オシロスコープの使い方!初めての人向けに多くの測定事例を紹介

オシロスコープ

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。

 

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オシロスコープの使い方!初めての人向けに多くの測定事例を紹介

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。

オシロスコープの使い方 電源ONから波形保存まで基本を紹介

 

オシロスコープの電源を入れる

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(開始)を押す

オシロスコープの「RUN/STOP」を押すと測定が開始されます。

 

もし波形が取れない場合は?

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。

 

オシロスコープの水平軸と垂直軸を調整する

垂直軸と水平軸のつまみで波形を調整します。

 

オシロスコープのカーソルで周波数・電圧を確認してみる

「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。

 

オシロスコープの測定で周波数・電圧を確認してみる

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。

 

オシロスコープの波形をUSBに保存してみる

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。(リンク先はこちらから)

オシロスコープはおすすめ!電子工作のために購入してみた
オシロスコープを個人で購入してみました。 オシロがあれば電子工作の測定、電子回路の勉強などに使えて非常に役立ちます。 現役のエンジニアが自宅でオシロを使うメリット・デメリットを説明します。 また実際に通販で購入して、使い始めるまでの一連の流れも紹介します。

 

オシロスコープでの測定事例

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。

 

交流100Vを測定

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。(リンク先はこちら)

交流100Vの波形をオシロスコープで測定してみた
交流のAC100Vの電圧波形をオシロスコープで測定してみました。 コンセントの周波数、実効値、瞬時値含めて確認しています。 AC100Vを実際に測定した波形含めて分かりやすく交流を紹介します。

 

FFTで周波数解析

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。

オシロスコープのFFTで周波数解析をしてみた

 

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)

オシロスコープで周波数測定!FFTの使い方を確認してみた
オシロスコープで周波数測定してみました。 オシロのFFT機能を使うことで信号の周波数を簡単に確認できます。 簡単な周波数測定の方法からFFTの解析結果の見方まで分かりやすく紹介します。

 

電源シーケンスの測定

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。(リンク先はこちら)

ラズベリーパイの回路図から電源構成を調査してみた
ラズベリーパイの回路図は部分的にですが公式HPで公開されています。 回路図を確認しながらラズパイの電源構成・シーケンスを調査してみました。 最新のラズパイの電源回路構成を分かりやすく紹介します。

 

PoEの電圧測定

オシロスコープでDC48Vを測定して、PoE給電の仕組みも確認しました。

(PoE…LANケーブル経由で電力を供給する技術)

 

DC48VがLANケーブル経由で出力されているのをオシロで確認しています。

 

PoEの仕組みをオシロスコープの波形含めて紹介しています。(リンク先はこちら)

PoE給電の仕組み!LANケーブルの電圧を測定してみた
PoE給電中のLANケーブルの電圧を測定してみました。 ハブが対応機器を検出して供給するまでの流れ含めて確認しています。 PoE給電の仕組みを分かりやすく紹介します。

 

RS232Cの電圧測定

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。

RS232Cの出力電圧の規定として「H_+5V~+15V」「L_-5V~-15V」ですので範囲内でOKです。

 

シリアル通信のRS232Cの測定方法を紹介しています。(リンク先はこちら)

RS232Cの電圧レベルをオシロスコープで測定してみた
RS232Cの電圧をオシロスコープで測定してみました。また通信プロトコルも確認しています。 USB-RS232C変換ケーブルの電圧波形を実際に確認しています。 RS232C通信の基礎を初心者の方にも分かりやすく紹介します。

 

I2C通信を測定

オシロスコープでI2C通信を測定・解析することができます。

 

I2C通信のデータの中身まで解析することが可能です。

 

I2C通信の測定方法の詳細を紹介しています。(リンク先はこちら

I2Cの波形をオシロスコープで確認してみた
I2C通信の波形をオシロスコープで測定してみました。 i2cdetectを行い、該当のアドレス箇所での信号を確認しています。 実際のI2Cのクロックとデータの波形を詳細に紹介します。

 

SPI通信を測定

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。(リンク先はこちら)

SPI通信に入門!速度・チップセレクト変更時の波形を確認してみた
SPI通信をオシロスコープで測定してみました。 プログラムを変更して、速度やチップセレクトを変えた波形も確認しています SPI通信の基礎を初心者の方に分かりやすく紹介します。

