オシロスコープ入門¶

目次¶

はじめに
1. オシロスコープの基本
2. 基本操作の解説
3. 波形の見方
4. トリガーの考え方
5. 実践的な波形観測
6. まとめと確認問題

はじめに¶

オシロスコープは電気信号の波形を視覚的に観測できる測定器です。組み込みシステムの開発において、信号の品質確認やデバッグに不可欠なツールとなります。本講座では、ソフトウェアエンジニアがオシロスコープを効果的に使用するために必要な基礎知識を学びます。

1. オシロスコープの基本¶

1.1 オシロスコープとは¶

オシロスコープの基本的な機能と特徴を図で示します：

graph TD A[オシロスコープ] --> B[時間軸表示] A --> C[電圧軸表示] A --> D[トリガー機能] B --> E[水平軸制御] C --> F[垂直軸制御] D --> G[波形の安定表示]

1.2 主要な部分と機能¶

表示部
波形表示画面
メニュー表示部
測定値表示部
操作部
垂直軸（電圧）制御
- 電圧レンジ
- 位置調整
- カップリング切替
水平軸（時間）制御
- 時間レンジ
- 位置調整
トリガー制御
- トリガーソース選択
- トリガーレベル調整
- トリガーモード選択

2. 基本操作の解説¶

2.1 電圧軸の調整¶

電圧軸の調整に関する重要なポイント：

flowchart LR
    A[電圧レンジ選択] --> B[波形が画面内に収まるように]
    B --> C[できるだけ大きく表示]
    C --> D[分解能の最適化]

2.2 時間軸の調整¶

波形の周期に応じた適切な時間軸の設定方法：

基本的な考え方
観測したい現象の時間幅を把握
画面内に2～3周期が表示されるように設定
必要に応じて詳細な部分の拡大

2.3 プローブの取り扱い¶

プローブの正しい使用方法：

プローブの種類
10:1プローブ
1:1プローブ
測定時の注意点
グランド接続の重要性
プローブの補正方法
帯域幅の考慮

3. 波形の見方¶

3.1 基本的な波形パターン¶

主要な波形パターンとその特徴：

graph LR A[基本波形] --> B[矩形波] A --> C[正弦波] A --> D[三角波] A --> E[パルス波] B --> F[デューティ比] B --> G[立ち上がり/立ち下がり時間] C --> H[振幅] C --> I[周波数]

3.2 波形の評価ポイント¶

波形の基本パラメータ
周期/周波数
振幅
デューティ比
立ち上がり/立ち下がり時間
波形の品質評価
オーバーシュート/アンダーシュート
リンギング
ノイズ

4. トリガーの考え方¶

4.1 トリガーの基本¶

トリガーの基本的な仕組み：

sequenceDiagram
    participant Input as 入力信号
    participant Trigger as トリガー回路
    participant Display as 表示系
    Input->>Trigger: 信号入力
    Trigger->>Trigger: トリガー条件判定
    Trigger->>Display: 表示開始信号
    Display->>Display: 波形描画

4.2 トリガーの種類と設定¶

エッジトリガー
立ち上がりエッジ
立ち下がりエッジ
その他のトリガー
パルス幅トリガー
パターントリガー
時間指定トリガー

5. 実践的な波形観測¶

5.1 クロック信号の観測¶

クロック信号観測のポイント：

確認項目
周波数の正確性
デューティ比
立ち上がり/立ち下がり時間
ジッタ
測定手順
プローブの選択と補正
トリガー設定
時間軸/電圧軸の最適化

5.2 データ信号の観測¶

デジタル信号観測のポイント：

信号品質の評価
アイパターン
スルーレート
オーバーシュート
ノイズ対策
プローブの適切な接地
帯域制限の活用
アベレージング機能の使用

6. まとめと確認問題¶

6.1 重要ポイントの整理¶

オシロスコープの基本機能
電圧軸/時間軸の設定
トリガー機能の活用
プローブの正しい使用
波形観測の基本手順
適切な設定値の選択
波形の品質評価
測定結果の解釈

6.2 確認問題¶

オシロスコープの垂直感度を2V/divに設定したとき、画面上の波形が3目盛の振幅を持っている場合、実際の信号の振幅はいくらですか？
次の波形から周波数を求めてください：

1 2	`時間軸：1ms/div 1周期が画面上で5目盛`

トリガーレベルを設定する際の基本的な考え方を説明してください。
プローブの10:1と1:1の違いについて説明してください。

6.3 実習課題¶

1kHzの矩形波を観測し、以下の項目を測定してください：
デューティ比
立ち上がり時間
オーバーシュート量
クロック信号を観測し、以下の項目を確認してください：
周波数の確認
ジッタの測定
信号品質の評価

補足資料¶

オシロスコープの基本設定早見表¶

観測対象	推奨時間軸	推奨電圧軸	トリガー設定
クロック信号	周期の2-3倍が画面内に収まるように	振幅が画面の60-80%程度	立ち上がりエッジ
デジタル信号	データレートに応じて調整	論理レベルに応じて調整	データパターンに応じて
アナログ信号	信号の変化が観察できる範囲	S/N比を考慮して最適化	信号の特徴に応じて

トラブルシューティングガイド¶

波形が表示されない場合
トリガー設定の確認
プローブの接続確認
垂直軸/水平軸の設定確認
波形が不安定な場合
トリガーレベルの調整
トリガーモードの変更
プローブの接地状態確認
ノイズが多い場合
帯域制限の使用
アベレージング機能の活用
プローブの配置見直し