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 アナログオシロスコープを使う!


菊水のオシロスコープの中古品を買った。秋葉原の東京メトロ銀座線末広町駅近くジャンクオシロ屋の閉店セール(半額)で12000円が半額の6000円で手に入った。サンプリング周波数40MHzのアナログオシロで菊水電子のCOS5041と言うタイプの製品だ。目的は、俺の会社の新人研修でマイコンボードの製作を行うのでハードウェアの調整用にオシロで信号レベルの計測や波形を観測するのが目的だ。
オシロスコープを買ったのはいいが、プローブを用意しなければならない。プローブって高いんじゃねーの?なーんて思ってたんだけど。プローブは最近意外と安かった。 秋月電子通商 で「高性能オシロスコープ・プローブ TEXAS60(写真1参照)」と言うタイプの物が一本1000円で売っていたのでCH1とCH2で二本買った。そんなわけで、全て用意が調った。したがってここでは、このオシロスコープの簡単な使い方を説明したい。


  写真1


1.オシロスコープで測定する意味
オシロスコープを使って測定する意味はなんぞや?色々有るけど大きな意味は、
1)テスターでは、直感的にピンとこない電圧レベルを形で表してくれる
2)アナログ・デジタル信号を短い間隔だが形として表してくれる
3)波形の形状を正確に表してくれるので波形の減衰量的な物を目視で認識できる
4)2chしかないけど、トリガーを掛けてポート毎に1ch及び2chの信号比較ができる

俺が考える大きな意味はこんな感じだろうと思う。


2.オシロスコープに付いてるつまみ等の簡単な機能説明
今回のオシロの測定ターゲットは、 AKI-H8/3048Fフルキット を使った(写真2参照)。


  写真2

1)PowerスイッチとINTENSITY
■写真3の真ん中辺の白い押しボタンがPowerスイッチで右のつまみがINTENSITYつまみ。

■INTENSITYつまみは、画面表示の明るさを調節する。


  写真3

2)FOCUSつまみとILLUMINATIONつまみ
写真4参照。
■FOCUSつまみは、焦点を調整する、つまり波形のピントを合わせるときに使う。

■ILLUMINATIONつまみは、画面の目盛りの照明をつけたり消したりする。


  写真4

3)ブラウン管の右側の操作つまみ群(よく使う操作つまみ)
■計測は、CH1とCH2で二系統の波形観測が可能で各々、VOLT/DIV調節が可能。


  写真5

4)CH1・CH2共通
■写真6で四角い押しボタンのVERT(VERTICAL) MODEは、垂直軸の動作方式切り替えである。
CH1は、CH1の出力のみの信号がアンプされるので、CH1に印加された信号のみ表示される。
CH2は、上のCH1と同じく今度は、CH2に印加された信号のみ表示される。
CHOPは、2現象動作、電子ビームが水平方向(時間軸方向)に移動する動作(掃引という)、その1掃引の間に、CH1とCH2の出力を高速で切り替えアンプへ送り、CH1・CH2の両方の信号を表示するモード。切り替えるため実際には細切れになる波形だが遅い現象を観測する場合には細切れも直線で見えやすいため、遅い現象の波形観測に有利。
ALTは、2現象動作、1掃引毎にCH1・CH2を切り替えて、両方の信号を表示するモード。初めの掃引でCH1を表示して、次の掃引でCH2を表示するので、ブラウン管の光の残光時間に比べて、1掃引に要する時間が短い場合には、CH1・CH2の両チャンネルが同時に画面に表示されてるように見えるのが特長。したがって、速い現象の波形観測に有利。
ADDは、CH1・CH2の両方の合成信号(CH1+CH2)を表示するモード。


  写真6

■写真7の中央右端のINT TRIG切り替えは、INTERNAL TRIGGER(内部トリガー)で同期信号入力を内部をきっかけにしたモード。SOURCE(同期信号)の選択でINT(内部)を選んだ場合の3択の切り替え。
VERT MODEトリガー。
CH1トリガー。
CH2トリガー。


  写真7

5)垂直軸系CH1側のつまみ
写真7参照。
■中央やや左のAC-GND-DCの三段階の切り替えスイッチは、ここでは記載されていないが、INPUT COUPLINGスイッチと言う。
ACは、入力端子に加えられた信号をコンデンサを通して次の減衰器に導く。そして、このコンデンサと入力抵抗(1MΩ程度)から構成されるフィルタを通した信号を観測してることになる。つまり、あくまでも交流結合となり、直流成分はカットされる。
GNDは、入力端子はアースされる。入力電圧の0レベルの位置あわせをするときに用いられる。
DCは、入力端子に印加された信号をそのまま観測できる。特別な場合を除き、基本的にDCレンジを用いる。
注: 大きな直流成分の上に小さな変動分が乗った信号系は、DCポディションにすると、直流成分は自ずと観測できるが変動分の小さな変化が観測できない、そんなときはACポディションの方が変動分を拡大して観測できる。

