デジタルオシロのトリガの立下りエッジについて

抵抗とコンデンサの並列回路を作り、スイッチの入り切りでコンデンサを充電したり放電したりできるようにし12V入力して、デジタルオシロで観察しました。

オシロの設定は、ノーマルモードで、立下りエッジでトリガレベルを6V程度にしておきました。
すると、スイッチを入れると、12V程度が瞬時に立ち上がり、スイッチを切ると放電の様子が観察できました。
自分としては、立下りエッジの設定にしておいたので、スイッチを入れた時の立ち上がりの波形は表示されず、スイッチを切った時の立下りしか画面に更新されないと思っていました。

①どうして、立下りエッジの設定で、立上がり波形、立下り波形の両方が表示されるのでしょうか？
②特に立上り波形はスイッチを入れても検出する時としない時がありました。どうしてなのでしょうか？
③立下時間76.4msと表示されていましたが、電圧が半分になる時間は半分の38.2msでよいでしょうか？
④立下時間をなるべく正確に近づけるには設定をどうすればよいでしょうか？波形をあまり大きく表示するとノイズも大きくなって立下時間が表示されなくなりました。計測時間が表示される範囲でなるべく大きくなるように表示して観測するのが良いのでしょうか？

上記3点について、ご教授頂ければと思います。
宜しくお願いします。

質問者からの補足コメント

• スイッチはトグルスイッチです。電圧レンジを拡大していくと測定値が表示されないのはスイッチのチャタリングやノイズ、電源などが関係している可能性は考えましたが、それが今回の質問の答えの大筋とは関係がないと考えています。

    補足日時：2020/01/19 20:57

• ①チャタリングが原因のようでした。写真は250msですが、これを時間を拡大しても見えなかったのでチャタリングは関係なしと考えていましたが、最初から時間軸を拡大して計測するとチャタリングの様子が見えました。また、帯域制限をONすると立上り時は観測されなくなりました。②は①で説明がつくと分かりました。
  ④分かりました。
  ③がよく分かりませんでした。Excelで計算して値を求めることは出来ています。t=-CR*ln(Ec/E)
  抵抗値3.3kΩ、コンデンサ容量10μF、コンデンサ電圧を12Vとして6Vに放電される時間は22.8msと計算されましたが、改めて時間軸を25msにして観測するとだいたい一目盛くらいが半分くらいの電圧になるので計算結果とほぼ一緒かと思いますが立下時間表示は17.38msです。これは、どこかのチャタリングを拾っているのでこんな短いのでしょうか？だとしたら当てにならないですね

  No.2の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2020/01/20 01:00

• 補足2の画像を添付と文字数制限で③の所の疑問点をもう少し詳しく補足しておきます。
  電圧レンジが2Vで、時間軸が25msです。
  だいたいセンターあたりが放電後電圧が半分程度(12V→6V)になるので、その時の横軸は約1目盛で25ms程度なので計算とほぼ一致ですが、自動計測の立下り時間は17.38msです。10-90％で4~5目盛はありそうですが、100ms~125ms程度くらいの表示になってもよさそうですが、かなり短い時間なので、どこかのチャタリングを拾っていると考えられるのでしょうかね？帯域制限はONしていますが・・・。
  自動で、放電後電圧が半分になる時間の計測か全体の立下り時間（放電時間12V→約0V付近）を測定できればと思っているのですが、オシロの性能の問題もあるのかもしれませんが難しいのでしょうかね？

  
    補足日時：2020/01/20 01:16

• 回答頂きありがとうございます。
  オシロの定義は、90%から10%までというのを確認したので同じ様です。原因は、その辺りということで分かりました。
  値が表示と検討違いな時は、ノイズなりチャタリング対策などをしっかりするか、カーソル等を使用して測定するしかなさそうですね。わかりました。
  
  すみません、計算上70msというのが正確というのがよく分かりませんでした。
  Excelでの計算式ですが、=-(10*0.000001)*(3.3*1000)*LN(6/12)　とすると結果は0.0228s＝になります。補足の添付画像を見て頂ければ6Vがちょうど画面の真ん中辺りの場所なので、横軸が1マス25msと計算結果とほぼ一致していたのですが、如何でしょうか？

