私は趣味で無線を楽しんでおりますが、最近電気に関しての基本的な知識を再勉強したく、オシロスコープを買っていろいろと実験し試して勉強してみたいと思っております。
オシロスコープの実物が手許にあればなんとか感触を頼りに解るかもしれませんが、残念ながら今までオシロスコープを触ったこともありませんし、個人で且つ田舎なもので販売店で実物を見ることもかないません。そこで一つ二つ初歩的、具体的な質問させてください。

1.商用の100V交流をアナログオシロで波形を見たい場合、10:1の電圧プローブを使えばいいのでしょうか。この際、チップ部とアースリードをそのまま極性を考えずに家庭内配線のコンセントに繋げばいいのでしょうか。
カタログなどを見ていると、「差動プローブ」というものがあって、これを使うと一つのチャンネルで簡単に商用電源を見ることが出来るなどと書いてあります。普通の製品付属のプローブだけでは不可能なのでしょうか。

2.オシロスコープの耐圧には400Vとかの規格が書いてあります。ところが、垂直感度のステップは最低でも5V/divで、これだと5×8=40V程度しか測定出来ないと思うのですが、この関係はどのようになっているのでしょうか。

3.耐圧については規格にありますが、電力値、つまり電流に関しては考慮しなくていいのでしょうか。たとえば、耐圧400Vの場合、12Vで電流が100A=1200W はOKで、1000Vで1.2A=1200Wは駄目ということでいいのでしょうか。

 全くオシロスコープに関してはズブの素人です。初歩的すぎるかもしれませんが、どうかよろしくお願いいたします。

A 回答 (4件)

オシロスコープで直接商用電源を観測するのはあまりお勧めしません。

理由はこれら電子機器は電子回路用であって大電力を扱う機器への接続を想定していないからです。
しかし、どうしても観測したいと言うのであれば幾つか裏技(?)があります。

商用電源の観測:
まず、各ツマミは観測に適するポジションにあらかじめ設定しておきます。 次にオシロ本体を厚い(1ミリ以上)もゴム板もしくはそれに相当する絶縁板の上に乗せます。 プローブは10:1の物を使いますが5V/divだとブラウン管から飛び出してしまいますのでボリュームで絞込み、既知の電圧(直流で可)で校正しておきます。 100V ACの場合282Vp-p(Peak to Peak)となりますので最低でも画面上で300Vが観測できる様に設定します。但し、ノイズ(特にヒゲの様なノイズ)が乗っていると282Vをはるかに上廻るピーク値を観測することもあります。
次にAC延長コード等を利用してプローブに直接手を触れなくても商用電源を抜差しできる様にした治具を準備しACプラグを被測定電源に接続します。
測定中は絶対にオシロに触れない様にします。

単にAC50/60Hzを観測するだけであれば間に電源トランス(例 100V:10V)等を入れ低い電圧を観測する事をお勧めします。不要になったラジカセ等のACアダプターを分解して整流回路を取外した物でも代用できます。

電流の測定には電流プローブを用います。これは1A/Vとかと言った仕様のプローブで構造としては洗濯バサミの様な型をしており洗濯バサミの先端で電線をはさみそこに流れる電流で発生する磁界をループ状のコイルに電磁誘導させ電圧に変換しています。このタイプは交流電流しか測定できませんがもっと複雑な構造をしていて直流から測定できる物もあります。

電圧と電流をゴチャ混ぜにして、「電圧が高ければ電流が大きい」とか「電流が大きければ電圧が高い」と言った誤解されておられる方がおられますが、例えば自動車の12Vバッテリーを太い線でショートさせると数100Aの電流を流す事ができますし、TVのブラウン管等に使用されている30,000V程度の高圧電源であってもそこから取出せる電流は数mAだったりします。 要は、電流値はその電源のインピーダンスと接続する負荷抵抗を足し合せた抵抗値と無負荷時の開放電圧によって決定されます

この回答への補足

仕事で今日になってご回答を拝見することが出来ました。ご親切を感謝すると同時に、大変恐縮しております。

さて、私の当初の質問の一つであった、/divと耐圧の関係については10:1等のプローブを使用するという前提の元で理解できました。結局、10:1等のプローブを使用せずに直接オシロの入力に信号を入れると、それは/divの範囲内になり、プローブを使うことによってオシロの耐圧まで観測が可能になるという意味でいいのですね。

