目次→事例集→４現象アダプタ


オシロスコープの動作原理





オシロスコープは時事刻々と変化する電気信号の電圧を直接人間が見るための装置です。　基本的には周期的に繰り返される信号を観測するのに適しています。
変化が不規則であったり、１回しか発生しない信号を見るのは難しいです。
１回しか発生しない信号を観測するためにメモリ機能を持ったものもあります。
ここではオシロスコープ（またはシンクロスコープ）の基本的動作原理を紹介します。



　オシロスコープの画面表示原理

オシロスコープは横軸（Ｘ軸）で時間を表し、縦軸（Ｙ軸）で電圧を表します。
画面はＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）が多く使用され、ＴＶと同じ原理で表示します。すなわち、電子ビームを偏向（上下左右に移動）することにより信号波形を表示します。



　電子ビームの制御

上下の偏向コイルには観測する電圧を加えます。これにより、電子ビームは観測する信号電圧に従って上下に移動をします。
左右の偏向コイルには走査用の電圧を加えます。この電圧波形にはのこぎり波が使われます。電子ビームを画面の左端から右端まで一定の速度で移動させ、右端から左端に移動する時には速く移動させます。右端から左端に移動することを帰線（きせん）と言って、見える必要はありません。オシロスコープの種類によって違いますが、帰線の部分では電子ビームを止めて見えなくしているのが普通です。



　Ｙ軸制御

観測する信号を加えるのですが、信号の増幅器の性能が大きく影響します。
特に高い周波数の観測を行う場合、増幅器で波形のひずみが発生すると、実際の信号波形と違う波形が画面に現れてしまいます。一般的に高級機になるほど高周波の特性が良いものになります。



　Ｘ軸制御

電子ビームを時間とともに一定速度で左から右に移動させます。
単に移動させただけでは静止した波形を画面に表すことは出来ません。
入力信号の周期と一致した周期または整数倍の周期で移動させる必要があります。

日本ではオシロスコープとシンクロスコープを動作の違いにより使い分ける場合があります。
オシロスコープもシンクロスコープも横軸が時間、縦軸が電圧を表すことは変わりません。
違いは横軸（時間軸）の動作です。
スコープ上で見たい信号の波形を静止させるためには見たい信号の周期と横軸の走査（スキャン）周期を合わせる必要があります。そうしないとスコープ上で信号が移動してしまい、見づらくなったり、見えない状態になってしまいます。そこで、スキャン周期を入力信号と同期させる方法が必要になります。

    オシロスコープでの走査制御
    オシロスコープの横軸方向の走査（スキャン）は常に行われています。電子ビームが左から右へ移動することを走査と言います。入力信号が入るとその立ち上がり（プラス方向に変化した電圧）または立ち下がり（マイナス方向に変化した電圧）を検出し（トリガ）、その周期に横軸走査の周期を近づけます。（引き込むと言うこともあります）　どんな周期でも引き込めるかと言うとそうではなく、限界があります。
    この方法の場合、入力信号が常に同じ周期で入力される必要があります。ですから、オシロスコープでは不規則な周期の信号を観測することはできません。
    また、１サイクル以下の信号を見ることはできません。




    シンクロスコープでの走査制御
    シンクロスコープの横軸も走査されています。オシロスコープと違う点は、走査の開始（画面の左の位置）が入力信号の立ち上がりまたは立ち下がりで行われる点です。オシロスコープのように走査周期を変化させていません。ですから、周期が不規則な信号でも静止した波形で観測することができます。


    １サイクル以下の信号波形を見ることができますので、矩形波の立ち上がり、立ち下がりなどのオーバーシュート、アンダーシュートなどを観測することもできます。




オシロスコープの使い方について詳しく知りたい方は以下のサイトをご覧下さい。