1. 실험 제목 및 목적- 제목 : 오실로스코프- 목적 :1) 오실로스코프를 구성하는 네 가지 주요 제어부에 대해 설명한다.2) 오실로스코프로 직류전압과 교류전압을 측정한다.2. 이론요약- 오실로스코프(oscilloscope)는 여러 분야에서 널리 사용되는 계측기로 회로의 전압을 그래프(시간의 함수)로 보여준다. 오실로스코프에는 아날로그 타입과 디지털 타입의 두 종류가 있다. 디지털 오실로스코프(digital storage oscilloscope)는 파형처리, 자동측정, 파형저장, 인쇄와 같은 우수한 측정능력을 갖추고 있으므로 오랫동안 사용되어온 아날로그 오실로스코프를 빠르게 대체하고 있다. 아날로그 타입이든 디지털 타입이든 운용방법은 비슷한데, 디지털스코프 가운데는 메뉴 방식으로 코스프 화면에 정보를 표시하며 자동설정(automatic setup) 기능을 갖춘 것도 있다.오실로스코프는 시간에 따라 변하는 전압의 값(전압파형)을 그래프의 형태로 보여주므로 교류전압을 측정하기에 편리하다. 그렇지만 스코프로 측정한 값과 전압계나 멀티미터로 측정한 값 사이의 관계를 주의 깊게 살펴보아야 한다. 멀티미터는 전현파교류(사인 함수모양)의 측정값을 실효값(rms, root mean square)으로 나타낸다. 교류파형의 실효값은 같은 양의 전기적인 일을 할 수 있는 직류의 크기를 나타내는 것으로, 어떤 직류의 크기가 교류의 실효값과 같으면 이 직류와 교류를 똑 같은 부하에 공급할 때 같은 양의 열이 발생한다. 스코프에서는 측정값을 피크-대-피크값(peak to peak value)으로 읽는 것이 쉽다.오실로스코프 측정에서 중요한 부분을 차지하는 것은 프로브(probe)이다. 제조회사에서 스코프와 함께 제공하는 프로브에는 보통 정해진 비율로 입력신호파형의 크기를 줄이는 기능이 들어 있으므로 감쇠 프로브(attenuator probe)라고 한다. 가장 흔한 것이 10프로브로 입력신호의 크기가 1/10로 줄인다. 오실로스코프로 측정을 하기 전에 프로브가 제대로 보정(compensation)되어 있는지 확인해보는 것이 좋다. 보정이 제대로 되어 있다는 것은 측정시스템을 이루고 있는 ‘스코프와 프로브’의 주파수 응답특성이 평탄(flat)한 것을 뜻한다. 프로브 안에는 작은 가변 커패시터가 들어 있다. 사각형 모양의 전압파형을 측정할 때 스코프화면에 나타나는 파형의 모서리가 둥글거나 삐죽 솟게 되면 완벽한 직각이 되도록 나사를 돌려 가변 커패시터의 값을 조정한다. 이처럼 프로브 보정을 할 수 있도록 오실로스코프 안에는 보통 사각형 파형 발생기가 들어있다.3. 실험순서1) 스코프를 켠다. 채널을 CH1로 선택하고 SEC/DIV를 0.1 ms/div로, 트리거 MODE를 AUTO로 맞춘 다음 화면에 밝은 수평선(휘선)이 나타나는지 확인한다.2) 직류전원공급기(DC power supply)를 켜고 출력전압이 1.0 V가 되도록 멀티미터로 맞춘다. 이제 다음 순서대로 전원공급기에서 나오는 직류전압을 스코프로 측정해보자.(a) 입력결합방식 선택스위치인 COUPLING(AC/GND/DC)을 GND로 맞춘다. 수직축(2)POSITION 손잡이를 돌려서 휘선이 스코프화면의 아래쪽 줄에 놓이도록 맞추어라. 바로 이 위치가 전압측정의 기준이 되는 기준접지(0V)가 된다.(b) CH1의 VOLTS/DIV을 0.2V/div로 맞추어라. VOLTS/DIV 손잡이로 둘러싸인 안쪽의 작은 VARIABLE손잡이가 CAL 위치로 맞추어져 있는지 확인하여라. 이것이 제대로 되어 있지 않으면 측정값이 틀리게 된다. 디지털스코프에는 이 VARIABLE 손잡이가 없다.(c) 전원공급기의 두 출력단자 가운데 (+)단자에 프로브의 팁 단자를, (-)단자에는 츠로브의 접지 단자를 연결한다. 그러면 화면의 휘선이 5칸 위로 올라갈 것이다. 0.2 V/div에 의해 한 칸(div)이 0.2 V가 되도록 맞추었으므로 5칸이 올라가면 ‘0.2 V/div 5 div = 1.0 V’가 되어 전원공급기에서 나오는 전류전압 1.0 V가 측정된다.3) 직류전원공급기의 전압을 에 수록한 값으로 맞추어라. 