オシロスコープという計測デバイスをご存知でしょうか。
古くは19世紀末からその原型が存在しており、今なお多くの技術者によって使用されております。
この記事では、オシロスコープとはどのような計測デバイスなのか解説するとともに、使い方についてもご紹介いたします。
1.オシロスコープとは？
オシロスコープは時間的に電位差が変動していく様を、リアルタイムでディスプレイ上に表示して計測するための装置です。
電気的な振動を意味するoscillationから、この名前にちなんでいます。
電位差とは、電場(導体)内における、ある地点ともう一方の地点の電位の差です。
ある地点に対して、もう一方は電位がどれくらい高いのか・低いのかを表しています。
基本的に電流は電位差がないと流れず、また電流は高いところから低いところへと流れる性質を持ちます。
この高いところ・低いところの差を表す数値が電位差となります。
単位はVであるため、電圧と一緒に語られることも往々にしてあります。
オシロスコープではこの電位差を波形にして表示させていきます。
ちなみに似たようなデバイスでマルチメーターが存在しますが、こちらは時間による変動は計測せず、代わりに切替スイッチによって電圧・電流・抵抗などといった数値の計測が可能となります。
さて、オシロスコープは冒頭で古くからその原型が存在した、と申し上げましたが、現在のようなデジタルデータ化したオシロスコープが登場したのは1980年です。
それ以前はブラウン管の原理を利用した製品が一般的でした。
ブラウン管は陰極線管(CRT)とも呼ばれ、電池中から放たれた電子ビームが磁界にあたる偏向ヨークによって曲げられ、スクリーン(蛍光膜)に衝突して輝く(輝点)、という仕組みですね。
この輝点をスクリーン上に周期的に掃引することで、電位差の時間的変化を計測する、というのが大まかな仕組みです。
一方、現在使われているデジタル・オシロスコープはいくつかの種類がありますが、基本的には液晶ディスプレイ上に入力信号をデジタル変換して表示させます。
この現代のオシロスコープはデジタルデータであるためメモリ保存ができ、またPCに接続することでPCのソフトウェアに計測を任せるタイプもラインナップされるようになりました。
計測できる周波数帯域も広く、また比較的安価で売られるようにもなってきました。
そのため、様々なシーン・分野で活用されております。
代表的な使用シーンとしては、回路(時としてソフトウェア)の動作検証やノイズ等の異常信号の特定や電気デバイスの故障位置の特定。
あるいは電子工作の際の電圧測定や、教育現場での波形観測等が挙げられます。
見えない電気を可視化するオシロスコープは、電気デバイスが欠かせない我々の生活において、必需品と言えるでしょう。
２.オシロスコープの基本的な使い方
オシロスコープの使い方は非常にシンプルです。
まず電源を入れ、起動したら「RUN」を押すと、計測開始となります。
とは言え、画面の表示の見方がわからなかったり、ボタンやツマミがたくさんあって何が何だかわからない・・・といったお声もあるかもしれません。
見方について簡単に解説すると、縦軸が電位差、横軸が時間経過を示しており、ディスプレイに表示される波形によって変動値を観測していく、というもの。
左から右へと波形は等速に流れていき、電位が高くなると波は上へ、電位が低くなると波は下へと向かっていきます。
製品にもよりますが、多くの場合オシロスコープのディスプレイは縦に8分割されており、この1メモリが1ボルトとして、8ボルトまでの電位差の変化を表示させることができるというわけです。
なお、横方向のメモリは10分割となっており、1メモリがマイクロ秒とすると、一つの画面状に10マイクロ秒までの区間の電位差変化を表示させられます。
ちなみに/DIVが「1メモリあたり」を意味しており、パー・ディビジョンと読ませます。
もっとも、全ての被計測物が同じ範囲の電位差とは限りません。
この電位差とオシロスコープの設定がかみ合っていないと、波形振幅(しんぷく)が大きすぎて画面に入りきらなかったり、逆に小さすぎて変化がわかりづらかったりする場合があります。
基本的に測定時は、波形は画面いっぱいに表示されるのが望ましいと言えるでしょう。
そこでボルト・時間、それぞれツマミを使って、感度を所望の範囲に変更します。
オシロスコープを使用する際は、トリガーの掛け方についても知っておきましょう。
画面上に複数の波形が重なると、計測しづらくなるかと思います。
そこで波形観測の基準点を設定(どの入力信号を基準にするかどうか)すると、基準点に合わせて波形が重なり、ユーザーが計測したい波形を観測することができるのです。
この基準点のことをトリガ点とも呼びます。
ちなみに、オシロスコープと被計測物の接続には、多くの場合で付属のプローブを用います。
プローブが二つ付属したオシロスコープは、二つの被計測物の電位差を一緒に計測することもできます(一方だけの使用も可)。
プローブは被計測物への負荷が低減されること。
またノイズを防いでくれることなどといった観点から、オシロスコープでは重宝される付属物です。
※実際の使用時は、必ず取扱説明書をよくお読みになったうえでお使い下さい。
また本項でご紹介したのは基本的な使い方となり、オシロスコープには様々な機能が付加されております。
こちらも詳細は説明書をご確認下さい。
3.まとめ
オシロスコープについてご紹介いたしました。
オシロスコープとは縦軸で電位差を、横軸で時間を表示させ、時間経過による電位差の変動をリアルタイム表示させるデバイスであること。
オシロスコープの歴史は古く、原型は19世紀末から、また現代主流となっているデジタルデータ化したものは1980年から存在していること。
使い方はシンプルながら、ツマミやトリガーを掛けることでより便利に用いることができることなどをお伝えできたでしょうか。
ぜひオシロスコープ購入の際の、手引きにして下さい。
