アナログ オシロスコープとデジタル オシロスコープ:違いは何ですか?

オシロスコープは、電子工学における重要なテスト ツールです。特に、繰り返し波形または高周波信号のセクションを測定する場合。ただし、初心者の間で質問があります。アナログ オシロスコープとデジタル オシロスコープ – どちらが優れているか?ほとんどの場合、デジタル オシロスコープはアナログ オシロスコープよりも高価です。

しかし、なぜ？このガイドでは、この質問などに答えます。また、各スコープの仕組みとその識別方法についても説明します。このガイドの終わりまでに、この 2 つを区別し、どちらがプロジェクトに最適かを理解する必要があります。

オシロスコープとは?

オシロスコープを調整する手

オシロスコープには多くの名前があります。オシログラフ、O スコープ、CRO (陰極線オシロスコープ)、DSO (デジタル記憶オシロスコープ)、または単にスコープと呼ぶこともできます。これは、プローブを使用して、電子デバイスまたは電気回路の 2 点間の信号電圧の変化を測定する機器です。

電圧を測定する場合、マルチメータは単一の時点から回路の読み取り値を取得します。一方、オシロスコープを使用すると、回路の電圧を経時的に測定できます。基本的に、何千もの読み取り値が必要であり、それらを画面にプロットします。これにより、過渡現象による電圧のスパイクや電圧降下を簡単に比較できます。

オシロスコープには主に 2 つのタイプがあります。アナログ オシロスコープ (またはアナログ オシロスコープ) およびデジタル オシロスコープ。どちらも実質的に同じように機能しますが、デジタル オシロスコープにはアナログ オシロスコープにはない追加機能が備わっています。

アナログ オシロスコープ

アナログ オシロスコープ

メーカーがアナログ オシロスコープを導入したとき、彼らは波形を表示するために水平偏向板を備えた CRT を利用しました。

チューブの水平プレートの電圧が流れの位置を変更しました。電子流がスクリーンの蛍光体コーティングに当たると、ランディング エリアが光りました。その結果、これは最終的に知覚可能な波長になる光のスポットを表示しました。

2 つの異なる信号を比較するために使用できるデュアルビーム オシロスコープがありました。それらは、2つの電子ビームを同時に放出し、単一のフラットスクリーンに表示します。

基本的なアナログ オシロスコープには、ストレージ機能がありませんでした。ただし、アナログ ストレージ スコープを購入して、入力波長画像を保存することもできます。それにもかかわらず、これらのアナログ ストレージ スコープは高価であり、現代の基準からすれば非常に初歩的なものでした。

もともと、アナログスコープは一般的に大きくて扱いにくいものでした。しかし、デジタル技術のおかげで、将来のスコープはフィールド サービス アプリケーションに十分コンパクトになりました。

デジタル オシロスコープ

Rigol DS2000 シリーズ デジタル オシロスコープ

大きくて扱いにくい CRT に代わって、ソリッド ステート スクリーンが採用されました。したがって、これによりスコープがはるかに小さくなり、深さはほとんどなくなりました。さらに、これにより、より多くの表示機能も提供されました。今日、デジタル オシロスコープは最も一般的なタイプのオシロスコープです。

さらに、デジタル スコープの出現により、標準ストレージ、ディスプレイ操作の改善、トリガーの改善などの追加機能が可能になりました。

デジタル オシロスコープの種類

メーカーや企業が最初のデジタル スコープをリリースすると、デジタル蛍光体オシロスコープの下に導入されました。 (DPO) とデジタル ストレージ オシロスコープ (DSO)。これは、最初の数台のデジタル オシロスコープが蛍光体スクリーンを使用していたためです。現代のデジタル オシロスコープは、LED または LCD 画面を使用しています。

これまで、アナログ オシロスコープは画面サイズと解像度によって制限されていました。逆に言えば、最新のデジタル オシロスコープにはこの問題はありません。

混合信号および混合ドメイン オシロスコープ (MSO および MDO)

