오실로스코프 사용법 및 위상 측정 실험

본 내용은 " [알기쉬운 기초 전기 전자 실험 (문운당)] 12. 오실로스코프_사용법_및_위상_측정 예비보고서 (A+) " 의 원문 자료에서 일부 인용된 것입니다. 2023.12.31

문서 내 토픽

• 1. 오실로스코프 동작원리

  오실로스코프는 파형을 측정하는 장치로 CRO(Cathod-Ray Oscilloscope)라고 부른다. 전원공급부, 입력증폭부, CRT의 3개 부분으로 구성되며, CRT는 전자총, 수평·수직 편향관, 형광판으로 이루어진다. 전자총에서 방출된 고전압 저관성 전자빔은 수직·수평 편향계의 제어를 받아 형광판과 충돌하여 시간축 단위로 전압의 크기를 표시한다. 시간축 발생신호에 의한 수평편향과 수평입력신호에 의한 수평편향의 두 가지 동작형태가 있다.

• 2. 오실로스코프 조작법

  화면조정부는 전원, 휘도, 초점, 수평선 조절 기능을 포함한다. 수직증폭부는 CH1·CH2 입력 커넥터, AC/DC/GND 선택, VOLTS/DIV 감쇄기, Variable, Vertical Mode를 갖는다. 수평증폭부는 VOLTS/DIV, Variable, Position 기능이 있다. 동기조정부는 Trigger Mode, Source, HOLD OFF, Lever, 외부 동기신호 입력단자를 포함한다. Probe 보정용 CAL단자에서 0.5V, 1kHz의 구형파가 출력되어야 한다.

• 3. 리사주 파형과 위상차 측정

  리사주 파형은 CH1과 CH2에 서로 다른 2개 입력신호를 이용하여 2개 신호간의 주파수관계와 위상차를 해석한다. 진폭비는 Ah/Av=H/V, 주파수비는 fh/fv=v/h 식으로 구한다. 위상차 측정은 두 신호의 주파수를 동일하게 한 후, sinθ=Vh/Vm 식으로 계산하며, θ=sin⁻¹(B'/A')로 구한다. X-Y 모드에서 CH1과 CH2의 VOLTS/DIV를 일치시켜야 한다.

• 4. 신호 파형 관측 및 측정

  신호 발생기에서 3V 진폭, 1kHz 주파수의 정현파와 구형파(Duty Cycle=1/2)를 발생시켜 오실로스코프로 관측한다. 주파수를 1kHz에서 25kHz, 500kHz, 1MHz로 변화시키며 파형을 관측하고 주기와 주파수를 계산한다. 주기는 T=1/f 식으로 구하며, 주파수가 높을수록 주기가 짧아진다. 구형파의 'High' 상태는 한 주기의 절반을 높은 상태로 유지하는 것을 의미한다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 오실로스코프 동작원리

  오실로스코프는 전자 신호를 시각화하는 필수적인 측정 장비로, 음극선관(CRT) 또는 액정 디스플레이를 통해 전압 신호를 시간에 따른 파형으로 표시합니다. 수평 편향판에 톱니파 전압을 인가하여 전자빔을 좌우로 움직이고, 수직 편향판에 측정 신호를 인가하여 상하로 움직임으로써 파형을 그립니다. 이러한 원리는 매우 우아하고 효율적이며, 신호의 진폭, 주기, 주파수 등을 직관적으로 파악할 수 있게 해줍니다. 현대의 디지털 오실로스코프는 샘플링 기술을 사용하여 더욱 정확한 측정을 가능하게 하며, 신호 처리 분야에서 없어서는 안 될 도구입니다.

• 2. 오실로스코프 조작법

  오실로스코프의 올바른 조작은 정확한 측정의 기초입니다. 수직 감도(V/div), 수평 시간축(Time/div), 트리거 설정 등의 주요 컨트롤을 이해하고 적절히 조정하는 것이 중요합니다. 프로브 보정, 채널 선택, 커플링 모드 설정 등의 기본 조작을 숙달하면 신호 측정의 신뢰성이 크게 향상됩니다. 특히 트리거 설정은 안정적인 파형 표시를 위해 매우 중요하며, 초보자도 체계적인 학습을 통해 쉽게 습득할 수 있습니다. 정기적인 프로브 보정과 기기 점검도 측정 정확도를 유지하는 데 필수적입니다.

• 3. 리사주 파형과 위상차 측정

  리사주 파형은 두 개의 정현파 신호를 직교 좌표계에 표시하여 만들어지는 패턴으로, 두 신호 간의 위상차와 주파수 비를 시각적으로 파악할 수 있는 강력한 도구입니다. 위상차가 0도일 때는 직선, 90도일 때는 원, 45도일 때는 타원 형태가 나타나며, 이를 통해 정확한 위상 관계를 측정할 수 있습니다. 리사주 패턴의 형태를 분석하면 두 신호의 주파수 비도 결정할 수 있어, 주파수 측정에도 유용합니다. 이 방법은 특히 아날로그 회로 분석과 신호 동기화 검증에 매우 효과적이며, 현대 전자 공학에서도 여전히 중요한 기법입니다.

• 4. 신호 파형 관측 및 측정

  신호 파형의 정확한 관측과 측정은 전자 회로 설계 및 디버깅의 핵심입니다. 오실로스코프를 사용하여 진폭, 주기, 주파수, 상승 시간, 하강 시간 등 다양한 파라미터를 측정할 수 있으며, 이는 회로의 동작 상태를 평가하는 데 필수적입니다. 디지털 오실로스코프의 자동 측정 기능은 측정 속도와 정확도를 크게 향상시켰으나, 기본 원리를 이해하고 수동 측정도 수행할 수 있어야 합니다. 노이즈 필터링, 평균화, 커서 측정 등의 고급 기능을 활용하면 더욱 정밀한 분석이 가능합니다. 신호 파형 관측은 전자 공학 교육과 실무에서 가장 기본적이면서도 중요한 기술입니다.