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1. 실험 개요
1.1. 오실로스코프 실험
오실로스코프는 사람이 지각할 수 없는 전기적 전압의 변화를 눈으로 볼 수 있도록 화면상에 파형으로 나타내주는 장치이다. 일반계측기로 측정할 수 없는 높은 주파수 및 전류 등 각종 파형을 관측할 수 있다.
오실로스코프의 동작원리는 다음과 같다. '전자총'에 의해 만들어진 전자빔을 작은 한 점에 모아 큰 속도로 가속시킨다. 그리고 이 전자빔이 '편향판'에 걸린 전기장과 자기장에 의해서 수직 또는 수평으로 편향되어 스크린에 충돌한다. 스크린에 충돌한 전자빔이 발광하며, 스크린 위의 작은 광점으로 나타나고 이러한 연속된 광점은 연속된 파형으로 나타나게 된다.
이를 통해 오실로스코프는 신호의 주파수와 전압을 측정할 수 있다. 신호의 주파수는 f=1/T [Hz]로 계산할 수 있는데, f는 주파수이고 T는 주기이다. 또한 리사쥬 도형을 이용하면 두 신호 간의 위상 차이를 측정할 수 있다. 리사쥬 도형은 평면 내에서 서로 수직인 2개의 단진동을 합성하면 여러 가지 형태의 도형이 나타나는데, 이 도형을 이용하면 위상차를 계산할 수 있다.
이러한 오실로스코프의 기능을 활용하여 실험에서는 다음과 같은 목적을 달성할 수 있다. 첫째, 오실로스코프의 동작 원리에 대해 이해할 수 있다. 둘째, 오실로스코프와 함수 발생기의 사용법을 익힐 수 있다. 셋째, 파형 관측, 전압, 주파수 및 위상 측정 방법을 익힐 수 있다. 넷째, 리사쥬 도형에 의한 위상차를 측정할 수 있다.
실험 절차는 다음과 같다. 먼저 오실로스코프의 결합 스위치를 AC로, 수직감도를 1V/DIV로, 수평감도를 1ms/DIV로 맞춘다. 그리고 함수발생기 출력단자와 오실로스코프의 프로브를 연결하고 파형의 진폭을 조절한다. 이를 통해 주기 T와 주파수 f를 계산한다. 또한 X-Y 모드를 선택하여 리사쥬 도형을 만들고 주파수 변화에 따른 도형의 변화를 관찰한다.
이러한 실험을 통해 오실로스코프의 동작 원리와 파형 측정 방법, 리사쥬 도형을 이용한 위상 측정 등 오실로스코프의 다양한 기능을 이해하고 활용할 수 있게 된다.
1.2. 옴의 법칙 실험
옴의 법칙 실험은 독일의 물리학자 Georg Ohm이 금속 도선에서 전압과 전류 사이의 비례 관계를 밝힌 것으로, 실험을 통해 이를 확인할 수 있다. 실험에서는 저항 값이 다른 회로들에 전압을 가하고 전류를 측정하여 옴의 법칙이 성립함을 확인한다.
실험에서는 먼저 실험 회로를 구성한다. 실험 회로는 전원 공급장치(파워서플라이), 저항, 멀티미터 등으로 구성된다. 저항에 다양한 전압을 가하고 그에 따른 전류를 측정한다. 실험 과정에서 옴의 법칙인 V=IR 관계를 확인할 수 있다.
실험 데이터를 분석하면, 전압과 전류가 비례함을 알 수 있다. 즉, 전압이 증가할수록 전류도 증가하고, 저항이 증가할수록 전류는 감소한다. 이는 옴의 법칙 V=IR이 성립함을 보여준다. 실험값과 이론값을 비교해보면 대부분 오차 범위 내에 있어 옴의 법칙이 잘 성립하고 있음을 알 수 있다.
옴의 법칙은 전기 회로 설계와 분석에 매우 중요한 기본 법칙이다. 직렬 및 병렬 회로에서도 옴의 법칙이 적용되어, 회로 내 각 부품의 전압, 전류, 저항 값을 계산할 수 있다. 이를 통해 회로의 동작을 이해하고 설계할 수 있게 된다.
옴의 법칙 실험을 통해 전압, 전류, 저항 간의 관계를 확인하고 회로 분석 및 설계에 활용할 수 있음을 알 수 있다.
1.3. PLC 제어 실험
PLC 제어 실험은 실험을 통해 PLC의 기본 개념과 구성에 대해 이해하고, 프로그래밍 기술을 익히는 것을 목적으로 한다. 이 실험에서는 PLC의 정의와 구성, 다양한 PLC 언어의 종류 및 특징, 그리고 PLC의 적용 분야와 장단점을 학습한다.
PLC는 기존의 제어반 내 릴레이, 타이머, 카운터 등을 반도체 소자로 대체하여 소형화하고 프로그램 제어가 가능하도록 한 자율성 높은 제어 장치이다. PLC는 마이크로프로세서와 메모리를 중심으로 구...
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