オシロスコープとは？仕組みと使い方の基本・テスターとの違い

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測定・計測の技術＞ 第2章：オシロスコープの基礎

第2章 - 第1回 / 全8回シリーズ全体： 8 / 69記事

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お悩み

こんなふうに思っていませんか？

オシロスコープとは何か、テスターと何が違うのかを説明できない
ボタンとつまみが多すぎて、どこから触ればいいかわからない
波形は出たが、画面の目盛りから電圧や周波数をどう読むのかわからない

この記事でわかること

オシロスコープの意味と、テスターとの違い
デジタルオシロが波形を描くしくみ
プローブをつないでから波形を読むまでの6ステップ
目盛り（div）の読み方と、感電・ショートを防ぐ注意点

結論｜まず30秒でわかる答え

オシロスコープとは、電圧が時間とともにどう変わるかを、縦軸を電圧・横軸を時間にしたグラフ（波形）で表示する測定器です。テスターが「今の電圧の数字」を示すのに対し、オシロスコープは電圧の変化の形・周期・ノイズや一瞬のサージまで目で見られます。いまの主流のデジタルオシロは、信号を高速に何度も測って（サンプリング）点をつなぎ、トリガという機能で波形を画面に止めて表示します。

オシロスコープとは何かを表すアイキャッチ。画面に縦が電圧、横が時間の波形が表示されている

オシロスコープとは？電圧の変化を見る「時間の顕微鏡」

オシロスコープは、目では追えない速さの電圧の変化を、画面にグラフとして描いて見せる測定器です。略して「オシロ」とも呼ばれます。

たとえると

顕微鏡が小さすぎて見えないものを拡大するように、オシロスコープは速すぎて見えない電気の動きを、時間方向に引きのばして見せてくれます。1秒の100万分の1（1μs）で起きる変化も、画面いっぱいに広げて観察できます。

画面は方眼紙のような目盛りになっていて、縦方向が電圧、横方向が時間です。たとえば家のコンセントの電圧を（安全な方法で）見ると、山と谷をくり返す正弦波が描かれ、山の高さや1回のくり返しの時間を目盛りから読み取れます。

オシロスコープでよく見るもの

見るもの	何がわかるか
電源の出力	直流に乗ったリプル（細かい波）やノイズ、電源を入れた瞬間の立ち上がり
スイッチング波形	MOSFETなどがオン・オフする瞬間の電圧の形、リンギング（振動）
マイコンの信号	通信の0と1の並び、信号のタイミングのずれ
一瞬の異常	一度だけ起きるサージや電圧の落ちこみ

オシロスコープを顕微鏡にたとえた図。顕微鏡は小さいものを拡大し、オシロスコープは速い電圧の変化を時間方向に拡大する

オシロスコープとテスターの違い｜「数字」か「動き」か

テスターは電圧の大きさを数字で正確に測る道具、オシロスコープは電圧の変化の形を見る道具です。どちらが上というより、役割が違います。

比べる点	テスター（デジタルマルチメータ）	オシロスコープ
表示	数字	波形（グラフ）と数字
得意なこと	直流電圧・抵抗などを正確に測る	変化の形・周期・ノイズ・一瞬の異常を見る
電圧の正確さ	高い	テスターより低い（数%程度が多い。機種の仕様で確認）
速い変化	見えない（平均された値になる）	見える

たとえば、スイッチング電源の出力をテスターで測ると「5.0V」と表示されます。ところがオシロスコープで見ると、5.0Vのまわりに細かいリプルが乗っていたり、電源を入れた瞬間に大きく跳ね上がるサージがあったりします。テスターの数字がきれいでも、波形が汚いことは現場でよくあります。

POINT

つまり、「何Vか」を正確に知りたいならテスター、「どう変化しているか」を見たいならオシロスコープです。両方を使い分けると、回路の状態を正しくつかめます。

オシロスコープとテスターの違いの図。同じ電源をテスターで測ると5.0V、オシロスコープではリプルやサージが見える

デジタルオシロの仕組み｜サンプリング・トリガ・表示

デジタルオシロは、信号を一定の間隔で点として測り、メモリにためて、トリガで決めたタイミングを基準に画面に描きます。

入力

プローブで信号を取りこみ、扱いやすい大きさに減らしたり増幅したりする。

サンプリング

ADC（アナログをデジタルに変える回路）が、電圧を一定の間隔で測って数値にする。1GSa/s（1秒間に10億回）なら、1ナノ秒ごとに1点。

メモリとトリガ

測った点をメモリにためる。「電圧が1Vを上向きに横切った瞬間」などのトリガ条件を基準に、毎回同じ場所から表示する。

表示

点をつないで波形として描き、周波数や最大値などを自動で計算して表示する。

たとえると

サンプリングはパラパラ漫画のコマ、トリガは「毎回同じページからめくり始める」決まりです。めくり始めがばらばらだと絵が流れてしまいますが、毎回同じページから始めれば、絵は止まって見えます。

