전기회로설계실습 6: 계측장비 및 접지상태 측정

문서 내 토픽

1. 오실로스코프와 DMM의 주파수 특성

Function generator의 출력을 10 Vpp로 설정하고 주파수를 100 Hz에서 689 kHz까지 증가시키며 측정한 결과, 오실로스코프의 최댓값은 10.6V~11V로 일정하게 유지되었으나 DMM 측정값은 주파수 증가에 따라 감소하여 689 kHz에서 약 50% 감소했다. 두 측정값의 오차율은 주파수가 증가할수록 커졌으며, 특히 500 kHz 이상에서 급격히 증가했다. 이를 통해 DMM은 500 kHz 이상의 높은 주파수에서 오차가 심해지며, 오실로스코프가 더 정확한 측정값을 제공함을 확인했다.
2. DC+AC 신호의 측정 및 DMM의 측정 모드

Function generator의 출력을 2 Vpp, 1 kHz 사인파, offset 2 V로 설정하여 50 Ω 저항에 걸리는 전압을 측정했다. 오실로스코프로 측정한 DC 성분은 3.09 V, AC 성분 최대값은 1.08 V였다. DMM의 DC mode에서는 2.03 V, AC mode에서는 0.706 V가 측정되었다. 계산된 실효값은 오실로스코프 3.18 Vrms, DMM 2.09 Vrms로 약 50%의 오차가 발생했다. DMM의 DC mode는 순수 직류성분만, AC mode는 AC성분의 실효값을 나타낸다.
3. 오실로스코프의 접지 특성 및 입력저항

오실로스코프의 CH1과 CH2 BNC 입력단자의 접지는 내부에서 단락되어 있어 하나의 접지만 회로에 연결해야 한다. 3.3 kΩ과 6.8 kΩ 저항을 직렬로 연결한 회로에서 CH1 접지를 3.3 kΩ에 연결하지 않은 경우 정상적인 측정값이 나왔으나, 연결한 경우 CH2에서 33 mVpp의 잘못된 값이 나왔다. 또한 두 저항을 1 MΩ으로 바꾼 후 측정한 결과 CH2의 출력이 CH1의 약 1/3로 측정되어 오실로스코프의 입력저항이 약 1 MΩ임을 확인했다.
4. External Trigger의 원리 및 응용

오실로스코프의 Trigger source를 CH2로 설정하고 가변저항을 감소시킨 경우, 파형 크기가 작아져 trigger level을 벗어나므로 매번 trigger level을 재조정해야 파형이 고정되었다. 반면 EXT 단자에 function generator의 출력을 연결하고 trigger source를 EXT로 설정한 경우, 가변저항을 감소시켜도 파형이 고정된 상태를 유지했다. 이는 EXT trigger가 크기가 변하지 않는 기준신호로부터 trigger를 추출하기 때문이다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 오실로스코프와 DMM의 주파수 특성

오실로스코프와 DMM은 각각 다른 주파수 특성을 가지고 있어 용도에 따라 선택해야 합니다. 오실로스코프는 일반적으로 MHz에서 GHz 대역의 높은 주파수까지 측정 가능하며, 실시간 파형 관찰에 우수합니다. 반면 DMM은 상대적으로 낮은 주파수 대역(보통 수십 kHz 이하)에서 정확한 RMS 값 측정에 특화되어 있습니다. 고주파 신호 측정이 필요한 경우 오실로스코프를 사용하고, 저주파 신호의 정확한 전압/전류 측정이 필요하면 DMM을 사용하는 것이 효율적입니다. 두 기기의 주파수 특성을 이해하면 측정 상황에 맞는 최적의 도구를 선택할 수 있습니다.
2. DC+AC 신호의 측정 및 DMM의 측정 모드

DC+AC 신호는 직류 성분과 교류 성분이 함께 존재하는 신호로, 측정 목적에 따라 다른 모드를 선택해야 합니다. DMM의 DC 모드는 직류 성분만 측정하고, AC 모드는 교류 성분만 측정합니다. 일부 고급 DMM은 AC+DC 모드를 지원하여 전체 신호의 RMS 값을 측정할 수 있습니다. 신호의 특성을 정확히 파악하려면 DC 성분과 AC 성분을 분리하여 측정하는 것이 중요합니다. 특히 전원 공급 장치나 증폭기 출력 같은 실제 회로에서는 DC+AC 신호가 자주 나타나므로, 측정 모드 선택이 데이터 해석에 큰 영향을 미칩니다.
3. 오실로스코프의 접지 특성 및 입력저항

오실로스코프의 접지 특성과 입력저항은 측정 정확도에 중요한 영향을 미칩니다. 오실로스코프의 입력저항은 일반적으로 1MΩ 정도로 설계되어 있으며, 이는 측정 대상 회로에 최소한의 부하를 주기 위함입니다. 접지는 오실로스코프의 프로브 그라운드를 측정 대상의 기준점에 연결하여 공통 기준을 설정합니다. 부정확한 접지는 노이즈 증가와 측정 오류를 초래할 수 있으므로, 짧고 직접적인 접지 경로를 유지하는 것이 필수적입니다. 특히 고주파 신호 측정 시 접지의 중요성이 더욱 커지므로, 프로브 선택과 접지 방법에 주의를 기울여야 합니다.
4. External Trigger의 원리 및 응용

External Trigger는 오실로스코프의 강력한 기능으로, 외부 신호를 기준으로 파형을 동기화하여 측정합니다. 이 기능은 두 개 이상의 신호 간 시간 관계를 정확히 분석할 때 매우 유용합니다. 예를 들어, 클록 신호를 트리거로 사용하여 데이터 신호의 타이밍을 관찰하거나, 동기화된 여러 채널의 신호를 동시에 캡처할 수 있습니다. External Trigger를 활용하면 복잡한 디지털 회로나 통신 신호 분석에서 신호 간의 인과관계를 명확히 파악할 수 있습니다. 또한 펄스 신호나 버스트 신호 같은 비주기적 신호 측정에도 효과적이므로, 고급 신호 분석에 필수적인 기능입니다.

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