■中央やや右のVOLT/DIV(DIVISION)つまみは、入力電圧を適当な電圧に減衰させるためのステップ減衰つまみ。

■その左斜め上のPOSITIONつまみは、VIRTICAL POSITIONつまみで垂直位置調整用のつまみである。波形の垂直位置決めを行う。

6)垂直軸系CH2側のつまみ
写真8
参照。
■一番右の切り替えは、INPUT COUPLING切り替えで説明は、CH1と同じ。

■上方の右のPOSITIONつまみは、VERTICAL POSITIONで説明は、CH1と同じ。

■中央は、VOLT/DIVつまみで、説明はCH1と同じ。


  写真8

7)水平軸系つまみ
写真9参照。
■上の方の一番左はPOSITIONつまみで、HORIZONTAL POSITION(水平位置調整)つまみ。

その右の白い押しボタンHOR DISPLAYで、HORIZONTAL DISPLAY(水平軸系画面モード選択)通常掃引と遅延掃引を切り替える場合に使う。
Aは、通常掃引と言うか主掃引のこと(何もないときはここのポディション)。
AINTは、A INTENSFYで通常掃引で波形の拡大部分を設定するときに使う。
Bは、遅延掃引で波形を拡大観測したい場合に使う。
B TRIG'Dは、遅延掃引にトリガーを掛けたい場合に使う。

■POSITIONつまみの下は、B TIME/DIVつまみで、上記のHOR DISPLAYボタンのBの遅延掃引が選択されているときの、遅延時間を設定するつまみ。

■その右隣のA TIME/DIVつまみは、HOR DISPLAYボタンのAの通常掃引が選ばれているときの水平軸上の時間設定。


  写真9

8)トリガー系スイッチ&つまみ
写真10参照。
■写真上の方の右側の三つの押しボタンはSWEEP MODEの押しボタンで、トリガー方式を切り替える場合に使う。
AUTOは、トリガーパルスが無いときは自由掃引でトリガーパルスがあるときはトリガー掃引に自動的に切り替わる。
NORMALは、この押しボタンの下のSOURCE切り替えによって選択された信号源よりCOUPLINGを経由して、LEVELつまみとSLOPEで指定された電圧でトリガーパルスを作り掃引するモード。
SINGLEは、単掃引と言って、最初のトリガパルスで一回のみ掃引するモード。

■四角い押しボタンの下の切り替えSW三つの左から、SLOPE切り替えで、波形の始まりの部分の立ち上がり(+)で同期を取るか、立ち下がり(−)で同期を取るかの2択の切り替えSW。

その右は、COUPLING切り替えSWで、トリガー信号源の信号からトリガーパルスを作るのに都合が良い信号に加工する場合に使う。以下の4つの切り替えが可能。
ACは、大容量のコンデンサをかまして増幅器へ結合する。トリガー信号中の直流成分がカットされ、交流成分のみが残る。直流成分に微妙な交流成分が乗っかっているときなどは、交流成分だけ抽出できる。
HF REJは、C、Rで作るハイパスフィルタをかませて増幅器へ結合する。つまり、低周波成分が除去された状態を作る。
TVは、これは上の逆でローパスフィルタをかませて増幅器へ結合する。つまり、高周波成分が除去された状態を作る。
DCは、何もしないでそのまま増幅器へ結合する。

切り替えスイッチで一番右はSOURCE切り替えSWで、トリガー信号源を切り替える場合に使う。
INTは、INTERNALで内部トリガーの時に使うポディション。
LINEは、電源供給線トリガーで商用50/60Hzで使う場合のポディション。
EXTは、EXTERNALで外部トリガーの時に使うポディション。

■SLOPE切り替えSWの下のLEVELつまみは、トリガーレベルつまみでトリガーレベルの調整を行うときに使う。掃引を行うためのトリガーパルスをどのレベルで作るかを設定する(この設定が適切でないとトリガーパルスは発生しない)。


  写真10


3.実際にオシロスコープを使って計測してみる
計測の前にオシロスコープの各SWとつまみのデフォルトの位置を決めてから、オシロスコープの電源を入れよう。俺の場合は、以下のポディションをデフォルトにしている。
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HOR DISPLAY  A ボタン ON
SWEEP MODE  AUTO ボタン ON
SLOPE切り替え  (+)
COUPLING  DC
SOURCE  INT
VERT MODE  CH1 ボタン ON
INT TRIG  CH1
INPUT COUPLING  DC(CH1・CH2共)
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1)簡単な電圧レベルの測定(CH1)
■ターゲットボードのGNDにプローブのアースを接続する。
■ターゲットボードのVcc(5V)にプローブを接続する。

■CH1のINPUT COUPLING切り替えをGND位置にして、垂直POSITIONつまみで位置決めをする(写真11)。
■INPUT COUPLING切り替えをDC位置にする。
■VOLT/DIV調節つまみで目盛りの範囲内で電圧の減衰量を決める(写真12)。
■目的の電圧レベルで表示されてればOK。


  写真11(GND合わせ)


  写真12(電圧レベル測定)

2)マイコンボードの基準クロックの波形を見る
■ターゲットボードのGNDへプローブのアースを接続する。
■ターゲットボードのCLK端子にプローブを接続する。
■CH1のINPUT COUPLING切り替えをGND位置にして、垂直POSITIONつまみで位置決めをする。
■INPUT COUPLING切り替えをDC位置にする。
■VOLT/DIV調節つまみで目盛りの範囲内で電圧の減衰量を決める(写真13)。
■目的の波形観測ができればOK。


  写真13(マイコンボードの基準クロック波形)

以上


 
 
 



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