用途はEV/HV・SiC/GaN評価、価格100〜300万円
光絶縁プローブは光ファイバーで高電圧とオシロを完全に分離する
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プローブの役割や仕組みの基本を復習したい方はこちら: オシロプローブとは?「ただのケーブル」じゃない理由 →

迷ったときの選び方フロー

「結局どれを選べばいいの?」という人のために、選定フローチャートを用意しました。

Q1. 電圧を測りたい?電流を測りたい?
 └ 電流 → 電流プローブ
 └ 電圧 → Q2へ

Q2. GND基準で測れる?
 └ Yes → Q3へ
 └ No(ハイサイド・2点間) → 差動プローブ

Q3. 電圧の大きさは?
 └ 300V以下 → 受動プローブ(10:1)
 └ 300V〜30kV → 高耐圧プローブ

Q4. 信号は超高速(数百MHz以上)?
 └ Yes → 能動プローブ(FETプローブ)
 └ No → 上記の選択でOK

Q5. ノイズ環境が厳しく、精密測定が必要?
 └ Yes → 光絶縁プローブ(要相談)

○ 現場の3本セット
一般的な電子機器開発の現場では、以下の3本があれば9割の測定をカバーできます:
① 受動プローブ(10:1)× 2〜4本
② 高電圧差動プローブ × 1本
③ 電流プローブ × 1本

プローブの選び方フロー。Q1電流なら電流プローブ、Q2 GND基準で測れないなら差動プローブ、Q3電圧が〜300Vなら受動プローブ・300V〜30kVなら高耐圧プローブ、Q4信号が超高速なら能動プローブ(FET)、Q5厳しいノイズ環境なら光絶縁プローブ
5つの質問でプローブを選ぶフロー

よくある質問

Q1. 「受動」と「能動」って何が違うのですか?

受動=中身が抵抗・コンデンサだけ(電源不要)。
能動=中身にトランジスタ(増幅器)が入っている(電源必要)。
能動の方が高性能ですが、価格も高く、過電圧で壊れやすいです。

Q2. 1:1プローブ(減衰なし)も存在するけど、いつ使う?

低電圧・低周波の小信号を測るとき限定です。減衰しないので画面に大きく映りますが、入力範囲が狭く、高周波で性能が悪化します。現代ではあまり使われません。

Q3. 同じ「差動プローブ」でも、高電圧用と低電圧用、どう違う?

高電圧差動は数百〜2000Vを安全に測るためのもの(パワエレ向け)。低電圧差動は数十V以下の高速差動信号(USB・PCIe等)を高精度で測るためのもの。用途が全く違います。

Q4. 高いプローブはレンタルできますか?

はい。レンテック、オリックス・レンテックなどの計測器レンタル会社で、差動プローブや電流プローブを月単位で借りられます。年に数回しか使わない高額プローブは、買わずに借りるのも賢い選択です。

まとめ

○ プローブは6種類に大別される
○ 受動:日常使い、付属品。GND基準300Vまで
○ 高耐圧:数千V以上の高電圧、GND基準のみ
○ 差動:2点間電圧、ハイサイド測定の救世主
○ 能動(FET):超高速・微小信号、GHz帯対応
○ 電流:配線を切らずに電流測定、3方式あり
○ 光絶縁:最高性能、研究開発レベル
○ 現場の3本セット:受動 + 高電圧差動 + 電流プローブ

プローブ選びは「測定したい信号の種類」で9割決まります。迷ったらこの記事の選定フローを思い出してください。次の記事からは、日常使いの主役「受動プローブ」を深掘りしていきます。

プローブの6種類と主な用途のまとめ図。受動は日常の電圧、高耐圧は大電圧、差動は2点間、能動は超高速、電流は電流、光絶縁は究極。現場の3本セットは受動プローブ2〜4本・高電圧差動プローブ1本・電流プローブ1本で現場の9割をカバー
現場の3本セット:受動・高電圧差動・電流プローブ
この記事の理解を深める本と道具
おすすめの道具

回路の電圧や導通を自分の手で確かめるなら、手元にテスターが1台あると便利です。三和電気計器のデジタルマルチメータ(テスター)CD772です。電圧や抵抗などを測れます。

おすすめの道具

流れている電流を、回路を切らずに測りたいときに便利です。電線をはさむだけで交流の電流を測れる、日置電機のACクランプメーター CM3289です。

キャリア
設計の経験を、次のキャリアに活かすなら

回路・熱・測定の設計経験は、メーカーをはじめ多くの企業で求められています。今の職場で経験を積むのも、より広く経験を活かせる職場を探すのも、ひとつの道です。エンジニア向けの転職支援サービスでは、経験を棚卸ししながら求人を探せます。

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シラス
電験三種・QC検定1級 / メーカーで回路設計・生産技術(品質改善)の実務

メーカーで回路設計と生産技術(品質改善)に携わってきた経験をもとに執筆しています。むずかしい専門用語をできるだけ使わず、はじめて学ぶ人がつまずかないように、図とたとえで説明することを大切にしています。

次に読むべき記事

この記事の内容がわかったら、プローブの次のテーマに進みましょう。続けて読むと、現場でそのまま使える知識になります。

受動プローブの構造|10:1減衰の仕組みと入力容量・補償調整で波形が変わる理由
まずはここから
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受動プローブの構造。

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