オシロスコープの基礎知識と製品の選び方について

オシロスコープの基礎知識と 製品の選び方について

オシロスコープは電気信号を可視化させ、電流や電圧など、電気的な性質を測るものです。
波形として確認できることで時間変化の様子が理解しやすくなります。
電気を扱う広い業界で用いられ、また個人の趣味目的で所持していてもおかしくないほど基本的な測定器です。
ここでは、オシロスコープについて解説し、その選び方について見ていきます。

オシロスコープの基本構造と動作原理

オシロスコープは大別して「アナログオシロスコープ」と「デジタルオシロスコープ」に分類できます。
アナログオシロスコープは、ブラウン管オシロスコープとも呼ばれ、その名の通りブラウン管が構成要素に含まれています。簡単に原理を説明すると、電子銃から発射された電子が蛍光物質の塗られたスクリーンに当てられることで発光するというものです。

アナログオシロスコープ

飛び出した電子はプローブから入力された電圧によって向きが曲げられます。これが連続的に続くことで、交流であれば振動するような波形が表示されるようになります。
一方デジタルオシロスコープでは、液晶ディスプレイにプローブから入力された入力信号をデジタル変換したものが表示されます。

デジタルオシロスコープ SIGLENT

(著作権者:Wild Pancake 出典元:リンク

アナログオシロスコープが信号を直接、そのまま表示するのに対してデジタルオシロスコープでは一度サンプリングした後に波形を生成するためより間接的な測定と言えます。
基本的にはデジタルオシロスコープのほうが性能面で勝っており現代では主要のオシロスコープとなっています。

オシロスコープでできること

電圧や電流値を調べるには一般にテスターと呼ばれるハンディな計測器でも測ることはできます。

テスター
しかしテスターでは時間変化を追うことができず、数値として情報が表示されるのみです。
オシロスコープだと電圧がどのように時間変化しているのか、より高周波でも計測できるようになります。

オシロスコープ トリガー
トリガをかけることで繰り返される波形を同位置に重ねて表示させられます。
この他、入力する電気信号に合わせて適切な設定をすることで、単に周波数や電圧が読み取れるだけでなく様々な情報が解析できるようになります。
実用例として主なものは、故障箇所の解析が挙げられます。
ある機器が期待する動作をしなかったとき、段階的に電気信号を確認してくことでどこが故障しているのか発見することができます。
例えば供給されてきた電圧が発振器、増幅器を経る場合、増幅器後の信号に異常があり、かつ発振器後に異常がなければ増幅器が故障しているかもしれないと考えることができます。
また、回路の開発段階でも必需となります。

オシロ 開発 イメージ

回路に付ける素子には耐えられる電圧値などが決まっています。
計算通りの信号が出力されていなければ1つの素子だけでなく影響を受けるモジュールがまるごと破壊されてしまうかも知れません。
適切な回路を見極めるためにもオシロスコープを接続し信号を可視化させることが重要になります。
この他ノイズの検出ができるなど、リアルタイムで波形を表示できることで多様な使い方が可能です。

オシロスコープの主要メーカー

テクトロニクス DCS-1000B シリーズ

(著作権者:Biswarup Ganguly 出典元:リンク

オシロスコープの主なメーカーとして、「テクシオ・テクノロジー」や「テレダイン・レクロイ」、「テクトロニクス」などがあります。
テクシオ・テクノロジー社のオシロスコープだと、ベーシックなものとして「DCS-1000B」シリーズがあります。
オシロスコープとしては低価格で10万円以下でも購入が可能です。

周波数帯域

(著作権者:Henrikb4 出典元:リンク

周波数帯域は50MHzまでのものや100MHzまでのものが用意されています。より高性能な「MDO-2000E」シリーズがだと200MHzまでの周波数帯域を持つ製品もあります。さらにスペクトルアナライザの機能が搭載されているなど、出来ることも幅広くなっています。
テレダイン・レクロイ社の製品だと、「Wave Surfer 3000z」シリーズが新しく発売されています。
上で紹介した製品と比べると価格は上がり最低でも50万円以上かかります。
しかし周波数帯域は1GHzまで広がり、大画面のタッチパネル仕様になるなど使いやすさにも力が入れられています。
テクトロニクス社であれば、「TBS1000」シリーズなどが個人でも手に入れやすい価格で販売されています。
この他、各メーカーで様々な用途に応じたオシロスコープが販売されています。

オシロスコープの選び方

比較的低価格な製品も販売されていますが、基本的にオシロスコープは高価なものです。
選ぶ際にはしっかりとスペックを確認しなくてはなりません。
まず確認すべきなのは自分が何をどのように計測する必要があるのかということです。
分かりやすいのは周波数です。

周波数 イメージ

著作権者:Omegatron ライセンス : CC-BY-SA 3.0 出典元:リンク

オシロスコープの周波数帯域は最も重視しなければならないポイントでもあります。周波数帯域によって、ある程度選択できるオシロスコープが絞られ、価格も決まってきます。
他にはサンプリング・レートやチャネル数を確認し、最低限目的を達成できるようにしなくてはなりません。あとは予算内で表示機能などにもこだわっていくと良いでしょう。
また、近年中国メーカーなどを筆頭に低価格のオシロスコープが多く販売されるようになっています。

中国メーカー RIGOL オシロスコープ

(著作権者:Dave Jones 出典元:リンク

ものによって測定精度に差がありますが、必ずしも格安オシロスコープを避ける必要はありません。
何のためにオシロスコープが必要なのか考え、特にこの場合、どの程度の精密さが必要なのか考慮しましょう。
厳密に波形を解析する必要がないのであれば性能を落とし、価格を下げても問題はないかもしれません。

まとめ

オシロスコープは製造業を主とし様々な業界で使われ、個人所持している人も珍しくない一般的な測定器です。
しかしテスターと比べるとはるかに本格的な測定器で、時間軸を取り入れて波形を確認できる点で優れています。
安くても10万円程度、高価な物だと100万円を超える製品も多数あります。
それぞれに対応する電気信号があるため、オシロスコープを選ぶときには価格ではなく、周波数帯域などを確認し、見たい信号が見られるのかといったことに注目するようにしましょう。

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ライター紹介
ライタープロフィール
YuKi

元メーカー勤務の開発員、現フリーランス。Web系エンジニアや気象予報士、ライターなどとして幅広く活動。

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