波形の取りこぼしがあると発生頻度の少ない異常波形を捕らえることが難しくなり、回路評価を効率的に行えない課題があった。
CCDメモリを使ったデジタルオシロスコープ 2430A
図3.
図4.
アナログオシロスコープはフェルディナント・ブラウンが陰極線管（ブラウン管）を発明して、1897年に電気現象の変化を陰極線管に表示したのが起源となっているが、使い易いオシロスコープではなかった。下記の図は当時の電気現象を観測する実験を行うための教育用の実験装置の図である。 強制同期式オシロスコープのブロック図
アナログオシロスコープは2000年初頭まで販売されていたが、デジタルオシロスコープの価格が安くなったこと、デジタルオシロスコープの画面更新レートが高速化したなどアナログオシロスコープの優位性が失われて現在ではあまり利用されなくなってきた。
高速A/D変換器が登場するのは1980年代中ごろ以降であるため、各社からデジタルオシロスコープが数多く登場して普及が拡大するのは1990年以降となる。
出典：IEEE spectrum誌 1974年3月号に掲載されたテクトロニクス社の広告
オシロスコープの使い方を一から紹介します。電源の入れ方からトリガーのかけ方までを写真・動画交えて分かりやすく説明します。初心者の方でも簡単にオシロを使った測定方法を学ぶことができます。 オシロスコープの使い方は非常に簡単です。 基本はオシロに電源入れて、波形を調整して波形を保存するだけです。シンプルな使い方を多くの写真交えて紹介していきます。簡単な測定例を下記動画でも紹介しています。ぜひ一緒にご覧ください。 最初にオシロスコープの電源を入れます。 電源を入れてからロゴが出ますので、10秒～20秒ほど待ちます。 オシロスコープの「RUN/STOP」を押すと測定が開始されます。 もし「RUN」を押しても波形が取れない場合はトリガーを調整してみます。 トリガーのつまみを回すと「T」の位置が移動しますので、波形のいる位置に移動させます。今回の場合だと0V～3V内の位置に「T」を持っていく必要があります。 垂直軸と水平軸のつまみで波形を調整します。 「Cursor(カーソル)」を押して、つまみで調整して波形の周波数・電圧を確認してみます。電圧が3Vで周波数が1KHzになっていることが分かります。 カーソル以外でも「Measure(測定)」を押すことで自動で周波数・電圧を確認できます。 測定した波形を保存する方法は簡単です。まずUSBを挿します。 あとは「印刷」のボタンを押すだけです。自動でUSBにデータが保存されます。 実際に撮った波形が下記になります。無事オシロスコープで測定できました。(※若干波形が歪んでいますので、また別途プローブの補正は実施しておきます) 今回使用しているオシロスコープの詳細は下記記事で紹介しています。よろしければ一緒にご覧ください。(リンク先は オシロスコープを使えば、多くの波形を測定することが可能です。今まで筆者が紹介してきた事例・測定方法を紹介していきます。 商用電源のコンセントのAC100Vも測定することが可能です。 オシロスコープで測定した交流電圧の波形が下記となります。 交流100Vの測定方法含めて詳細は下記記事で紹介しています。(リンク先は オシロスコープのFFT機能で周波数解析も実施可能です。 またFFTの周波数解析により高調波まで確認しています。オシロスコープでのFFT機能の使い方含めて紹介していきます。 実際の測定に解説を加えた動画も下記Youtubeにアップしています。合わせてご覧になると理解が深まりますので、ぜひ一緒に確認ください。 FFTの測定方法含めて詳細は下記記事で紹介しています。(リンク先はこちら) ラズベリーパイのような基板の電源構成を調査も可能です。 実際にオシロスコープでラズパイの電源シーケンスの測定まで実施しました。 5VからラズパイのCPU・LPDDR4への電源まで測定しています。 電源シーケンスの測定方法の詳細を紹介しています。(リンク先は USB-RS232C変換ケーブルをオシロで出力電圧レベルを確認できます。 オシロでRS232Cの出力電圧を測定するとHigh(1)が「＋10.8V」、Low(0)が「-10.8V」でした。 シリアル通信のRS232Cの測定方法を紹介しています。(リンク先は オシロスコープでSPI通信を測定できます。 オシロスコープのデコード機能を使うことで、データの中身まで解析可能です。 SPI通信の測定方法の詳細を紹介しています。(リンク先は UARTの通信速度も波形で確認することが可能です。USBシリアル通信のボーレート設定を変更して、実際の転送速度をオシロで確認しました。 シリアル通信でよく使われるボーレート設定は115200の波形が下記となります。 シリアル通信のUARTの測定方法を紹介しています。(リンク先は USB通信の波形測定もオシロスコープで可能です。USB2.0のフルスピードとハイスピードの切り替えをオシロスコープで測定しました。ラズベリーパイからUSBをリセットさせることで、切り替え時の波形を確認しています。 USB2.0は最初にフルスピード(12Mbps)で接続して、その後ハイスピード(480Mbps)になります。 実際にフルスピードとハイスピードの切り替わるUSB2.0動作の波形を確認できています。 簡易的なUSBの測定方法含めて紹介しています。(リンク先は RS485の差動の波形をオシロスコープで測定してみました。