의 측정방법을 참고로 하여 전원공급기의 전압을 스코프로 측정하여라. 측정값을 더욱 정확하게 읽으려면 휘선이 될 수 있는 대로 많이 움직여 기준접지위치에서 멀리 벗어날 수 있도록 VOLTS/DIV 값을 맞추어주어야 한다. 스코프로 측정한 값과 계측기로 측정한 값 사이의 오차는 3%보다 작아야 한다.4) 교류전압을 측정한다. 먼저 VOLTS/DIV를 0.1 V/div로, AC/GND/DC를 DC로, SEC/DIV를 0.2 ms/dis로 맞춘다. 프로브의 팁 단자를 스코프에 달려있는 보정신호출력단자(CAL 0.5 V 또는 기종에 따라서는 CAL 1.0 V)에 연결한다. 스코프 화면에 윗면이 평평하고 모서리가 직각인 완전한 모양의 사각형 파형이 측정되는지 확인하여라. 그렇지 않으면 프로브의 나사를 돌려 완전한 사각형 모양이 되도록 하여라.5) 교류파형을 만들어내는 함수발생기(function generator)의 주파수를 1.0 kHz로 맞춘다. 함수발생기로 출력되는 교류파형의 크기가 1.0 가 되도록 멀티미터로 맞춘다. SEC/DIV를 0.2 ms/div로, VOLTS/DIV를 0.5 V/dis로 맞춘다. 프로브의 팁 단자와 접지 단자를 함수발생기에 연결한다. TRIGGER LEVEL 손잡이를 잘 조정하여 측정파형이 흔들리지 않도록 하고 (2)POSITION 손잡이로 파형이 화면의 한 가운데에 놓이도록 조정하여라. 화면에는 사인함수 모양의 파형 두 개가 나타나고 이 파형의 피크-대-피크값을 재보면 2.8 V가 될 것이다. 이값을 실효값으로 환산하면 1.0 가 된다.6) 멀티미터를 써서 함수 발생기에서 출력되는 교류파형의 크기를 에 수록된 값으로 맞추어라. 의 방법을 참고로 하여 함수발생기에서 출력되는 전압을 스코프로 측정하여라.4. 실험 결과전원공급기설정값스코프 VOLT/DIV화면에서움직인 칸수스코프 측정값멀티미터 측정값1.0 V0.2 V/div5.0 div1.0 V1.0 V2.5 V1.0 V/div2.5 div2.5 V2.5 V4.5 V1.0 V/div4.5 div4.5 V4.5 V8.3 V1.56 V/div5.86 div9.14 V8.3 V함수발생기설정값스코프VOLT/DIV값화면에서움직인 칸수스코프 측정값(피크-대-피크값)스코프 측정값(실효값)1.00.5 V/div5.6 div2.81.02.20.8 V/div7.1 div5.72.25. 검토 및 고찰1. (a) 에서 멀티미터 측정값을 기준으로 하여 오실로스코프 측정값과 멀티미터 측정값 사이의 백분율 차이(오차)를 구하여라.-> 1.0V는{1.0V-1.0V} over {1.0V} TIMES 100=0%, 2.5V는{2.5V-2.5V} over {2.5V} TIMES 100=0%, 4.5V는{4.5V-4.5V} over {4.5V} TIMES 100=0%, 8.3V는{8.3V-9.14V} over {8.3V} TIMES 100=-6.97%입니다.(b) 멀티미터와 오실로스코프 가운데 어느 것이 더 정확하다고 생각하는가? 또 그렇게 생각한 까닭은 함께 적어라-> 오실로스코프보다 멀티미터가 더 정확하다고 생각합니다. 왜냐하면 전압이나 전류의 수치를 측정할 때 많이 사용되며, 오실로스코프는 화면에 신호 파형을 표시하는 측정 장비이기 때문에 수치를 측정하는 멀티미터보다는 정확하지 않을 것 같다고 생각하기 때문입니다.2. 오실로스코프를 이루고 있는 네 가지 주요 부분과 그들이 하는 일을 설명하여라.-> 오실로스코프를 이루고 있는 네 가지 주요 부분은 표시제어부, 수직축제어부, 수평축제어부, 트리거제어부이다. 표시제어부는 전압신호를 측정할 때 나타나는 선의 밝기, 초점 등을 잘 마추어 스크린에 표시되도록 조정하는 부분입니다. 수직축제어부는 측정전압신호의 수직축(y축)성분인 전압 크기를 조정하는 여러 가지 기능이 갖추어져 있다. 수평축제어부는 측정전압신호의 수평축(x축)성분인 시간 폭을 조정하는 여러 가지 기능이 들어있다. 마지막으로 트리거제어부는 화면에 측정되는 신호파형을 잘 관찰하기 위해서 측정신호가 좌우로 흔들리지 않고 멈춰있도록 하는 여러가지 기능을 가지고있는 부분이다.