Agilent 54622D MSO 分解

ソース:Flickr

デジタル スコープが提供する新しい機能は、多くの人がアナログ時代に想像できたものをはるかに超えていました。それらには、通常利用可能な 2 つ以上のアナログ スコープ チャネルを超えるロジック解析チャネルなどの機能が組み込まれていました。たとえば、混合信号オシロスコープ (MSO) が利用可能になります。 関数ジェネレータ出力などのその他の機能 デジタル マルチメーター も可能でした。

最近のほとんどすべてのオシロスコープには、標準の MSO モデルがあります。あるいは、オプションとして複数のデジタルチャンネルを提供することもあります。さらに、多くのデジタル オシロスコープには、周波数ドメインで測定を行うための信号処理が含まれています。 つまり、スペクトル分析 .これにより、スペクトラム解析と通常のスコープ測定の混合が必要な回路のテストが可能になります。

真の混合ドメイン オシロスコープ には、周波数ドメイン測定にのみ使用できる専用の RF コネクタがあります。興味深いことに、通常はより高性能なスペクトル分析機能を備えています。

デジタル サンプリング オシロスコープ

デジタル サンプリング オシロスコープ

出典:ウィキメディア コモンズ

オシロスコープのもう 1 つの形式は、デジタル サンプリング スコープです。 .これは、人々が限られた数のニッチなアプリケーションに使用する、非常に特殊な形式のスコープです。たとえば、信号のジッターなどの側面を数十ギガヘルツ領域まで調べることができます。そのため、これらのスコープを平均的なオシロスコープ アプリケーションには使用しません。

その結果、それらの使用例は限られています。スコープにもさまざまな形式があります。それらは、実験室で使用するための標準的なベンチ ケースに入っています。対照的に、他のものはフィールド サービス アプリケーションにより適しています。

アナログ vs. デジタル オシロスコープ– USB および PC ベースのオシロスコープ

ラップトップに接続された PicoScope 6000

出典:ウィキメディア

PC ベースのオシロスコープは、スタンドアロンのオシロスコープまたは外部オシロスコープとして提供されます。外部 PC ベースのオシロスコープを使用するには、PC に接続する必要があります。さらに、コンピュータのディスプレイ、電源、およびプロセッサを使用できます。多くの場合、USB インターフェイスを介してそれらをリンクできます。

ただし、一部の外部オシロスコープは、PXI システムなどのコンピュータ バス システムを使用できます。もちろん、オシロスコープ ソフトウェアとドライバーをコンピュータにインストールして、正しく接続する必要があります。

一方、内部 PC ベースのスタンドアロン オシロスコープには、内部コンピュータ部品が付属しています。 機器制御などの追加機能を提供するマイクロプロセッサが内蔵されています 、自動測定、 と表示管理 .さらに、デジタル化された信号のより複雑な処理が可能になります。これは、直視型ストレージ CRT を備えたアナログ バージョンの機能を超えています。

オシロスコープには、多種多様な種類とモデルがあります。それらの特性を知り、仕様書を見ることで、パフォーマンス、フォーム ファクター、および全体的な機能を確認できます。

アナログ vs. デジタル オシロスコープ– アナログ オシロスコープとデジタル オシロスコープの主な違い

操作の違い

オシロスコープ付きの電子工学ワークベンチ

初心者の電子機器コミュニティには大きな誤解があります。多くの人は、CRT ディスプレイを使用するのはアナログ スコープだけだと思い込んでいます。これは真実ではありません。 Tektronix 2230 デジタル ストレージ オシロスコープなどのデジタル オシロスコープは、CRT ディスプレイを使用します。

Tektronix 2213 のような古いアナログ スコープを Tektronix 2230 DSO と比較すると、後者の方がパネル コントロールが多いことに気付くでしょう。したがって、デジタル ストレージ スコープの動作は本質的により複雑になります。

デジタルスコープは、アナログスコープができるすべてのことを行うことができます.ただし、アナログスコープでズームアウトを開始すると、特に周波数が低い場合、出力画像がちらつき始めます。これは、CRT 画面が波形を表示する方法によるものです。

