Oscilloscope - Oshirosukopu (English spelling) oscilloscope

Japanese: オシロスコープ - おしろすこーぷ（英語表記）oscilloscope

A device for observing and recording the time-dependent changes in electrical signals. Traditionally, cathode ray oscilloscopes using cathode ray tubes were used, but digital oscilloscopes are now widely used. A cathode ray oscilloscope is a type of device that deflects an electron beam using an electric field proportional to the signal being measured, and then strikes a phosphor screen to draw a waveform, thereby observing or recording signals that change over time. The inertia of electrons is extremely small, and high-frequency signals of up to several hundred megahertz can be observed, so they have been used in all fields of electrical measurement, such as observing high-speed phenomena, analyzing waveforms, and recording and observing transient phenomena.

In addition to directly observing the waveform on the observation surface with the naked eye, an oscilloscope also records it by photographing it.

Usually, to observe a repeating waveform, a horizontal sawtooth voltage (a waveform that increases linearly over time) is applied, and a light spot on the observation surface is moved horizontally from left to right at a constant speed (called a sweep), while a voltage proportional to the signal being measured is used to move the light spot vertically to draw the waveform. If the sweep period is made to match that of the signal being measured or an integer multiple of it, the above operation is repeated, and a waveform with one period or an integer multiple of that period can be made to remain stationary on the observation surface. However, with this method, it is difficult to observe irregular waveforms that do not have a constant period, or to enlarge parts of the input signal waveform. The trigger sweep method makes this possible.

In the trigger sweep method, a gate signal generator is placed before the sawtooth voltage generator, and a synchronization pulse (gate signal) is generated only when an input signal is received, which starts the sawtooth voltage generator. In other words, if there is no input above a certain preset level, no sweep is performed and the light spot remains stationary at the left edge of the observation surface, making it easy to observe single or irregular phenomena. Also, if a delay circuit is placed before the gate signal generator, the sweep can be started in the middle of the waveform, allowing that part to be observed in detail (called delayed sweep). Furthermore, by placing a delay circuit before the vertical axis amplifier, the rising edge of the input signal moves to the center of the observation surface, and that part can be observed in a fully enlarged manner.

[Toshiharu Takao]

Digital Oscilloscope

An oscilloscope converts the electrical signal being observed into a digital signal through an A/D converter (analog-to-digital converter), and then displays this as a waveform on an LCD or plasma screen for observation. Just as the use of digital technology has made televisions thinner, the oscilloscope has become a revolutionary small and easy-to-use measuring instrument thanks to the elimination of cathode ray tubes and advanced developments in electronic technology.

The digitized observation signal can be output externally or recorded in a storage element (external or internal memory) and redrawn for later use. In addition, two or more simultaneous multi-phenomenon observation signals can be displayed as waveforms resulting from arithmetic operations inside the oscilloscope, or the correlation between signals can be displayed. There are many different models available depending on the frequency band of the observed signal, the number of channels, the power source used, etc.

[Toshiharu Takao]

Oscilloscope Use Cases

The most commonly used ones at present are as follows:

(1) Waveform observation: Fluctuations in atmospheric pressure, temperature changes, displacement, etc. are converted into electrical signals using an appropriate converter (called a sensor), and the changes over time are observed as waveforms.

(2) Voltage measurement The voltage value per unit scale on the observation surface is accurately calibrated using the accurate voltage of the built-in calibration voltage generator, and the voltage value is measured by comparing this with the waveform of the observed voltage.

(3) Time measurement: The sweep speed is shown as time per unit length on the horizontal axis, so the time between two points on the observed waveform can be easily measured.

(4) Frequency measurement By measuring the time for one period of the observed waveform, the frequency can be calculated as its reciprocal. In addition, if a sine wave signal of an accurate known frequency from another standard signal generator is applied horizontally, and the sine wave signal voltage to be measured is applied vertically, a specific figure called a Lissajous figure is obtained depending on the frequency ratio and phase difference, from which the frequency can be calculated.

(5) Distance measurement By sending out an electrical pulse and observing the time it takes for the reflected wave to return, the distance can be measured from the propagation speed. A typical example is the fault location method for power transmission lines.