昔のオシロは、ブラウン管に電子ビームを当てて波形を直接描くアナログ式でした。いまは、波形を保存して後から拡大できるデジタル式（デジタルストレージオシロ）が主流です。マイコンの0と1の信号も同時に見られるミックスドシグナルオシロ（MSO）もあります。

デジタルオシロスコープの仕組みの図。プローブで入力し、サンプリングで点を測り、メモリとトリガで基準をそろえ、点をつないで表示する

オシロスコープの使い方の基本｜波形を出すまでの6ステップ

プローブをつなぐ→補償調整→測る点につなぐ→オートセット→縦と横を合わせる→トリガで止める、の順に進めると、波形を安定して出せます。機種によってボタンの名前は違いますが、流れは同じです。

STEP 1

プローブをつなぎ、倍率を合わせる。プローブの切りかえが×10なら、オシロのチャンネル設定も×10にする（合っていないと電圧が10倍ずれて表示される）。

STEP 2

補償調整をする。オシロの校正用の端子（方形波が出ている）にプローブを当て、方形波の角がまっすぐになるよう、プローブの調整ねじを回す。

STEP 3

測る点につなぐ。GNDのクリップを回路のGNDに、プローブの先を測りたい点に当てる。GNDの線はできるだけ短くする。

STEP 4

オートセット（Auto）を押す。オシロがおおまかな縦・横・トリガを自動で決めて、波形を出してくれる。

STEP 5

縦と横を合わせる。電圧のつまみ（V/div）で波形が縦に画面の半分〜8割になるよう、時間のつまみ（s/div）で波が2〜3周期見えるように調整する。

STEP 6

トリガで止めて読む。波形が流れるときは、トリガのレベルを波形の中ほどに合わせる。止まったら、目盛りやカーソル・自動測定で値を読む。

画面の目盛り（div）の読み方｜電圧・周期・周波数

画面の1マスを1div（ディビジョン）といい、「1divあたり何Vか・何秒か」と「何マス分か」を掛けて読みます。画面は横10マス・縦8マスが一般的です。

設定

縦は 2V/div、横は 1μs/div。

電圧

山から谷までが3マス → 2V × 3 ＝ 6V（ピークツーピーク）。

周期

1回のくり返しが5マス → 1μs × 5 ＝ 5μs。

周波数

周波数＝ 1 ÷ 周期＝ 1 ÷ 0.000005秒＝ 200kHz。

目盛りの読み取り計算ツール

縦 V/div 縦のマス数横時間/div 時間の単位 1周期の横のマス数

はじめから入っている数字は、上の例（2V/div・3マス、1μs/div・5マス）です。入力した数字は画面の中で計算するだけで、どこにも送信されません。

オシロスコープを使うときの3つの注意点

GNDが共通であること、プローブの補償調整、サンプリングの限界の3つを知らないと、回路を壊したり、うその波形を信じたりします。

注意点	何が起きるか	どうするか
GNDが共通で、アースにつながっている	多くの卓上オシロは、全チャンネルのGNDが電源コードのアースとつながっている。GNDのクリップを商用電源の1次側などにつなぐと、ショートして回路やオシロが壊れ、感電の危険もある	商用電源や絶縁の前の回路を測るときは、差動プローブや絶縁入力のオシロを使う
プローブの補償調整	調整がずれていると、方形波の角が丸まったりとがったりして、実際とちがう形に見える	プローブをつなぎかえたら、校正用の方形波で調整する
サンプリングの限界	信号の速さに対して点の間隔があらいと、実際とはちがう遅い波形（エイリアシング）が見えることがある	時間軸を速くして確かめる。帯域とサンプルレートが足りる機種を使う

オシロスコープでよくある間違い

よくある間違い	正しい考え方
電圧が10倍（または1/10）に表示される	プローブの×10とオシロの設定が合っていない。両方をそろえる
波形が左右に流れて読めない	トリガのレベルが波形から外れている。レベルを波形の中ほどに合わせる
GNDのクリップを長い線のまま使う	長いGND線は、ないはずのリンギングやノイズを作る。短いGNDスプリングを使う
直流電圧の正確な値をオシロで決める	直流の正確な値はテスターで測る。オシロは変化の形を見る道具
リプルを見ようとしたら、直流が大きくて見えない	入力の結合をAC（直流分を除く）にすると、小さなリプルを拡大して見られる