デジタル ストレージ オシロスコープは、より安定した画像を提供することでこれを修正します。したがって、変化する電圧を表示する代わりに、DSO は変化するポイントで波形をサンプリングし、それらを保存して表示します。これにより、表示がより安定し、波形全体が見やすくなります。

デジタル オシロスコープは、アナログ デジタル コンバーター (ADC) を介してこれを実現します。測定された電圧をアナログ信号として受け取り、デジタル信号に変換します。

アナログ スコープは、デジタル スコープと同じ持続性がありません。さらに、デジタル スコープの効果的な持続性を調整して、より多くのノイズを拾うことができます。ディスプレイのキャリブレーションにより、より正確な測定値とより良いグラフ品質を確認できます。さらに、LCD 技術を使用することで、デジタル システムが軽量化され、携帯性が向上します。

仕様の違い

オシロスコープのベクター画像

ソース:コモンズ ウィキメディア

オシロスコープの違いを理解するもう 1 つの方法は、仕様を観察することです。このセクションでは、これらの仕様について説明します:

アナログ vs. デジタル オシロスコープ– 帯域幅 (BW):

これは、オシロスコープのバナー仕様です。これは、オシロスコープのフロントエンドが処理できる周波数の高さと、キャプチャできる立ち上がり時間の速さを表しています。

したがって、信号の周波数とその信号の立ち上がり時間は本質的に関連しています。オシロスコープで確認できる最速の立ち上がり時間を計算するには、0.35 をオシロスコープの指定帯域幅で割ります。したがって、式は次のようになります。最速のキャプチャ可能時間 =0.35 / 帯域幅。

アナログ オシロスコープとデジタル オシロスコープの両方に、帯域幅の仕様があります。ただし、最新のデジタル スコープは、古いスコープの帯域幅能力をはるかに上回っています。

サンプル/サンプリング レート:

デジタルスコープならではの仕様です。これは、オシロスコープがデータを収集している 1 秒あたりのポイント数を示します。基本的に、入力信号はアナログ フロント エンド (帯域幅の発生元) を経由し、デジタイザがアナログ波形をサンプリングします。

サンプル レートは帯域幅に関連していますが、影響はありません。アナログフロントエンドからデータを取得するだけです。それにもかかわらず、帯域幅はオシロスコープのアナログ部分を表し、サンプルレートはデジタル部分を表します。このことから、サンプルレートがデジタルオシロスコープ専用の仕様である理由が理解できます。

メモリの深さ/サイズ:

サンプル レートとメモリ長は、オシロスコープで互いに密接に関連する属性です。メモリ長は、オシロスコープがキャプチャできる波形データの量を表します。サンプルレートが速いほど、キャプチャされる波形は短くなります。したがって、サンプルレートが速い波形は、より多くのメモリを消費します。さらに、使用できるメモリが多いほど、保存できる時間が長くなります。

メモリ長は、デジタル オシロスコープの 3 番目に重要な特性です。繰り返しますが、これはデジタル ストレージ オシロスコープに固有の仕様です。アナログ オシロスコープは、波形をキャプチャまたは記録しません。そのため、メモリ長のプロパティはありません。

アナログ対デジタル オシロスコープ - 分解能 (ADC ビット):

最新のオシロスコープには、8、10、および 12 ビットの ADC が付属しています。 A/D コンバーターは、アナログ信号を受け取り、変換し、デジタル情報に量子化します。したがって、8 ビット ADC は 256 の量子化レベル (2^8 =256) が可能です。これは、ADC の垂直解像度です。

解像度が高いほど、波形表現がより明確になります。さらに、ADC ビットは入力範囲を決定します .たとえば、解像度の高いスコープは、小さな信号の分析により適しています。これは、アナログ オシロスコープにはないもう 1 つの独自の仕様です。

アナログ vs. デジタル オシロスコープ– トリガー:

• 各デジタル スコープには、スコープのトリガー レベルを変更できるノブが付いています。トリガは基本的に、いつ波形のスナップショットを取得するかをオシロスコープに伝えます。

