- オシロスコープの画面の「div」って何？どう読むの？
- 波形から周波数や実効値を計算する方法がわからない…
- リサジュー図形の問題が意味不明…パターンが多すぎて混乱する
- オシロスコープの仕組みと「div」の意味
- 波形から電圧・周期・周波数・実効値を読み取る手順
- リサジュー図形で周波数比と位相差を求めるコツ
- 電験三種の過去問で出る典型パターン
電験三種の理論科目で、ほぼ毎回のように出題される「オシロスコープ」の問題。
波形の画面を見せられて「周波数を求めよ」「実効値を求めよ」と聞かれると、「え、どこを見ればいいの？」とフリーズしてしまう方、実はとても多いです。
でも安心してください。オシロスコープの問題は、たった3つのステップさえ覚えれば、確実に得点できる「ボーナス問題」に変わります。
この記事では、オシロスコープの「画面の読み方」から「リサジュー図形の解き方」まで、初心者の方でも迷わないように完全図解で解説していきます。
【電験三種】電気計測とは？｜測定の全体像を5分で掴む入門ガイド →
目次
そもそもオシロスコープって何？
🔍 「電圧の動き」を目で見る装置
テスターやマルチメータは、ある「瞬間」の電圧を数字で表示します。しかし、交流のように刻々と変化する電圧は、数字だけでは捉えられません。
オシロスコープは、時間とともに変化する電圧を「波形」として画面に映す装置です。
たとえるなら、テスターが「体温計」だとすれば、オシロスコープは「心電図モニター」のようなもの。体温計は一瞬の値しかわかりませんが、心電図は時間の流れとともに心臓の動きを線で描きますよね。オシロスコープもまさに同じ原理です。
📺 画面の構造を理解しよう
オシロスコープの画面は、方眼紙のようなマス目（グリッド）で区切られています。この1マスのことを「div」（ディビジョン）と呼びます。
縦軸（垂直軸）
電圧の大きさ
「垂直感度」＝1div あたり何V か
例：5 V/div
横軸（水平軸）
時間の経過
「掃引時間」＝1div あたり何秒か
例：2 ms/div
「div」＝「1マス」と覚えればOKです。電験の問題文に出てくる「○○ V/div」は「1マスあたり○○ V」という意味。これだけで波形が読めるようになります。
オシロスコープの仕組み｜のこぎり波が波形を描く
⚙️ なぜ画面に波形が映るのか？
オシロスコープの内部では、次の2つの信号が同時に働いています。
| 偏向電極 | 入力される信号 | 役割 |
|---|---|---|
| 垂直偏向電極 | 測定したい信号（正弦波など） | 光の点を上下に動かす |
| 水平偏向電極 | 内部で発生するのこぎり波 | 光の点を左→右に等速で動かす |
これは「紙送り」の原理と同じです。心電図を思い出してください。紙が一定速度で右に流れ（＝のこぎり波）、ペンが上下に動く（＝測定信号）ことで波形が描かれますよね。
「水平偏向電極には内部で発生するのこぎり波電圧が加わる」という穴埋め問題が繰り返し出題されています。「水平＝のこぎり波＝時間軸」のセットで暗記しましょう。
🎯 偏向電極に1つだけ信号を入れたらどうなる？
電験の過去問では「片方だけに信号を入れたらどう見える？」も頻出です。
| 入力条件 | 画面に映るもの | イメージ |
|---|---|---|
| 垂直のみに正弦波 | 縦の直線（上下に伸びるだけ） | ｜ |
| 水平のみにのこぎり波 | 横の直線（左から右に走るだけ） | ―― |
| 両方に入力 | 正弦波形が映る | 〰️ |
波形の読み方｜3ステップで電圧・周期・周波数を求める
オシロスコープの問題は、以下の3ステップで必ず解けます。
📐 STEP 1：マス目を数える
まず、波形の画面から2つの情報を読み取ります。
| 読み取る量 | どこを見るか | 数え方 |
|---|---|---|
| 振幅（最大値） | 中央線（0V）から山のてっぺんまで | 縦方向のマス数 × 垂直感度 |
| 周期 | 山→次の山（1サイクル分）の横幅 | 横方向のマス数 × 掃引時間 |
振幅は「山のてっぺんから谷底まで」ではありません。中央の0V線から山のてっぺんまでが振幅（最大値 Vm）です。「てっぺんから谷底まで」は「ピーク・トゥ・ピーク（Vpp）」で、振幅の2倍になります。
🧮 STEP 2 & 3：公式に当てはめる
マス目の読み取りが終わったら、以下の公式を使います。
① 最大値 Vm ＝ 縦のマス数 × 垂直感度 [V/div]
② 周期 T ＝ 横のマス数 × 掃引時間 [s/div]
③ 周波数 f ＝ 1 ÷ T [Hz]
④ 実効値 V ＝ Vm ÷ √2 ≈ Vm × 0.707
【電験三種・理論】実効値・最大値・平均値｜なぜ100Vなのか?を完全理解 →
【計算例】過去問で実際にやってみよう
📝 例題（H25 問16 ベース）
条件：
- 垂直感度：5 V/div
- 掃引時間：2 ms/div
- 画面の波形：振幅が5マス、1周期が10マス
問い：最大値、周期、周波数、実効値を求めよ。
最大値 Vm ＝ 5マス × 5 V/div ＝ 25 V
