본문내용
1. 멀티미터 및 오실로스코프 사용법
1.1. 개요
이 실험은 전자기학 실험에 사용되는 측정 장비인 함수발생기, 오실로스코프, 멀티미터 등의 사용법과 측정 방법을 익히기 위한 목적으로 진행된다. 실험에서는 정현파와 구형파의 특성을 파악하고, 오실로스코프와 멀티미터를 사용하여 각 파형의 주기, 진폭 등을 측정하게 된다. 이를 통해 전자기학 실험에서 필수적으로 사용되는 측정 장비들의 작동 원리와 측정법을 이해하고 숙지하는 것이 주된 목적이라고 할 수 있다.
1.2. 이론
1.2.1. 교류 전압
교류 전압은 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변화하는 전압을 의미한다. 교류 전압의 특성은 다음과 같다.
첫째, 교류 전압은 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변화한다. 이를 통해 정현파, 구형파, 삼각파와 같은 다양한 파형을 나타낼 수 있다. 정현파는 사인함수의 그래프로 표현되며, 구형파는 사각형 형태의 파형을 가지고, 삼각파는 대칭적인 삼각 형태의 파형을 가진다.
둘째, 교류 전압의 크기는 최대값과 최솟값으로 표현된다. 최대값을 V_p, 최솟값을 -V_p라고 하면, 전압의 크기는 V_p-p = 2V_p로 나타낼 수 있다. 이를 피크-to-피크 전압(V_p-p)이라고 한다.
셋째, 교류 전압의 실효값(V_rms)은 정현파의 경우 최대값의 1/루트2배로 표현된다. 즉, V_rms = V_p/루트2 = V_p-p/2루트2 이다. 이 실효값은 교류 전압이 직류 전압과 동일한 열적 효과를 갖는 전압 값을 의미한다.
넷째, 교류 전압은 주파수에 따라 그 크기가 달라질 수 있다. 주파수가 높아지면 전압의 변화 폭이 커지게 되고, 주파수가 낮아지면 전압의 변화 폭이 작아지게 된다.
종합하면, 교류 전압은 시간에 따라 크기와 방향이 주기적으로 변화하는 전압으로, 정현파, 구형파, 삼각파 등 다양한 파형으로 나타낼 수 있다. 교류 전압의 크기는 최대값과 최솟값, 피크-to-피크 전압, 실효값 등으로 표현되며, 주파수에 따라 그 크기가 달라질 수 있다.
1.2.2. 오실로스코프
오실로스코프는 전기 신호의 시간에 따른 변화를 그래프로 표시하는 계측 기기이다. 오실로스코프의 작동 원리는 다음과 같다. 오실로스코프에는 전자총에서 발생한 전자 빔이 화면에 투사되어 전기 신호를 시각적으로 보여준다. 이때 전자 빔은 회로에 흐르는 전류나 전압에 따라 화면 상에서 수직 및 수평으로 움직이게 된다. 즉, 수직 방향의 전자 빔 움직임은 전압의 변화를 나타내고, 수평 방향의 전자 빔 움직임은 시간의 변화를 나타낸다. 이를 통해 오실로스코프 화면에 전기 신호의 파형이 표시된다. 오실로스코프는 전압, 주파수, 위상 등 전기 신호의 다양한 특성을 측정할 수 있어 전자공학, 통신공학 등 많은 분야에서 널리 사용되는 중요한 계측 기기이다.
1.3. 실험장치 및 절차
1.3.1. 실험 장치
오실로스코프, 함수 발생기, 디지털 멀티미터, 케이블이 실험 장치로 사용된다.
오실로스코프는 전압 신호의 변화를 화면에 표시하는 장치로, 수직 위치 조정, 수직 스케일 조정, 수평 위치 조정, 시간 스케일 조정, 트리거 설정이 가능하다. 이를 통해 전압 신호의 크기와 주기 등을 관찰할 수 있다.
함수 발생기는 정현파, 삼각파, 구형파 등 다양한 전압 파형을 발생시킬 수 있는 장치로, 출력 파형, 주파수 범위, 주파수 조정, 진폭 조정이 가능하다. 이를 통해 다양한 전압 신호를 실험에 사용할 수 있다.
디지털 멀티미터는 전압, 전류, 저항 등의 물리량을 측정할 수 있는 장치로, 테스트 리드와 로터리 스위치를 사용하여 측정 대상과 물리량을 선택한다. 이를 통해 정밀한 측정값을 얻을 수 있다.
케이블은 오실로스코프, 함수 발생기, 멀티미터 등의 장치를 연결하여 신호를 전달하는 역할을 한다.
이와 같은 실험 장치들을 통해 전자기학 실험을 수행할 수 있으며, 전압 신호의 특성을 관찰하고 정밀한 측정값을 얻을 수 있다.
1.3.2. 실험 절차
실험 절차는 다음과 같다.
첫째, 오실로스코프에 프로브를 연결하고 프로브의 감쇠 비율을 X10으로 설정한다. 프로브의 한 쪽 끝을 오실로스코프 채널1에 연결하고 나머지 끝은 접지단자에 연결한다. 이를 통해 오실로스코프의 측정값을 실제 신호의 10배로 표시하도록 한다.
둘째, 정현파의 주기와 주파수를 측정한다. 함수발생기와 오실로스코프를 BNC 케이블로 연결하고 함수발생기의 주파수를 조절하여 1kHz 정현파를 출력하도록 한다. 오실로스코프의 진폭 조절을 통해 1V 크기의 정현파를 관측한다. 이후 함수발생기의 주파수를 변화시키며 오실로스코프 화면에 나타난 파형의 주기를 측정하고 주파수를 계산한다.
셋째, 정현파의 전압을 측정한다. 함수발생기의 주파수를 1kHz로 고정하고 오실로스코프에서 관측되는 정현파 진폭이 1V인지 확인한다. 이후 멀티미터를 교류 전압 모드로 전환하여 함수발생기의 출력 전압을 측정하고, 이 값과 오실로스코프에서 관측된 진폭 값을 비교한다. 함수발생기의 출력 전압을 변화시키며 이 과정을 반복한다.
넷째, 구형파의 주기와 폭을 측정한다. 함수발생기의 출력을 오실로스코프에 연결하고, 오실로스코프 화면에서 V_p-p가 1V이고 주파수가 1kHz인 구형파를 관측한다. 멀티미터를 교류 전압 모드로 두고 함수발생기의 출력 전압을 측정한다.
이와 같이 다양한 파형과 전압, 주파수에 대한 실험 절차를 수행하여 멀티미터와 오실로스코프의 측정 방법 및 특성을 확인한다.
1.4. 데이터 및 결과
1.4.1. 오실로스코프의 초기 설정
오실로스코프의 초기 설정은 다음과 같다. 오실로스코프의 수직 스케일은 VOLTS/DIV 1V로 설정되어 있으며, 측정된 전압 진폭(V_p-p)은 4.920V이다. 그리고 수평 스케일은 TIME/DIV 500μs로 설정되어 있으며, 이에 따른 신호의 주기는 1ms로 나타났다. 이처럼 오실로스코프의 초기 설정은 수직 전압 스케일과 수평 시간 스케일을 조정하여 측정하고자 하는 신호의 진폭과 주기를 관찰할 수 있도록 설정된 것이다."
1.4.2. 정현파의 측정
함수 발생기와 오실로스코프를 BNC 케이블로 연결하고 주파수를 조절하여 1kHz 정현파를 출력하도록 설정하였다. 오실로스코프의 수직 증폭기를 조절하여 진폭이 1V가 되...
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14