CR結合回路の実験
抵抗器R と コンデンサ C を、直列接続した回路の周波数特性を、発振器とオシロスコープを用いて観察し、理解する。

数種類の抵抗器とコンデンサが用意してあるので、各自、1個づつ選択し、ラグ板にＣＲ結合回路を組む。
まず、選んだ抵抗とコンデンサの値からCR結合回路の遮断周波数を計算する。
測定器の性能上、CR結合回路の遮断周波数

f=1/(2πτ)

時定数 τ = CR
C：ファラッド（F）

R：オーム （Ω）

f の値が、30 Hz 以上、 1000000 Hz （ 1 MHz） 以下になるように、抵抗とコンデンサを選んで下さい。

コンデンサ （ フィルムコンデンサ １個 ５０円 ）表示の読み方（ ２５０Ｖ は、耐圧 ２５０Ｖ の意味。実験では、数V しか加わらない。）
１.0 Ｋ = 1.0 μＦ.1 K= 0.1 μＦ.033 K = 0.033 μＦ

抵抗器 １個 ４円自分の選択した抵抗器の値を、カラーバーから読んで、それを確認するために、テスタで測定してください。
測定プラグは、赤を１番右、黒を右から２番目のソケットに差し込む。
測定選択つまみを Ω にして、抵抗両端の抵抗値を測る。

実験 １ CR結合回路の 抵抗電圧
発振器の出力を、CR結合回路の両端につなぐ。
抵抗両端の電圧を、オシロスコープの CH1 につなぐ。
アッテネータ付きプローブは使用しない。
（プローブ内にCR回路が入っているので、この実験には使えない。）

発振器の周波数を、この装置の上限周波数の2000 KHz (2MHz) にする。

抵抗電圧の振幅がCRT上で４ｃｍになるように調整する。

この実験が終了するまで振幅調整つまみを触れないように注意する。

次に、発振器の周波数を、0 Hz （直流）にする。

抵抗電圧の振幅がCRT上で０ｃｍになることを確認する。

次第に周波数を上げ、振幅が0.4cm (10%)、0.8cm (20%)、1.2cm (30%)、1.6cm (40%)、2.0cm (50%)、2.4cm (60%)、2.8cm (70%)、3.2cm (80%)、3.6cm (90%)、4.0cm (100%)を示す周波数を記録する。

例

振幅 ２．８ｃｍ （70 %）周波数 ３４ Hz

振幅 （％）

周波数 （Hz）

００１０３２０７３０１３４０１６５０２２６０２９７０３４８０４７９０６８１００１２５この結果を Excel で表にして下さい。
（横軸にしたい値を Aカラムに、縦軸にしたい値を Bカラムに入れてグラフウィザードを用いる。）

CR結合回路の抵抗電圧出力は、低周波を遮断することを確認し、理解して下さい。

CR結合回路の時定数τを求める。
τ＝CR

例： C = 0.047μF、 R = 100 kΩ

τ= 0.0047 sec

低域遮断周波数 f（ 電圧振幅を 1 / √２ = 70.7% にする周波数 ）を求める。
例 : ｆ = 1 / ( 2πτ) = 33.88 Hz

実験結果をみて、適切な結果が得られたか確認する。
以上の 実験1 の結果と、このような結果が得られる理論を、レポートに記述してください。

実験 ２

CR結合回路の コンデンサ電圧発振器の出力を、CR結合回路の両端につなぐ。

コンデンサ両端の電圧を、オシロスコープの CH1 につなぐ。

10 Hz 以上の周波数で、コンデンサ電圧が最大になる周波数を探してください。

（10Hz以下では、ケーブル自体が持つ抵抗と静電容量で電圧が下がる。）

最大電圧を示す周波数で、振幅が 4cm になるように調整。

次に、発振器の周波数を、2000 kHz にする。

コンデンサ電圧の振幅がCRT上で０ｃｍになることを確認する。

次第に周波数を下げ、振幅が0.4cm (10%)、0.8cm (20%)、1.2cm (30%)、1.6cm (40%)、2.0cm (50%)、2.4cm (60%)、2.8cm (70%)、3.2cm (80%)、3.6cm (90%)、4.0cm (100%)を示す周波数を記録する。

実験 1 と同じく、結果を Excel で表にして下さい。

CR結合回路の コンデンサ電圧出力は、高周波を遮断することを確認し、理解して下さい。

高域遮断周波数 f を求める。
（ 電圧振幅を 1 / √２ = 70.7% にする周波数 ）実験結果をみて、適切な結果が得られたか確認する。
以上の 実験２ の結果と、このような結果が得られる理論を、レポートに記述してください。