 

UARTの通信速度を測定

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。

1bit辺りの転送時間は1/115200s(8.68us)となり、通信速度が115200bpsを確認できました

 

シリアル通信のUARTの測定方法を紹介しています。(リンク先はこちら)

USBシリアル通信のボーレートの最大は?通信速度(bps)をオシロで確認
シリアル通信の速度をオシロスコープで確認してみました。 USBシリアル変換ケーブルのICを調べて、最大のボーレートまで試しています。 シリアル通信のボーレートの設定で通信速度(bps)がどのように変化するか紹介します。

 

USBのフルスピードとハイスピードを測定

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。(リンク先はこちら)

USBのフルスピードとハイスピードの切り替えをオシロで確認してみた
USBのフルスピード(12Mbps)とハイスピード(480Mbps)の切り替え信号を確認しました。 オシロスコープでChirp信号の波形測定しています。 USB2.0の回路構成・プロトコルの基礎を実際の波形含めて分かりやすく紹介します。

 

RS485通信を測定

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。(リンク先はこちら)

RS485通信の電圧と波形をオシロスコープで確認してみた
RS485の差動の波形を実際に測定・解析してみました。 電圧レベル・差動信号をオシロスコープで確認しています。 RS485通信の基礎を実際の波形交えて、初心者の方にも分かりやすく紹介します。

 

CAN通信を測定

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。(リンク先はこちら)

CAN通信に入門!波形とプロトコルを確認してみた
CANの信号波形をオシロスコープとアナライザで確認してみました。 電圧レベルの測定からプロトコルの解析まで実施しています。 CAN通信の基礎を初心者の方に分かりやすく紹介します。

 

イーサネット(LAN)の波形を測定

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。(リンク先はこちら)

イーサネット(LAN)の波形を測定してみた!物理層をオシロで確認
有線LANの規格であるイーサネットの波形を測定してみました。 リンクアップの LAN・イーサネットの信号について分かりやすく紹介します

 

MIPI CSI-2の波形を測定

MIPI CSI-2のカメラの波形をオシロスコープで測定してみました。

 

規格を調べながらMIPI CSI-2の仕組みを確認しています。

 

スマートフォンなどで使われているカメラの波形を紹介しています。(リンク先はこちら)

MIPI CSI-2の規格を調べて波形を確認してみた
MIPI CSI-2の規格書は本来有料で個人でのダウンロードは難しいです。 但し、ドラフト版やメーカのデータシートから規格をある程度は把握できます。 役に立った情報元、実際に測定した波形含めて紹介していきます。

 

MIPI DSIの波形を測定

MIPI DSIのディスプレイの波形をオシロスコープで測定してみました。

 

仕様を調べて、ディスプレイの画像情報の波形を確認しています。

 

スマートフォンなどで使われているディスプレイの波形を紹介しています。(リンク先はこちら)

MIPI DSIの仕様を調べてディスプレイの波形を確認してみた
車載やスマートフォンのディスプレイに使われているMIPI DSIを調べてみました。 最新の仕様書は個人ではダウンロードできませんが、ドラフト版ならば入手可能です。 実際に測定した波形含めて詳しく紹介します。

 

ローパスフィルターを測定

ローパスフィルター回路をオシロスコープで実際に測定してみました。

 

ローパスフィルターにより高周波数帯がカットされることを紹介しています。

 

ローパスフィルターの効果をオシロスコープで確認しています。(リンク先はこちら)

ローパスフィルター回路の波形をオシロスコープで確認してみた
ローパスフィルター回路を自作して、実際に波形をオシロで測定してみました。 測定結果とシミュレーションを比較して、理論通りの結果であることを確認しています。 ローパスフィルターの原理を分かりやすく紹介します。

 

ハイパスフィルターを測定

ハイパスフィルターとローパスフィルターの両方の回路を作り、波形を確認しました。

 

ハイパスフィルターの波形は高周波数帯域の信号だけを通します。

 

ハイパスフィルターとローパスフィルターの違いを紹介しています。(リンク先はこちら)

