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1. 오실로스코프의 작동 원리
1.1. 실험 목적
이번 실험에서는 브라운관, 또는 CRT(Cathode Ray Tube)의 작동 원리를 알아보고 오실로스코프의 작동 원리를 이해하는 것이 목적이다. 또한 디지털 오실로스코프의 사용법을 익히는 것도 중요한 목적으로 삼고 있다. 오실로스코프는 진동하는 전기 신호를 측정하여 시각적으로 나타내주는 계측 장비로, 이를 통해 시간에 따른 전기적인 변화를 분석할 수 있다. 이번 실험을 통해 전자총, 편향판, 스크린 등으로 구성된 CRT의 구조와 동작 원리를 이해하고, 아날로그 오실로스코프와 디지털 오실로스코프의 기본 구조와 측정 원리를 파악할 수 있을 것이다.
1.2. 오실로스코프 개요
1.2.1. 오실로스코프의 구성
오실로스코프의 구성은 화면표시장치, 수평 증폭기, 수직 증폭기, 톱니파 발진기로 이루어져 있다. 화면표시장치에는 음극선관(Cathode Ray Tube)과 액정디스플레이(LCD)가 사용된다. 음극선관은 전자총, 두 세트의 편향판(편향 코일), 인광물질로 코팅된 스크린으로 구성되어 있다. 전자총에서 발사된 전자빔은 편향판(코일) 사이의 전기장이나 자기장에 의해 방향이 조정되며, 방향이 조정된 전자빔은 인광물질 코팅 스크린에 부딪혀 빛을 방출하여 화면에 표시된다. 수평 증폭기는 톱니파 발진기에서 입력되는 신호를 증폭하여 수평 편향 코일에 전달함으로써 전자빔을 왼쪽에서 오른쪽으로 스캔하게 한다. 수직 증폭기는 입력되는 신호를 증폭하여 수직 편향 코일에 전달함으로써 전자빔을 위아래로 움직이게 한다. 톱니파 발진기는 전자빔의 수평 스캔을 정밀하게 제어하는 역할을 한다.
1.2.2. CRT(Cathode Ray Tube) 작동 원리
1.2.2.1. 전자총
전자총(Electron Gun)은 뜨거운 필라멘트에서 방출되는 전자를 모아 빔 형태로 구현한 장치이다. 전자총은 텅스텐 필라멘트, 웨널트 실린더, 그리고 애노드(양극판)로 구성되어 있다.
필라멘트는 고온으로 가열되어 전자를 방출하는 역할을 한다. 웨널트 실린더는 (-) 전압을 주어 필라멘트와 상대적인 전압차로 필라멘트에서 방출된 전자를 모으는 역할을 한다. 그리고 애노드는 웨널트 실린더에 의해 모여진 전자를 가속시키는 역할을 한다.
이와 같은 전자총의 구조를 통해 필라멘트에서 방출된 전자가 웨널트 실린더에 의해 모여져 애노드에 의해 가속되어 빔 형태로 생성된다. 이렇게 생성된 전자빔은 오실로스코프의 핵심적인 구성요소로, CRT(Cathode Ray Tube)에서 전자빔을 제어하여 화면에 신호를 표시할 수 있게 한다.
1.2.2.2. 전자기 CRT와 정전기 CRT
CRT(Cathode Ray Tube)는 전자빔을 휘게 하는 방식에 따라 전자기 CRT와 정전기 CRT로 구분된다.
전자기 CRT는 코일을 이용하여 전자빔을 휘게 한다. 코일을 통과하는 전류가 증가하면 코일 주변의 자기장 세기도 증가하며, 이에 따라 자기장 내부를 지나는 전자빔이 더 많이 휘게 된다. 오실로스코프에서는 수평 편향 코일이 톱니파 형태의 입력 신호를 받아 전자빔을 좌우로 스캔하며, 수직 편향 코일은 입력 신호에 따라 전자빔을 위아래로 움직이게 한다. 이를 통해 입력된 신호의 파형을 시간에 따른 함수로 화면에 표시할 수 있다.
반면 정전기 CRT는 대전된 금속 전극을 이용하여 전자빔을 휘게 한다. 금속판 사이에 전압이 걸리면 전자빔은 전계 방향으로 휘게 되며, 전압이 높아질수록 전계가 강해져 전자빔이 더 급하게 휜다. 따라서 정전기 CRT는 금속판 구조를 이용하여 전자빔의 방향을 제어할 수 있다.
즉, 전자기 CRT는 자...
