オシロスコープの見方について

質問

オシロスコープの見方について質問です。
私は直流回路だけでなく、交流回路においてもテブナンの定理が成り立つことを実験を通して示したいと思っています。 その際に、オシロスコープを使って負荷の両端負荷や負荷に流れ込む電流を測定しようと考えたときに、電圧や電流は波形のどこを見ればいい、どこが一致すれば良いのかを教えて頂きたいです。
よろしくお願いします。

回答No.6

maskoto

│─────│
│　　　　　│──◯　a
│　回路網　│
│　　　　　│──◯　b
│─────│

上に示した簡易的な図が
下に示す等価電圧源に変換される
と言うのがテブナンの定理の概略ですよね

　│───◯　a
　│
電圧源
　│
内部抵抗
　│
　│───◯　b

直流回路での鳳−テブナンの定理は
端子ab間に何も繋げない時の(解放時の)ab間の電圧をV₀
ab間に負荷Rを繋いだ時の負荷に流れる電流をＩ
上図のab端から回路網を見込んだ時の抵抗
＝下図の内部抵抗
をR₀として
Ｉ＝V₀/(R₀+R)
ですよね
なので、定理が成立するか確認するのに絶対的に必要な情報は抵抗値R₀とRと
負荷に流れる電流Ｉと
(負荷にかかる電圧ではなくて)
※負荷を取り付けない時にabに現れる電圧V₀
です！

交流回路なら
・Ｉ＝負荷の複素電流(電流の複素数表示)
・V₀＝ab解放時の複素電圧
・Z₀＝回路網の複素インピーダンス　
・Z＝負荷の複素インピーダンス
の情報が最低限必要で、これらが
交流におけるテブナンの定理:
(・Ｉ)＝(・V₀)/{(・Z₀)+(・Z)}…①
を満たしているか確かめるわけです

なので必要最低限と言う意味では負荷の電圧を調べる必要はありません
ただ、負荷の電流波形を直接測定出来ないなら、負荷の電圧波形をまず調べてから、オームの法則で電流波形を割り出すようにすると言う意味では、負荷の電圧波形を調べる事も必要です

そしたら、波形の振幅と周期を読み取って
V₀＝Vmax　sin(ωt)　
Ｉ＝Ｉmax　sin(ωt+δ)
と言う式を作りますよね
これらを複素表示に変換すると
・V₀＝(Vmax/√2)＝(Vmax/√2)e＾(j0)
・Ｉ＝(Ｉmax/√2)(cosδ+jsinδ)
＝(Ｉmax/√2)e＾(jδ)
となり、これが①を、果たして満たしているかどうか確かめる
これがやるべき事だと思います…

(言うまでもないと思いますが、電圧、電流の波形を見ただけでは定理が成り立つかどうか判断は出来ないと思います…交流理論に関する基礎知識を用いて波形をもとに解析する作業が必要です
位相も関係してくるのでテスターなどを使って、実効値だけ把握すれば良いというものでもないかと思います)

回答No.5

lumiheart

>負荷に流れ込む電流を測定しようと考えたときに

オシロに限らず普通のテスタでも電流は測れません
電流レンジの付いてるテスタもあるけれど
内部に電流-電圧変換回路があるダケです
シャント抵抗
https://www.rohm.co.jp/electronics-basics/resistors/r_what14
ただ、AC100Vとか掛けるのはちょっと怖い（感電する）

なので　普通はクランプメータを使う
https://www.hioki.co.jp/jp/products/detail/?product_key=1894
クランププローブのみの別売りタイプもあります
https://www.hioki.co.jp/jp/products/detail/?product_key=815
https://tmi.yokogawa.com/jp/solutions/products/oscilloscopes/current-probes/
かなり高価だけどね

回答No.4

m_and_dmp

No.1です。
テブナンの定理は昔々習いましたが、いまはそれを駆使して回路の解析をする力はありませんので、オシロの使い方だけでご勘弁願います。
オシロで直接電流を測ることはできませんので、負荷と直列に純抵抗(リアクタンス分を含まない)を接続して、その両端の電圧を測り、測定された電圧を直列に接続した抵抗器の抵抗の値で除してやることにより電流を求めます。
負荷に直列に抵抗器を接続すると、回路に影響を与えますので、その影響を小さくするために、抵抗の値は負荷のインピーダンスに比べて1/10～1/50くらいにします。
オシロにより直列に接続した抵抗器の両端の電圧を測定する方法は先の回答のとおりです。

回答No.3

maskoto

補足

テブナン成立を確かめるために必要なのは
負荷電圧ではなくて
負荷の電流と負荷を解放した時の端子間電圧(・V₀)である事を忘れないでください

補足

回答ありがとうございます。
負荷電圧が必要でないならば負荷電流も必要でないということで良いでしょうか？

回答No.2

maskoto

電流と電圧それぞれの
振幅(瞬時値の最大値)
周波数(周期)
電圧と電流の位相差
を把握すれば良いです

そしたら、それらを複素電圧と複素電流(要するに複素数表示)に変換します
後は、等価電圧源側のインピーダンスと負荷のインピーダンスを調べ(ないし計算して)

(・Ｉ)＝(・V₀)/{(・Z₀)+(・Z)}
…「・」は複素数表示(フェーザ)の意味

が成立しているか確かめてみれば良いかと思われます

回答No.1

m_and_dmp

オシロスコープを使って負荷の両端負荷や負荷に流れ込む電流を測定しようと考えたときに、電圧や電流は波形のどこを見ればいい、・・・
>>>負荷の両端負荷とは何ですか「負荷の両端の電圧」を打ち間違えたのですか？
負荷の両端の電圧を測定する場合、負荷の一端がアース電位ならオシロのプローブのアースクリップを負荷のアース電位の端に接続し、プローブのクリップを負荷のアース電位ではない方の端に接続接続するだけなので簡単です。負荷のどちらの端もアース電位でない場合は二現象オシロ（入力端子が２つあるオシロ）を使用してCH1入力のプローブのピンを負荷の一端に、CH2入力のプローブのピンを負荷の他端に接続し、オシロのファンクションをCH1とCh2の差分を測定するようにセットすることで負荷の両端の電圧を測定することができます。プローブのアースクリップは回路のアース端子に接続します。ただし、オシロにCH1とCH2の差分を測定する機能がなければなりません。
負荷に流れる電流を測定する場合は、負荷が純抵抗であれば、両端の電圧を抵抗値で除してやればいいのですが、そんな都合の良いようにはならないでしょう。したがって、負荷と直列に負荷のインピーダンスに比べて十分小さい値の抵抗器を接続し、その両端の電圧を測ります。測定方法は先の述べた方法と同じです。
測定をを読み取るには波形の正の最大と負の最大の差を読み取ります。読み取った値は Vp-pになります。その値を実効値に換算するには、Vp-pを２＊√2で割ります。

どこが一致すれば良いのか・・・
＞＞＞質問の意味がわかりません。

補足

回答ありがとうございます。
わかりにくく、すみません。
・負荷の両端負荷とは何ですか？について、「負荷の両端の電圧」を打ち間違えました…。
・どこが一致すれば〜の部分について、テブナンの定理は等価変換であるため変換前と後で電圧や電流が一致するという定理であると認識しています。つまり、電圧と電流が同じになれば成り立ったと言えるということで合っているでしょうか？
また、オシロスコープの電流の見方はどのようにすれば良いでしょうか？
既にお答えしていましたら申し訳ございません、よろしくお願いします。