更に追加質問させてください。

>プローブは10:1の物を使いますが5V/divだとブラウン管から飛び
>出してしまいますのでボリュームで絞込み、既知の電圧(直流で可)で
>校正しておきます。

とのことなんですが、10:1のプローブでp-pが282Vだとすると、10分の1の
28.2Vとなって、5V/div×8=40Vですからそのままで観測範囲内に納まるのではないでしょうか。波形がブラウン管から飛び出してしまうという意味がまだよく理解できません。10分の1の電圧に見合った/divを選択さえしておけばいいということではないのでしょうか。
すみません、よろしくお願いします。

補足日時:2002/01/11 16:51
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少し誤解があるようなので、説明しますね。

No.3の回答は説明不足だったかも知れません。

「プローブを使うことによってオシロの耐圧まで観測が可能になる」わけではありません。耐圧と測定範囲は別です。

電圧ステップが最大5V/div、管面が縦8divの場合、おっしゃる通り測定範囲は40Vp-pです。耐圧が250Vとすると、250Vまでの過入力に耐えられます。ここで10:1のプローブを使うと、プローブに400Vを入力してもオシロへの入力電圧は40Vなので、400Vp-pが最大測定範囲になります。その際、「プローブに2500Vを入力してもオシロへの入力電圧は250Vなので、耐圧は2500Vになる」かというとそうではなく、プローブの耐圧が600Vとすればこの電圧で制限されます。逆に耐圧が高く、分圧比が大きいプローブを使えば10kVというような電圧も測れます。例えば200:1の分圧比の高圧用プローブを使うと、プローブに8kVを入力してもオシロへの入力電圧は40Vです。

オシロ単体で800~1000Vという耐圧を持ったものは知りません。最大測定電圧は要はプローブ次第です。高圧用プローブは別売りしています。
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すでに回答がありますので、繰り返しですが。



1. 普通の製品付属のプローブだけでは不可能なのでしょうか

オシロでは入力のグラウンド側は筐体につながっていて、各チャネルのグラウンドは共通であることに注意してください。電源のホット側(コンセントの右側、検電ドライバーを突っ込んで光るほう)を入力のグラウンド側につなぐとhitec-s6さんのおっしゃるように感電することになります。また、そのときオシロのアースをとっていると大電流の漏電を起こすことになります。極性さえ注意すれば差動プローブは無くても一応大丈夫です。pen2sanの説明は、逆極性でも感電、漏電しないようにするためのものです。なお、トランスを入れると波形が歪む可能性があります。

2. 耐圧は過入力に対する規格です。オシロの入力部分は、入力インピーダンスの高いFETに、高抵抗の直列の入力抵抗とダイオードを組み合わせてかなり高い電圧に耐えられるようになっています。耐圧はこの保護回路が耐えられる限界です。なお、プローブには別に耐圧があります。10:1のプローブを使っても、オシロの耐圧が600Vだからといって6000Vの入力にはプローブが耐えられません。

3. オシロの入力インピーダンスが1MΩなら、100Vの入力をつないでも電流は100μAしか流れません。
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簡単にですが。



1.の件
プローブは普通は10:1を使用した方がいいと思います。
ご存じと思いますがオシロの入力インピーダンスは1MΩで、プローブを切り替え
入力インピーダンスを10MΩにします。(高域の調整が可能になるトリマーがある)
商用100Vを測定する時は極性には時に気をつける必要はありませんが電源のホット側がグランドになったとき、オシロのボデーをさわると電撃が来るかもしれませんので注意いてください。
(今までに電撃を経験していません)
差動プローブは初耳ですので、後の方に任せます。

2.の件
400Vは最高測定電圧ではないかと考えます。
垂直レンジがもし、5Vまでしかないと考え、プローブを10倍に切り替え
質問の40Vを10倍すると400Vが最高測定範囲では?