電圧レベルが「-7V～+12Vの範囲」「200mV以上の差動振幅」で規格内を確認しています。 ラズベリーパイからUSB-RS485変換モジュールを使ってPythonで通信しています。終端抵抗は120Ωを接続しました。 RS485通信の測定方法含めて紹介しています。(リンク先は CAN通信の波形測定・解析をしてみました。 オシロスコープでCAN通信の差動電圧レベルを確認できました。 1bitあたりの時間も確認してCANの通信速度も実際に測定しています CAN通信の測定方法含めて紹介しています。(リンク先は ラズベリーパイのイーサネット(有線LAN)の波形を測定してみました。 個人のオシロでも100base-TXに関してはある程度は測定ができました。 イーサネット(有線LAN)の測定方法含めて紹介しています。(リンク先は 色々な測定例を紹介しましたが、オシロスコープは何でも測定できるわけではありません。オシロ自身にスペックがあり「測定できるもの」「測定できないもの」があります。オシロスコープを使う上でのポイントを紹介します。 オシロスコープには周波数帯域というスペックがあります。オシロの周波数帯域が50MHzに対して、約4倍のUSB2.0(480Mbps_最大240MHz)で確認しました。 もちろん測定結果はNGです。正常な波形は測定できません。時間軸最大に広げた波形ですが、Hi(1)/Low(0)の波形が全く分からない波形です。 周波数帯域の重要性について紹介しています。(リンク先は オシロスコープにはサンプリングレートというスペックもあります。サンプリングレートが十分でないと正確な波形が測定できません。 サンプリングレートの重要性についても紹介しています。(リンク先は 正しい測定箇所を選ばないと正確は波形は測定出来ません。特に高速信号を測定する際が顕著になります。簡単に反射して波形が崩れます。 インピーダンス・反射の重要性について紹介しています。(リンク先は オシロスコープを使う上ではチャンネル数が多いと測定が楽になります。もし趣味でオシロスコープを購入を迷っている方がいましたら4チャンネルを推奨します。 チャンネル数の多いメリットについても紹介しています。(リンク先は 今回はオシロスコープの使い方・測定事例に関して紹介させていただきました。記事をまとめますと下記になります。 筆者のオシロのコストパフォーマンス込みで非常に優秀なオシロスコープです。下記記事でも紹介していますので、よろしければご覧ください。(リンク先はメーカで働いている現役のハードウェアエンジニアのミソジと申します人が少ない部署のためCPU・モータ・電源と何でも開発設計する日々・・・仕事・レビューの依頼に関してはメーカで働いている現役のハードウェアエンジニアのミソジと申します人が少ない部署のためCPU・モータ・電源と何でも開発設計する日々・・・仕事・レビューの依頼に関しては
今回の記事ではオシロスコープとプローブについて歴史、製品の種類、機種選定のポイント、製品の内部構造、製品仕様、トリガ機能、演算機能、プローブ、校正についての基礎知識を紹介していく。
初期の高速A/D変換器を搭載したデジタルオシロスコープ
波形更新レートを早くするためには高速に波形データを処理できる画像処理DSP（digital signal processor）を搭載して、効率的なアルゴリズムで波形データを表示できるようにすることが必要である。
画像処理DSPを搭載したデジタルオシロスコープ TDS3000
図11. 1991年に発売されたテクトロニクス社のTDS340は2チャネル、100MHz帯域、500MS/s、8ビット、波形メモリ1kワード（オプションで50kワード）の高速A/D変換器を搭載したデジタルオシロスコープであった。
波形更新レートの早いオシロスコープの効果
図8.
図10.
第1回：「はじめに」「歴史の長いオシロスコープ」「オシロスコープをさまざまな視点で分けてみる」「オシロスコープの選定ポイント」「【コラム】デジタルオシロスコープの登場に貢献した高速A/D変換器」
アナログオシロスコープ 2465
ところがこのオシロスコープにおけるアナログ、デジタルは歴史的経緯もあってけっこう微妙で、ついでに言うと、どうも世代によって言葉の使い方が違うようで、私は非常に混乱しました。一応今はなんとか整理がついたので、まとめておきたいと思います。 図6.
図7. 提供：テクトロニクス社
強制同期式オシロスコープは入力周波数に掃引周波数を手動で合わせる方式のため、連続する安定した波形の観測しかできなかった。
最近の多くのオシロスコープには波形データ処理を高速に行うための画像処理DSP回路を搭載している。
テクトロニクス社では1982年に7000シリーズのプラグイン7D20として、CCDを使った最初の70MHz帯域、40MS/s、8ビット、波形メモリ1024ワードのデジタルオシロスコープを実現した。その後、1986年に発売されたテクトロニクス社の2430は2チャネル、150MHz帯域、100MS/s、8ビット、波形メモリ1024ワードのCCDメモリを使ったデジタルオシロスコープであった。1988年に発売された同じシリーズの最上位機種の2440は300MHz帯域、500MS/sであった。
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