プリアンプの入力インピーダンス

質問

アナログ信号をプリアンプに入力させたいのですが、
入力端の処理がわかりません。

検出器から出力されるアナログ信号を、オシロスコープで見るとき、
オシロのインピーダンスを1MΩに設定すると
ノイズレベルはパルスハイトに比べ小さく、綺麗な波形に見えるのですが、
50Ωに設定すると、
ノイズレベルがパルスハイトの半分くらいの大きさで、ひどくnoisyです。

このようなアナログ信号を、プリアンプに入力させたいとき、
1MΩでterminateすれば、プリアンプには綺麗な波形の信号が入力されるのでしょうか?
それとも、カタログに書かれたプリアンプの入力インピーダンス「90Ω」でterminateした方が
よいのでしょうか?

いろいろ試してみてはいるのですが、
プリアンプからの出力信号をオシロスコープで見られないので、
どれが一番ふさわしい扱いなのか、自信がありません。

# インピーダンスに関しても、よくは分からないのですが例えば以下を参考にしました。
# http://oshiete1.goo.ne.jp/qa607000.html
# 使っているプリアンプは以下です。
# http://www.repic.co.jp/contents/products/repic/seihin/rpa_130.html

よろしくお願いします。

回答No.3

imoriimori · ベストアンサー

どういう検出器なんでしょう？何を検出するもの？

要するに検出器の内部インピーダンスが高いということなのでは？
そういう場合だとしますと、一般論としましては：
もし高周波の信号波形でないのなら（ミスマッチによる反射とかが問題になるほどの周波数でないのなら）、なるべく高入力インピーダンスのプリアンプで受けるべきものでしょう。だから９０Ωの入力インピーダンスのプリアンプは不適そうに見えます。９０Ωに１ＭΩを並列にしたところでインピーダンス合成はほぼ９０Ωのままですから意味はなさそうです。

ＵＲＬのプリアンプ仕様を見ますと、電離箱か何かの出力を受けるチャージアンプのようですね。チャージアンプはかなり特殊はタイプですので、これにふさわしい検出器なのでしょうか。ははあちょっと読めてきたような。そもそもその検出器の出力は何？電圧？電流？電荷？
電圧だったら冒頭のように内部インピーダンスが問題です。プリアンプ入力インピーダンスは高めが望ましい。

しかし、おそらく質問者様のケースの検出器は電流出力なのでは？ならば負荷抵抗に生じる電圧を観測すれば負荷抵抗に比例しますから、オシロで見て振幅が減るのは当たり前で特に問題ではないはず。そしてこの場合はプリアンプ入力インピーダンスは一般に低いほうが好ましいとなるはずです。どうもシステム全体がわかりませんが、検出器出力をそのままそのプリアンプにぶちこんで、プリアンプ出力が検出器への入力に対して妥当な応答をしているかを見るのがまずは先決では？

お礼

回答ありがとうございました。
私の挙げた少ない情報から、状況を推測していただいたおかげで、
自分でも、議論の流れが確認できました。

補足

そうです、検出器は電離箱の一種(ドリフトチェンバー)です。
電子が陽極ワイヤに到達して、出力されます。
オシロで見て振幅が減るのは当たり前と思ったのですがnoisyなのが気になるのです。
検出器出力をそのままプリアンプに入れるのも勿論試したのですが、
どうやら発振してしまっているような状況なのです
(プリアンプ出力はケーブルコネクタの都合上、オシロでは見られないので、
データ収集用のモジュールに入れて、データを収集する様子でしか判断できません。
それによると、本来出力されないはずの場合でも
物凄い勢いの出力があったりしています)。

回答No.7

noname#47050

No４です。
プリアンプ入力に直列にインダクタを付け、さらにグランドとの間にコンデンサを接続して高インピーダンスを作り、検出器出力に接続する方法があります。１００チャネル分になりますが。プリアンプ出力端子は１つなのでしょうか？プリアンプの発振対策として入力または出力に減衰器を挿入する方法があります。挿入した場所が原因なら止まります。しかし名の通ったメーカ品なら簡単には発振しない筈なんですが、そこはわかりません。

話を読んでいると、検出器～プリアンプ間のケーブルはいわゆる線路になってないようですね。おそらくインピーダンスを議論しても改善しないでしょう。せめてシールド線に変える、あるいはメーカとしてはどこが原因だと思ってるのか聞くことが先決のように思えます。色々な企業や研究機関に納入してるでしょうから、同様の相談を多数受けてる筈で、ノウハウも溜まってると思います。

お礼

プリアンプひとつなら、入力64chに対し、
フラットケーブルタイプの出力がふたつです。
インダクタや減衰器は、名前だけは聞いたことがありますが実用したことがありません。
調べて、候補にいれてみようと思います。

それで、昨日今日と試した結果なのですが、
90Ωでterminateしてやるのが、betterなものという結論に至ってしまいました。
とりあえず実用にたるので、しばらくはこのままで、
落ち着いた時期になったら改めてメーカに問い合わせたいと思います。