3.の件
電流は無視します。

勝手な意見ですが。
垂直が400Vは使用範囲が狭くなりますので出来れば800~1000Vはほしいものです。
周波数は一般には40MhzあればOKです。良く言えば100Mhz。
入力はチャンネルが2つある2現象。
デジタル系をさわるのであればストレージ付き。

以上わかる範囲で簡単に。

※コールサインは書けませんが自分もアマチュア無線をしています。
最近はあまりでませんがHFVHFをしています。
ひょっとしたらお空で会うかもしれませんですね。
昔は、無線FAXの同期取りに1現象オシロのXY軸に入力していました。

この回答への補足

オシロ初心者の私に対して、ご親切なご回答、誠に有り難うございました。

>垂直が400Vは使用範囲が狭くなりますので出来れば800~1000Vはほしいものです。
>周波数は一般には40MhzあればOKです。良く言えば100Mhz。

今のところ、岩通の100MHz3現象のアナログオシロを考えております。これは耐圧400Vで10:1プローブ使用時で600Vとなっておりますが、無線の測定等に使う場合、やはりまだ役不足でしょうか。とにかくまだ本当に雲をつかむような状態で、オシロを実際に触れたこともないので初歩的すぎる質問が続きますが、なにせ私にとっては高価なものだけに初心者なりの知識を持っていたいと思います故。

補足日時:2002/01/11 16:59
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(2)で
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V1=R1I1+R3I3
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>時計回りに閉路をみて、
>V1-V2=R1I1-R2I2=R1I1-R2(I3-I1)=(R1+R2)I1-R2I3
>と
>V1=R1I1+R3I3

左のループの時計回りの電流が I1、右のループの時計回りの電流が I3 ということですか?
だとすれば、キルヒホッフの第2法則(電圧則)より
左のループの時計回りの電圧の関係式は
 V1 - I1R1 - (I1 - I3)R2 - V2 = 0
→ V1 - V2 = (R1 + R2)I1 - I3R2    ①
右のループの時計回りの電圧の関係式は
 V2 - (I3 - I1)R2 - I3R3 = 0
→ V2 = (R2 + R3)I3 - I1R2   ②
ですね。

 お示しの「V1=R1I1+R3I3」は最外周ループの時計回りの電圧の関係式
  V1 - I1R1 - I3R3 = 0   ③
でしょうか。

 いずれにせよ、①②③のいずれか2つを使って、I1、I3 を求めればよいだけです。

 ①と③で解いてみれば、③より
  I3 = (V1 - I1R1) / R3    ④
を①に代入して
  V1 - V2 = (R1 + R2)I1 - (V1 - I1R1)R2 / R3
→ (R1 + R2 + R1R2/R3)I1 = V1 - V2 + V1R2/R3
→ (R1R3 + R2R3 + R1R2)I1 = V1R3 - V2R3 + V1R2
→ I1 = ( V1R2 + V1R3 - V2R3) / (R1R3 + R2R3 + R1R2)

これを④に代入して
  I3 = V1/R3 - (R1/R3)(V1R3 - V2R3 + V1R2) / (R1R3 + R2R3 + R1R2)
   = [ V1(R1R3 + R2R3 + R1R2) - R1(V1R3 - V2R3 + V1R2) ] / [ R3(R1R3 + R2R3 + R1R2) ]
   = ( V1R1R3 + V1R2R3 + V1R1R2 - V1R1R3 + V2R1R3 - V1R1R2) / [ R3(R1R3 + R2R3 + R1R2) ]
   = ( V1R2R3 + V2R1R3) / [ R3(R1R3 + R2R3 + R1R2) ]
   = ( V1R2 + V2R1) / (R1R3 + R2R3 + R1R2)

>時計回りに閉路をみて、
>V1-V2=R1I1-R2I2=R1I1-R2(I3-I1)=(R1+R2)I1-R2I3
>と
>V1=R1I1+R3I3

左のループの時計回りの電流が I1、右のループの時計回りの電流が I3 ということですか?
だとすれば、キルヒホッフの第2法則(電圧則)より
左のループの時計回りの電圧の関係式は
 V1 - I1R1 - (I1 - I3)R2 - V2 = 0
→ V1 - V2 = (R1 + R2)I1 - I3R2    ①
右のループの時計回りの電圧の関係式は
 V2 - (I3 - I1)R2 - I3R3 = 0
→ V2 = (R2 + R3)I3 - I1R2   ②
ですね。

 お示しの「V1=R1I1+...続きを読む


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