アナログ信号とは何か？

アナログ信号とは、電圧、電流、または物理量であり、時間変動するパラメータに従って連続的にかつ無限に変化するものをいいます。たとえば、無線波、テレビ波、音波は、すべてアナログ信号です。

「アナログ信号」には2つのタイプがあります：

1. 連続時間信号：時間の連続関数はすべて、連続時間信号とみなされます。最も一般的な例は、正弦波です。
2. 離散時間信号：等しい時間間隔（またはサンプル）で区切られた実数の列は、離散時間信号とみなされます。一般的な例として、等間隔の一連の瞬間的な振幅を表すデジタルオーディオ信号があります。

アナログ信号処理は、増幅、フィルタリング、制限など、連続したアナログ信号に対するさまざまな操作を電子デバイスで行います。時間の経過とともに連続的に変化する量を含む連続時間処理が含まれます。

アナログ信号処理に使用されるツールには、オシロスコープ、電源、関数発生器、信号発生器、RFアナログ信号発生器、および他の電子テスト機器が含まれます。

• オシロスコープ：オシロスコープは、電気回路の挙動をリアルタイムで見ることができる電子テスト機器の一種です。テストされる回路からの入力信号は、入力チャネルからスコープの「水平」入力に送られ、その後画面上に波形として表示されます。
• 電源：低電圧、高電流の電圧をより使いやすい形に変換する電子機器。
• 関数発生器：関数発生器は、波形を生成する電子テスト機器の一種です。これらは、他の電子テスト機器の適切な動作をテストしたり、聴取または測定用のオーディオ信号を作成するために使用されます。ほとんどの関数発生器は、フロントパネルのボタンで回路に切り替えられるさまざまな波形を生成します。これらの波形タイプには、正弦波、のこぎり波、三角波、方形波、パルス、およびランプが含まれます。
• アナログオーディオ信号発生器：電子機器の中で、オーディオ信号発生器は、オーディオ周波数範囲で電気信号を生成する電子テスト機器の一種です。これらの信号は通常、電圧制御発振器またはパルス列を使用して作成され、その後アンプに送られ、出力された音が望ましい音を構成します。
• 関数発生器：関数発生器は、波形を生成する電子テスト機器の一種です。これらは、他の電子テスト機器の適切な動作をテストしたり、聴取または測定用のオーディオ信号を作成するために使用されます。ほとんどの関数発生器は、フロントパネルのボタンで回路に切り替えられるさまざまな波形を生成します。これらの波形タイプには、正弦波、のこぎり波、三角波、方形波、パルス、およびランプなどがあります。
• RFアナログ信号発生器：RFアナログ信号発生器は、正弦波、方形波（パルス）、のこぎり波、および三角波などの信号を生成および適用するために使用されるテスト機器の一種です。また、所定の範囲で周波数をスイープするためにも使用できます。

アナログ信号源の振幅はボルトで測定され、アナログ信号の周波数はヘルツで測定されます。正弦波のピーク間の電圧の単位は、ボルトと呼ばれます。電圧と電流の関係は、オームの法則を通じてアンペアで表すこともできます: 電圧= 電流 × 抵抗。

電圧は、電流などの他のエネルギー形態よりもスペース（場所）を必要としないため、最も一般的で便利なエネルギー形態の1つです。

アナログ信号には、次の3つのタイプの情報が含まれます：

1. 振幅
2. 周波数
3. 位相

振幅：AC正弦波の電圧は、ピーク間値と平均値の両方に比例します。たとえば、異なる振幅を持つ2つの正弦波が同じ周波数であっても、振幅を正規化しない限り、オシロスコープ上では区別できません。各電圧測定値を信号の振幅で割ると、電圧を独立変数として使用できます。

周波数：波形の角周波数は、それが振動するラジアン数を1秒間に変換したものであり、ヘルツ（1秒間の周期数）で測定されます。たとえば、異なる周波数を持つ2つの正弦波が同じ振幅を持つ場合、振幅を正規化しない限り、オシロスコープ上では区別できません。各周波数を対応する正規化された振幅測定値で乗算すると、周波数を独立変数として使用できます。

位相：位相とは、同じ周波数と振幅を持つ別の波形と比較して、波形がどれだけ「遅れて」いるかまたは「進んで」いるかを示す量のことをいいます。位相は、波形がそのサイクルの中でどの程度進んでいるかを表すと考えることができます。

アナログオシロスコープは、画面上に時間変動するアナログ信号を波形として表示するために使用される計測器です。画面に表示される波形は、交流（AC）信号またはパルス状の直流（DC）信号のいずれかです。

• AC信号は、その電圧または電流が頻繁に反転する信号です。
• DC信号は、その電圧または電流が極性を一定に保つ信号です。

デジタルオシロスコープは、波形をデジタル化して画面に表示する機器です。アナログ信号を測定するためにサンプリングの原理を使用します。入力信号のサンプルが離散的な時間インスタンスで取られ、これらのサンプルは電圧レベルをx軸（時間軸）にプロットされます。

アナログ信号は垂直偏向または水平偏向のいずれかで表示できますが、デジタル信号は水平偏向を使用すると良好に表示されます。

帯域幅と速度に関して、アナログスコープは一般的に帯域幅が広く、掃引速度が遅い傾向がありますが、デジタルスコープは帯域幅が狭く、掃引速度が速い傾向があります。また、アナログ信号の性質上、オシロスコープは新しい画面更新ごとに波形を再構築する必要があるため、測定間の遅延が発生し、スコープの帯域幅と速度に影響を与えます。

電圧信号は、その振幅、または強度または強度として測定されます。電圧信号は、参照点がある場合には測定が容易であるため、通常は地面に対して測定されます。実験で正の電圧と負の電圧の両方が使用される場合があるため、オシロスコープは波形を同時に表示するために監視される各入力ごとに2つの垂直チャネルを持っている必要があります。

アナログオシロスコープのコントロールは、入力信号が画面上にどのように表示されるかを制御するさまざまなオプションです。これらのコントロールには、以下が含まれます。

1. 垂直ゲイン
2. 水平時間基準
3. トリガーモード
4. マーカー設定

垂直ゲインコントロールは、オシロスコープの画面上で信号の振幅が上下に移動するときにその振幅がどれだけ変化するかを調整できるノブです。これはデジタル信号には適用できません。なぜなら、すべての方形波は無限の振幅を持っているため、常に2つの電圧状態（正と負）の間を変化します。

水平時間基準は、1つの波形が完了した後、オシロスコープが画面を新しい波形で更新するまで待機する時間を制御します。これは、入力信号がアナログかデジタルかに応じて異なり、また「A」と「µs/DIV」とラベルされたプリセットボタン、または「1X」と「10」とラベルされたノブで制御することもできます。

トリガーモードは、入力信号の重要な部分を検出した後、オシロスコープが画面のリフレッシュをトリガーする方法を制御します。利用可能なモードは、入力信号がアナログかデジタルかによって異なり、それぞれのトリガーモードには、「AUTO」、「EXT TRIG」、「INT TRIG」とラベルされた対応するボタンがあります。

マーカー設定は、入力波形の上に表示される電圧値の数と、これらの電圧値がドットまたはティック（時間の単位を表す）として表示されるかどうかを制御します。

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