実験 3 抵抗電圧 と コンデンサ電圧 の位相差
CR 結合回路の 両端に発振器の出力電圧をつなぎ、オシロスコープの CH1 に 抵抗電圧をつなぎ、CH2 に コンデンサ電圧をつなぐ。
CH1、CH2 のマイナス（黒）電極は、オシロスコープ内で電気的につながっているので、同じ部位をつなぐ。
（ 黒電極は、抵抗とコンデンサが結合している部位に。）
CH２発振器CH１

CH1 の 抵抗電圧の電極のプラスマイナスが、CH2 の コンデンサ電圧の電極と 向きが逆転しているが、オシロスコープの Sweep time は、UP-slope またはDOWN-slope トリガで検出しているので、正弦波であれば、抵抗電圧信号波形が反転表示されることはない。
一応、そのような問題を解決するボタンがオシロスコープに用意されているが （ CH2 INVERT ボタン； CH2信号のプラスマイナスを反転させる）、押しても CH2 信号は、見かけ上、反転しない。

（今回の実験では上下対称性の正弦波なので。）

正弦波信号は適切なトリガで、電極を反転しても波形は反転しない。

電極を反転しても同じ位相の波形

発振器の周波数を、遮断周波数に設定する。
（抵抗電圧とコンデンサ電圧が等しくなる周波数）

SOURCEレバーを CH1 に設定して、 CRT 上でCH1 の信号を 振幅 3cm、波長 ８cm の正弦波 （ｓｉｎ 曲線）に調節する。

SOURCEレバーを CH２ にすると、 CRT 上に CH2 の信号が表示される。 振幅 3cm、波長 ８cm の 余弦波の反転波形（ - cos 曲線 ） が表示される。
コンデンサ電圧は、抵抗電圧より、９０°位相が遅れている（１／４ 波長 遅い） ことが確認できる。

VERT MODE スイッチを、ＡＬＴ または CHOP に切り替えると、ＣＨ１（抵抗電圧）と ＣＨ２（コンデンサ電圧）が、同時表示される。
遮断周波数に設定した状態で、ＣＨ１と ＣＨ２の波形の振幅がともに２ｃｍになるように、ＣＨ１とＣＨ２の振幅を調整してください。
周波数を遮断周波数から少しずらすと振幅に差が生じることを確認して下さい。

VERT MODE スイッチを、ＡＤＤ に切り替えると、ＣＨ１（抵抗電圧）と ＣＨ２（コンデンサ電圧）の和が、表示される。

遮断周波数に設定した状態で、振幅がともに 2cm のＣＨ１と ＣＨ２の和の信号の振幅が、4cmにならないことを確認して下さい。
理論上、２cm の √２ 倍になることを理解して下さい。

X-Y ボタンを押すと、縦軸に CH1 （抵抗電圧）、横軸に CH2 （コンデンサ電圧） の リサージュ曲線が出る。
円が描画される。
（位置は、HORIZONTAL POSITION で調整して下さい。）

円が描画される理由（ コンデンサ電圧が抵抗電圧よりも位相が９０°遅れる理由） をレポートして下さい。
また、遮断周波数よりも周波数を高くすると、上下に長い楕円に変形し、低くすると左右に長い楕円に変形する。
この理由も、各自考えてレポートして下さい。

実験 ４
矩形波に対するCR結合回路の応答発振器の波形を矩形波に切り替え、オシロスコープの CH1に接続。
周波数を遮断周波数に設定し、振幅を 2cm、波長を 6cm に調整。

矩形波に対する CR結合回路の抵抗電圧発振器の出力を、CR結合回路の両端につなぐ。
抵抗両端の電圧を、オシロスコープの CH1 につなぐ。

表示される波形を観察し、スケッチして、理論式と比較する。

周波数を 遮断周波数より低くすると、電圧が変化する瞬間のみ電圧の絶対値が大きく、速やかに 0V に収束することを確認し、スケッチする。（微分回路）
周波数を 遮断周波数より高くすると、電圧が緩やかに変化し、0V に収束する前に、次の矩形波に対する反応が出現することを確認し、スケッチする。
これらの結果を理論的に説明し、レポートして下さい。

矩形波に対する CR結合回路のコンデンサ電圧
再度、発振器の周波数を遮断周波数にする。
振幅を 2cm、波長を 6cm に調整。

発振器の出力を、CR結合回路の両端につなぐ。
抵抗両端の電圧を、オシロスコープの CH1 につなぐ。

表示されるコンデンサ電圧波形を観察し、スケッチして、理論式と比較する。

周波数を 遮断周波数より低くすると、電圧が変化すると、速やかに 入力電圧 に収束することを確認し、スケッチする。
周波数を 遮断周波数より高くすると、電圧が緩やかに変化することを確認し、スケッチする。
（積分回路）
これらの結果を理論的に説明し、レポートして下さい。