標準の DSO には、トリガー イベントに遭遇したときにどのように反応するかを示すさまざまなトリガー モードが付属しています。たとえば、エッジ トリガ モードでは、信号がディスプレイ上のグリッドの端に触れたときにスナップショットをキャプチャするようにオシロスコープに指示します。これにより、さまざまな方法で波形を測定できます。

繰り返しになりますが、アナログ スコープはデータをキャプチャして保存しないため、トリガーは主にデジタル ストレージ オシロスコープに固有のものです。

アナログ対デジタル オシロスコープ - アナログ オシロスコープの利点

デジタル オシロスコープを使用することには、アナログ オシロスコープよりも多くの利点があります。しかし、古いアナログ オシロスコープを使用する利点は何でしょうか?

より使いやすく:

デジタルスコープは、より精巧なオシロスコープになる傾向があります。逆に、アナログ オシロスコープは、最小限のコントロールとわかりにくい表示が少ないため、使いやすい場合があります。したがって、それらを使用して電圧テストの基礎を学ぶことができます。多くの場合、機能が少ないほどシンプルになります。アナログ スコープの構成に多くの時間を費やす必要はありません。

安価:

アナログオシロスコープは、デジタルタイプよりも安価です。これは、古くて機能が少ないためであり、このタイプの中古のスコープがたくさんあるため、安価です。

アナログ読み取りに適しています:

アナログの読み取り値は、多くの場合、アナログ CRT 画面の方がよく表示されます。それらはより明確になり、場合によってはノイズが少なく見えるかもしれません.

可用性:

やはり古いものなので、中古で購入できる機種も多いです。さらに、それらはあまり需要がありません。したがって、評判の良い電器店や機器店のほとんどは、在庫が豊富な傾向にあります。

デジタル オシロスコープを使用することには、アナログ オシロスコープよりも多くの利点があります。しかし、古いアナログ オシロスコープを使用する利点は何でしょうか?

• より使いやすく: デジタルスコープは、より精巧なオシロスコープになる傾向があります。逆に、アナログ オシロスコープは、最小限のコントロールとわかりにくい表示が少ないため、使いやすい場合があります。したがって、それらを使用して電圧テストの基礎を学ぶことができます。多くの場合、機能が少ないほどシンプルになります。アナログ スコープの構成に多くの時間を費やす必要はありません。
• 安価: アナログオシロスコープは、デジタルタイプよりも安価です。これは、古くて機能が少ないためであり、このタイプの中古のスコープがたくさんあるため、安価です。
• アナログ測定に適しています: アナログの読み取り値は、多くの場合、アナログ CRT 画面の方がよく表示されます。それらはより明確になり、場合によってはノイズが少なく見えるかもしれません。

可用性: やはり古いものなので、中古で購入できる機種も多いです。さらに、それらはあまり需要がありません。したがって、評判の良い電器店や機器店のほとんどは、在庫が豊富な傾向にあります。

結論

電子工学における最も単純なテストでは、アナログ オシロスコープがデジタル オシロスコープと同様に機能します。初心者や愛好家の場合は、デジタル スコープよりもアナログ スコープを購入したほうが得策かもしれません。ただし、オシロスコープを購入するときは、目標を明確にし、オシロスコープの機能が目標と一致するかどうかを明確にする必要があります。

たとえば、オシロスコープの設計、デジタルまたはアナログ帯域幅、立ち上がり時間、サンプル レート、チャネル密度、レコード長、波形キャプチャ レート、接続性、および拡張性を分析する必要があります。デジタル オシロスコープの場合、チャネルごとのメモリとメモリの深さを考慮する必要があります。これらの簡単な仕様を理解すれば、どのオシロスコープが最適かを判断できるようになります。さて、人々が次のように尋ねると、「アナログ オシロスコープ対デジタル オシロスコープ。どちらの方がよいですか？"明確な答えを提供できるようになります。とはいえ、このガイドがお役に立てば幸いです。いつも読んでいただきありがとうございます。