[Toshiharu Takao]

[Reference] | Oscillograph | Lissajous figures

Principle of cathode ray oscilloscope
©Shogakukan ">

Principle of cathode ray oscilloscope

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

Japanese:

電気信号の時間的変化を観測・記録する装置。従来はブラウン管を用いた陰極線オシロスコープが使われたが、現在はデジタルオシロスコープが広く用いられている。陰極線オシロスコープは、電子ビームを被測信号に比例する電界によって偏向させ、これを蛍光面に当てて波形を描かせ、時間とともに変化する信号を観測または記録する装置の一種。電子の慣性はきわめて小さく、数百メガヘルツの高周波信号まで観測することができるので、高速現象の観測、波形の分析、過渡現象の記録・観測など、電気計測のあらゆる分野に用いられた。

　オシロスコープは、観測面上の波形を目で直接観測することのほか、写真撮影による記録なども行っている。

　通常、繰り返し波形の観測には、水平方向へのこぎり波電圧（時間とともに直線的に増加する波形）を加え、観測面上の光点を左から右へ水平に一定速度で移動させ（掃引(そういん)という）、その間に被測信号に比例した電圧で光点を垂直方向へ移動させて波形を描かせる。掃引の周期を被測信号のそれと一致させるか、あるいは整数倍にとれば、前記の動作が繰り返し行われ、1周期またはその整数倍の周期の波形を、観測面上に静止させることができる。しかしこの方法では、一定周期をもたない不規則な波形の観測や、入力信号波形の部分的な拡大は困難である。これを可能にしたのがトリガ掃引方式である。

　トリガ掃引方式は、のこぎり波電圧発生回路の前にゲート信号発生回路を設け、入力信号がきたときだけ同期用パルス（ゲート信号）を発生させ、これによってのこぎり波電圧発生回路を始動させる。つまり、あらかじめ設定したあるレベル以上の入力がなければ、掃引は行われず、光点は観測面上で左端に静止しているので、単発の現象や不規則な現象の観測も容易にできる。また遅延回路をゲート信号発生回路の前に設けたものは、波形の途中から掃引を開始することができるので、その部分を詳細に観測できる（遅延掃引という）。さらに、遅延回路を垂直軸増幅回路の前に設けることで、入力信号の立ち上がりの部分が観測面中央に移動し、しかもその部分を十分拡大して観測することができる。

［高尾利治］

デジタルオシロスコープ

観測する電気信号を、A／D変換器（アナログ・デジタル変換器）を通してデジタル信号に変換し、これを液晶画面やプラズマ画面上に波形として描かせて観測するオシロスコープ。デジタル技術の利用でテレビが薄型になったように、ブラウン管の不使用と電子技術の高度な発達によって、画期的に小型化され、また、扱いやすい計測器になった。

　デジタル化した観測信号を、外部に出力したり、記憶素子（外部や内部メモリー）に記録し、後日、再描画させて利用したりすることが可能である。また、同時に発生する二つ以上の多現象観測信号を、オシロスコープの内部で四則演算した結果の波形で示したり、信号間の相関関係で示したりできる。観測する信号の周波数帯、チャネル数、使う電源等によって多機種に分かれている。

［高尾利治］

オシロスコープの使用例

現在もっとも多く用いられ、使用例の典型となるものをあげると、次のようになる。

(1)波形の観測　気圧変動、温度変化、変位等を適切な変換器（センサーという）で電気信号に変換し、その時間的変化のようすを波形として観測する。

(2)電圧の測定　内蔵の校正電圧発生装置の正確な電圧によって、観測面の単位目盛り当りの電圧値を正確に校正しておき、これと観測電圧の波形とを比較して電圧値を測定する。

(3)時間の測定　掃引速度は、横軸の単位長さ当りの時間で示されているので、観測波形上の2点間の時間は容易に測定できる。

(4)周波数の測定　観測波形の1周期の時間を測定すれば、その逆数として周波数が求められる。また、水平方向に、別の標準信号発生器からの正確な既知周波数の正弦波信号を加え、垂直方向に被測正弦波信号電圧を加えると、周波数比および位相差によって、リサジューの図形とよばれる特定の図形が得られ、これから周波数を求めることができる。

(5)距離の測定　電気パルスを送り出し、その反射波の戻る時間を観測すれば、伝搬速度から距離が測定できる。代表例として送電線路の故障点標定法がある。

［高尾利治］

[参照項目] | オシログラフ | リサジューの図形

陰極線オシロスコープの原理

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例

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