ハイパスフィルターとローパスフィルターの違いを波形で確認してみた
ハイパスフィルターとローパスフィルターの違いを比較してみました。 実際に回路を作り、オシロスコープで波形を測定しています。 フィルター前後で周波数特性がどのように変わるのか分かりやすく紹介します。

 

ACカップリング回路を測定

ACカップリングの回路を作り、オシロスコープで波形測定してみました。

 

ACカップリングされてコンデンサ後に交流成分のみが伝達されています。

 

ACカップリング回路の原理含めて紹介していきます。(リンク先はこちら)

ACカップリング回路の波形をオシロスコープで確認してみた
ACカップリング回路を自作して、実際に波形をオシロで測定してみました。 測定結果とシミュレーションを比較して、理論通りの結果であることを確認しています。 ACカップリングの原理を分かりやすく紹介します。

 

FPGAのクロック出力を測定

FPGAからのクロック出力をオシロスコープで確認してみました。

 

クロック信号が出力するまでの一連の流れを波形測定しています。

 

FPGAでのクロックの作り方・波形の例含めて紹介しています。(リンク先はこちら)

FPGAのPLLの使い方!ロック信号と一緒にクロック出力してみた
FPGAのPLLを使えば任意の周波数のクロックが出力可能です。 実際に分周したクロックをロック信号と一緒にオシロスコープで確認してみました。 PLLのIPの設定方法からFPGAのピン設定まで分かりやすく紹介します。

 

オシロスコープを使う上での注意点

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。

 

周波数帯域について

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。(リンク先はこちら)

オシロスコープの周波数帯域を超えての測定はNG?実際に確認してみた
オシロスコープを使用する上で注意点として周波数帯域・特性があります。 もし周波数帯域を守らない場合、測定波形にどれほど影響あるのか調査してみました。 シミュレーション・実際の波形を踏まえて分かりやすく紹介します。

 

サンプルレートに関して

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。(リンク先はこちら)

オシロスコープのサンプルレートからレコード長を計算してみた
オシロスコープを使用する際にサンプルレートで注意する点をピックアップしました。 測定条件でサンプルレートは自動的に変更される場合があります。 実際にオシロで測定した波形を使って分かりやすく紹介します

 

インピーダンス・反射に関して

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。(リンク先はこちら)

インピーダンス不整合と反射の影響をオシロとシミュレーションで確認
インピーダンス不整合と反射の影響を調査してみました。 シミュレーションに加えて、実際のオシロスコープでも確認をしています。 実際に反射が起きてしまった場合の波形への影響具合を分かりやすく紹介します。

 

AC結合・DC結合の違いに関して

オシロスコープで波形測定してAC結合とDC結合の違いを確認してみました。

 

同じ信号をDC結合とAC結合の両方で測定して比較しています。

 

AC結合とDC結合の違いをオシロスコープの事例より紹介します。(リンク先はこちら)

AC結合とDC結合の違いをオシロスコープで確認してみた
オシロスコープのAC結合とDC結合で波形測定してみました。 AC結合では直流成分が除去されて、交流成分のみ確認できています。 実際の波形・測定動画含めてAC結合とDC結合の違いを分かりやすく紹介します。

 

チャンネル数に関して

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。(リンク先はこちら)

オシロスコープの4chをおすすめする理由!困った時の解析に役立ちます
趣味でオシロスコープを購入する際に4chであるメリットを紹介します。 基本は2chでも十分ですが、不具合・エラー発生時の測定・解析に非常に役立ちます。 実際に4chが役に立った事例を紹介します。

 

まとめ

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。

オシロスコープの基本的な使い方は簡単。
オシロスコープを使えば様々な波形を測定できる。
正しくオシロを使用しないと測定波形に影響が出ます。

 

筆者のオシロのRIGOL DS1054Zは趣味の波形測定・解析が十分に測定が可能です。

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。(リンク先はこちらから)

オシロスコープはおすすめ!電子工作のために購入してみた
オシロスコープを個人で購入してみました。 オシロがあれば電子工作の測定、電子回路の勉強などに使えて非常に役立ちます。 現役のエンジニアが自宅でオシロを使うメリット・デメリットを説明します。 また実際に通販で購入して、使い始めるまでの一連の流れも紹介します。

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