周期 T ＝ 10マス × 2 ms/div ＝ 20 ms
周波数 f ＝ 1 ÷ 0.020 s ＝ 50 Hz
実効値 V ＝ 25 ÷ √2 ≈ 17.7 V
この「マス目を数えて → 掛け算して → 公式に入れる」の流れは毎回同じです。慣れれば1分で解けます。「ms」を「s」に変換するのを忘れないようにだけ注意してください（20 ms = 0.020 s）。
📊 2つの波形の位相差を読み取る方法
画面に2つの波形 va と vb が同時に映っている場合、位相差を聞かれることもあります。
やり方はシンプルです。
① 2つの波のゼロクロス点（0Vを横切る点）のズレを横方向のマス数で数える
② 1周期分のマス数に対する割合を求める
③ 割合 × 2π [rad] が位相差
たとえば、1周期が8マスで、2つの波形のズレが1マスなら：
位相差 = (1 ÷ 8) × 2π = π/4 [rad]
リサジュー図形とは？｜2つの波を「合体」させた図形
🌀 普通の波形表示とリサジュー図形の違い
通常のオシロスコープは、水平軸に「のこぎり波（＝時間）」を使います。だから横軸＝時間、縦軸＝電圧で「普通の波形」が映ります。
しかし、水平軸にも外部の正弦波を入力する（XYモード）と、画面には波形ではなく不思議な閉じた図形が描かれます。これがリサジュー図形です。
通常モード
水平軸：のこぎり波（時間）
垂直軸：測定信号
画面：おなじみの波形
XYモード（リサジュー）
水平軸：基準の正弦波
垂直軸：被測定の正弦波
画面：楕円・8の字などの図形
🎯 リサジュー図形で何がわかるのか？
リサジュー図形からは、大きく分けて2つの情報が読み取れます。
| 読み取れる情報 | 求め方 | 用途 |
|---|---|---|
| 周波数比 | 図形と軸の交点の数で判定 | 未知の周波数を求める |
| 位相差 | 楕円の傾き・形で判定 | 回路の位相特性を調べる |
「正確な周波数がわかっている基準信号」を水平軸に入れ、「周波数がわからない信号」を垂直軸に入れます。すると、描かれる図形のパターンから、未知の信号の周波数が基準の何倍かがわかるのです。
リサジュー図形の読み方｜周波数比と位相差を求める
📏 周波数比の求め方｜水平線と垂直線で交点を数える
リサジュー図形の周波数比は、「交点カウント法」で一発で求められます。
やり方は次の通りです。
リサジュー図形の上端（または下端）付近に水平線を引き、図形との交点の数を数える → これがfy（垂直軸）の情報
リサジュー図形の右端（または左端）付近に垂直線を引き、図形との交点の数を数える → これがfx（水平軸）の情報
🔢 具体例で確認しよう
| 図形の見た目 | 水平線の交点 | 垂直線の交点 | 周波数比 fx:fy |
|---|---|---|---|
| 楕円・直線・円 | 1 | 1 | 1:1 |
| 横向きの8の字 | 1 | 2 | 2:1 |
| 縦向きの8の字 | 2 | 1 | 1:2 |
| 複雑な交差模様 | 2 | 3 | 3:2 |
水平線・垂直線は、図形の端のギリギリの位置（接するくらい）に引くのがポイントです。真ん中に引くと交点が「接点」になって数えにくくなります。
🔄 周波数比1:1のときの位相差パターン
電験で特に頻出なのが、同じ周波数（1:1）のときの位相差によるリサジュー図形の変化です。
| 位相差 | 図形 | 覚え方 |
|---|---|---|
| 0°（同相） | 右上がりの直線（╱） | 同じタイミングで動く → 一直線 |
| 45° | 右上がりの細い楕円 | 少しズレて、ちょっと膨らむ |
| 90° | 真円（○） | 完全にズレると円になる |
| 135° | 左上がりの細い楕円 | 傾きが逆になりはじめる |
| 180°（逆相） | 左上がりの直線（╲） | 完全に逆タイミング → 逆向き直線 |
「垂直及び水平の両入力端子に、同相で同じ大きさの正弦波を加えると直線状のリサジュー図形が表示される」――この穴埋め問題は2000年（H12）以降、繰り返し出題されています。必ず押さえましょう！
【図解で完全理解】位相と位相差｜ベクトル図で電圧と電流の関係をマスター →
ポチップ
まとめ｜オシロスコープは「3ステップ＋リサジュー」で完全攻略
- オシロスコープは時間とともに変化する電圧を「波形」として表示する装置
- 水平偏向電極には内部で発生する「のこぎり波」が加わる（穴埋め頻出！）
- 波形の読み方は「マス目を数える → 感度・掃引時間をかける → 公式に入れる」の3ステップ
- リサジュー図形はXYモードで描かれる図形で、「周波数比」と「位相差」がわかる
- 周波数比は「水平線の交点数」と「垂直線の交点数」の比で求める
- 同相・同振幅なら「直線」、90°ズレると「円」になる
オシロスコープの問題は、一見すると複雑に見えますが、実はパターンが決まっている得点源です。この記事で学んだ内容を頭に入れたら、ぜひ過去問で手を動かして練習してみてください。
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