回答ありがとうございました。

回答No.6

tadys

No.5です。
タイポがありましたので修正します。

誤＞抗インピーダンス

正＞高インピーダンス

回答No.5

tadys

オシロをどのように使っているのかがよく分からないのですが？
１MΩ／50Ωの時にプローブは使っているのでしょうか？
使っているとしたらプローブはそれぞれのインピーダンスに対応したものを使用していますか？

RPA-110のカタログを見ると「入力段は高電圧放電等の過大なノイズに対する保護がなされています」とありますので、オシロを直接接続するのは危険（オシロを壊す）かもしれません。

チャンバーの出力は抗インピーダンスでしょうし、出力は電圧と言うよりは電流(電荷)ですので検出器とプリアンプの接続は出来るだけ短くしたほうがいいでしょう。
途中の線でノイズを拾っている可能性が大きいです。

参考URLの写真を見るとチャンバーとプリアンプの接続は高耐圧のコンデンサで行っているように見えます。
いずれにしろかなり特殊な器械なので、製造元あるいは開発元にお聞きになったほうがいいでしょう。

参考URL：

http://www.osakac.ac.jp/dept/ges/kiso/kiso_mizoi.html

お礼

回答ありがとうございました。
実例を探しだしていただき、とても参考になりました。

補足

チェンバーの生出力を見るときは
[チェンバーワイヤ]⇒[LEMOケーブル]⇒[オシロ]
なので、プローブは使っていません。
確かに、途中の線でノイズは拾うと思うので、
アルミホイルで巻く程度ですが、シールドはしています。

メーカーに問い合わせたことはありますが、
実は、あまりはっきりした回答が得られたことがありません。
というか、ワイヤとプリアンプを繋ぐ専用のケーブル・コネクタは
メーカーと話し合って製作したものなのです。
が、製作時には、terminateについて特別考慮しなかったことからも、
メーカーは気にするようなものではないと考えているようです。
でも挙げていただいた参考URLでは、同じメーカーですね……。

回答No.4

noname#47050

経験は無いので推測ですが・・・
＞本来出力されないはずの場合でも物凄い勢いの出力があったりしています)。
発振したからではなくてノイズによるものってことはないでしょうか。本来の信号の倍の電圧のノイズが入ってるのですよね？肝心の対策ですが、オシロスコープ（つまり横軸は時間）で見てノイズが乗ってるように見えるということは、ノイズの周波数は本来の信号より高いと思いますので、検出器とプリアンプの間にローパスフィルタを挿入してノイズを削除すればすれば良くなるのかと思います。

検出器にスペクトラムアナライザを接続して周波数成分を調べれば、どんなフィルタを使えばいいか分かると思います。もし信号周波数と同じ周波数にノイズがあるなら、残念ながらこの方法は使えません。

補足

> 本来の信号の倍の電圧のノイズ
あ、いえ、逆です。およそ20mV程度の信号に、10mV程度のノイズが入っています。

「出力されないはず」というのは、プリアンプに何も入力していないのに、
プリアンプの電源をいれるだけで出力がある、という話でした。
ノイズレベルが大きければ、そのようなことも有り得るのでしょうか?

ノイズの周波数は確かに高いものなのでローパスフィルタは効果的かと思いますが、
プリアンプ前に入れるようなものでしょうか?
チャネルは100以上ありますし、スペースもないので、出来たら入れたくはありません。
というか、フィルタが有効なのは、「terminateはその状態が正しいのであって、とにかくノイズが大きいのが問題だ」
という前提があるからですよね。
やはり、terminateに関してはこれ以上、議論の余地はないのでしょうか。

回答No.2

tatsumi01

No. 1 ですが訂正です。
誤：５０Ωでターミネートすると、９０Ωと５０Ωの並列で、実効入力インピーダンスが３２Ωになります
正：９０Ωでターミネートすると、９０Ωと９０Ωの並列で、実効入力インピーダンスが４５Ωになります

回答No.1

tatsumi01

信号源インピーダンスが不明ですが、オシロの入力インピーダンスを５０Ωに設定すると信号が狂うというのは、入力インピーダンスの高いプリアンプで受けないといけないと思います。

なお、１ＭΩでターミネートしても、プリアンプの９０Ωが並列に入りますから意味がありません。５０Ωでターミネートすると、９０Ωと５０Ωの並列で、実効入力インピーダンスが３２Ωになりますから、信号はもっと歪みます。

お礼

回答ありがとうございました。
実効インピーダンスを求めてくださったのは大変助かりました。

補足

ああ、やはり、「入力インピーダンス90Ω」というのは
プリアンプが元々持っている性能で、
入力インピーダンスを90Ωにするとよくなるよ、というものではないのですね。
一言で言えば、そもそもこのプリアンプが相応しくない、ということになるのでしょうか。