  No.3の回答に寄せられた補足コメントです。 補足日時：2020/01/20 12:40

No.2 ベストアンサー 回答者： m-jiro 回答日時： 2020/01/19 23:11

①　スイッチのチャタリングが原因でしょう。

オシロの電圧レンジ（縦軸）を拡大してもわかりません。時間軸（横軸）を拡大してください。
添付の写真が不鮮明なので横軸の時間値がわかりません。たぶん1目盛が1秒ぐらいではないかと思いますが、これを10倍～100倍（1目盛あたり100ミリ秒～10ミリ秒）にするとトリガー位置が負のエッジになっているのが見えるはずです。もっと拡大しないと見えないかもしれません。
ノイズでミストリガーしている可能性も否定できません。オシロの波形で水平になっている部分の幅が広いですね。その幅はよく見ると細かく変動しているでしょ。測定波形にノイズが乗っている証拠です。立ち上がりエッジの部分も一気に上がっているのではなくノイズのために細かく上下しながら上がっていてこれがミストリガーの原因になっている可能性があります。これも横軸を拡大すると見えてきます。もしオシロのトリガー機能に帯域制限の機能があればこれを働かせてみてください。高周波成分が軽減されるので安定した測定ができます。

③　一般に立下り時間は振幅が90%から10%になるまでの時間で示されます。また充放電波形は指数関数ですから半分ではないですね。exp関数で計算して。

④　「正確に近づける」とはどういう意味でしょう？　「正確に測定する」という意味ですか？　ならば横軸をもっと高速にして拡大しましょう。立下りの波形が画面の横一杯になるぐらいにします。
結果をオシロが出す数値に頼る前に波形から読み取ることができるようになっておきましょう。

No.4 回答者： m-jiro 回答日時： 2020/01/20 17:59

#2,3です。

貴殿のオシロも立下り時間は90%から10%までとのこと、了解です。通常と同じですね。

>　計算上70msというのが正確というのがよく分かりませんでした。
立下り始めたところを時刻ゼロとして、
90%になる時刻は、
　　t＝－CRln(Ec/E) ＝ －10μF × 3.3KΩ × ln(0.9) ＝ 3.5mSec　①
10%になる時刻は、
　　t ＝ －10μF × 3.3KΩ × ln(0.1) ＝ 76.0mSec　　②
と計算されます。
立下り時間は定義により ②－① ですから、72.5mSec となります。写真を見ても3目盛ぐらいですからほぼ一致していますね。
オシロがなぜ17.38msという結果を出したのでしょうか？　何が原因でしょうか、小生にはわかりません。

余談ですが自動計測ではこんなとんでもない値を出すことがあるので嫌いなのです。オートマチックの誤作動はどうにもなりません。小生がカーソルを使って手動で測っていたのはこれを防ぐためです。波形などからアナログ的に確認してからデジタル値を読むようにしましょう。

なお電圧半分の時刻は計算すると22.8mSecになります。貴殿の計算は正しいです。波形もそうなっていますね。

この回答へのお礼

ありがとうございます。
90％と10％の時間は、自分の計算結果と同じであり、計算も問題ないことが分かりました。
何度も根気強くありがとうございました。
小さなことですが、勉強になりました。

お礼日時：2020/01/20 21:59

No.3 回答者： m-jiro 回答日時： 2020/01/20 10:28

#2です。

補足にある立下り時間のことですが、3.3KΩと10μFでは計算上では70mSecぐらいになります。なので最初に書いておいでの76.4mSecが正確なように思われます。17.38mSecは誤動作のようにも思われます。その原因は何かわかりませんが測定信号に乗っているノイズが影響しているのかもしれません。貴殿の言うようにチャタリングを拾っている可能性もあります。
もしかしたら貴殿のオシロは立下り時間の定義が違うのかもしれないので念のため説明書等で確認してください。一般には振幅が90%から10%になるまでの時間です。
小生も古いものですがテクトロニクスのデジタルオシロを持っており説明書で再確認したところ90%から10%に下がる時間として測っていました。しかしこの機能は使ったことがありません。画面に2本のカーソルを出し手動で波形に重ねてからその時間差から求めていました。「どこから」「どこまで」を測っているか一目瞭然なのでこの方法を使っていました。ノイズ等による誤動作を気にしなくて良いし、時間の測定はさほどの精度も必要なかったですから・・・。

No.1 回答者： isoworld 回答日時： 2020/01/19 20:17

どんなスイッチを使っていますでしょうか？　スイッチの「チャタリング」現象に関する理解（知識）はありますでしょうか？　まずは、そこから調べてみることです。