テレビとオシロスコープ

質問

オシロスコープでは、スクリーン上に波形が変化する。これは、テレビ画像と同じである。
ということを論述する物理の課題があります。テレビで画像が変化する理由を『磁石、電子、蛍光』のキーワードで、説明できる方がいましたら、お願いします。

回答No.5

joshua01 · ベストアンサー

こんにちは。
かつて、高校生のころ、古いブラウン管テレビでオシロスコープを作りました。結構簡単です。が・・・次の回答はお役に立つでしょうか。

　ブラウン管（CRT）は、「電子銃」という金属板を折り曲げて作った部品に真空中で高電圧をかけて電子を発射させ、正面に蛍光物質を塗った面にぶつけるとそこが光る構造なのはご存じですね。
　発射された電子は基本的には直線運動ですが、「経路の上下左右に電極板を置いて電界を加えると経路が曲がる」ことで蛍光板にいろいろな形を描かせることができます。テレビ用ブラウン管では電界を使わずにコイル置いて、磁界を使っていることがオシロ用ブラウン管との外見上の大きな違いですが、原理はほとんど変わりません。
　また、電界も磁界も加えないと画面の真ん中に小さな点だけが光ることになって意味がないので、何度も繰り返し電子ビームが左右に往復するように、「発振器」（ノコギリ波発振器）を使って電界や磁界が常に繰り返し変動するようにしておきます。この場合、画面としては画面中央に水平の線（横線）が1本表示されます。ここまではテレビもオシロスコープも共通です。

　そして、大きな違いは次の2つの点です。
○　上下（垂直方向）の変化
　オシロスコープは、測定しようとする信号を増幅して、電子ビームを垂直方向に曲げて方向を変動させます。水平方向は「時間」に対して素直に淡々と変動し、垂直方向は現象に応じて変動するので、画面には「信号の波形グラフ」が描かれます。
他方、テレビは垂直方向も「発振器」を使って時間に応じて淡々と（少しゆっくり目に）変動させます。この結果、テレビは、「横線」が画面に上から下までずらりと並び、全体として「真っ白な板」が画面に表示されるのが基本です。
○　明るさの変化
　オシロスコープでは通常、電子ビームの強さを変動させません。このため、グラフの線の明るさはいつも一定です。他方で、テレビでは画像に応じて明るさを変化させます。例えば、「日の丸」を白黒で表示させる場合、画面周辺部分では強いビームを与えて白く光らせ、中央ではビームを弱めて黒く見えるようにすることで全体として「日の丸」が見えるようにします。
ここでお気づきでしょうが、ビームの位置と明るさの変動のタイミング関係は、画像を作り出すために重要な要素なので、「同期信号」という信号により、水平方向の発振、垂直方向の発振、そして明るさの変動のタイミングが合うように常に調整しています。

で、テレビを改造してオシロスコープにする場合の例（高電圧があり危険なのでお勧めしませんが、まあ、理解のために。）
・電子銃に付いている「輝度調整グリッド」という端子の配線を切断して、明るさが変動しないようにする。（真っ白な画面になる。なお、機種によってカソードという端子の配線をつなぎ直す方法などもあります。）
・ブラウン管に貼り付いている「水平偏向コイル・垂直偏向コイル」という２つのコイルのうち、「垂直偏向コイル」に信号を与えている配線を切断する（画面に横線だけが表示されるようになる）
・「垂直偏向コイル」にステレオのアンプの出力をつないで音楽を流してみる
（音楽に合わせて波形が表示される。少々出力の大きいアンプが必要です。また、波形がきちんと止まって見えるためにはもう少し工夫が必要です。）

　なお、カラーにおいては電子銃が1本なのか3本なのかが少々議論になっていますが、いわば金属板の曲げ方と穴の開け方の工夫の違いだけで、どちらも電子ビームは3本出ていますので、概ね質問者さんのご理解のとおりでしょう。
　学校のレポートの答えとしては使えないかもしれませんが（使える答えはマナー違反）、ご理解の上でお役に立てば幸いです。

お礼

ありがとうございます。とても参考になりました。
それにしても、白黒テレビでオシロスコープって…原理が同じだと、できちゃうもんなんですね。

回答No.4

miran_2006

テレビは固定の周波数６０Ｈｚで１枚の絵を描きます。
その間、左上から順番に電子ビームで１行づつ絵を描きます。
それには画像信号の中に垂直同期信号と水平同期信号を定期的に入れます。つまり、電子ビームは同期信号を拾いながら１段づつ左上から右下にかけて複数段に別けて絵を描きます。
オシロスコープは入力信号に同期した時に、安定した波形を画面に示します。同期しなくてもめちゃめちゃな波形は表示します。
ここで言う同期は波形の繰り返しなどです。
そして横１本の線を描くときに入力信号の強弱を表示する垂直位置として置き換えます。
共通するのは、水平方向と垂直方向に電子ビームの表示位置を制御するところ、水平方向に走査する電子ビームは常に１本ってことかと思いますが・・・

回答No.3

himara-hus

オシロとテレビは、かなり違うと思うけど、同じ部分、つまり画面上に蛍光させる仕組みを答えると言うことでしょうね。
　画面上（裏側）に、電子が衝突すると光る蛍光体が塗ってあり、電子銃で電子を画面上に飛ばし、蛍光させます。
　表示させたい（蛍光させたい）場所をめがけて電子を飛ばすわけですが、それは（どこに飛ばしたいかという）電気信号により、電子銃の発射口にある電磁石を制御し、電子の進行方向を（フレミングの左手の法則で）制御します。

回答No.2

Tacosan

う～ん, 多分テレビ (というか CRT) の原理そのものなんだけどなぁ.... 陰極線に関する J.J. トムソンの実験は知ってます?
ちなみに, カラーであっても「電子銃が色ごとに 1本ずつある」とは限らん (ソニーのトリニトロンは電子銃を 1本しか使ってない) のだけど.

回答No.1

NAZ0001

テレビの構造は理解されている？。CRTの意味はご存じ？。

補足

さっそくの回答ありがとうございます。
テレビのブラウン管には、赤、緑、青専用の電子銃が各１本ずつ有り、正三角形に配置され仕込まれて、電子が発射されて、その強さで色が表せるということまで、理解できました。
どうしても、オシロスコープの仕組みと共通点が分かりませんorz