오실로스코프에 대해서

오실로스코프에 대해서

오실로스코프란?

오실로스코프는 시간이 지남에 따라 전기신호(전압)가 변화하는 주기적 변화를 실시간으로 파형으로 브라운관에 표시하여 눈으로 볼 수 없는 전기신호가 변화하는 모습을 관측할 수 있도록 한 파형측정기입니다.

통상 화면표시 수평방향에서는 시간의 경과와 함께 비례하여 변화하는 전압을, 수직축에서는 관측하는 신호의 전압을 나타내며 2차원의 그래프로 화면상에 표시하는 오실로그래프입니다.

고주파 신호까지 관측할 수 있는 것이 일반적이며 주로 파형 분석, 고속 현상 관측, 과도 현상 관측 등 전기 계측 분야에서 많이 이용되고 있습니다.

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오실로스코프의 원리

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오실로스코프는 브라운관의 전자총에서 튀어나온 전자빔을 그 전방에 있는 2조의 편향판에 가하는 전압을 가감하고 수평방향이나 수직방향으로 진로를 구부려 스크린(형광면)에 충돌시킵니다.

거기로부터 리사쥬 도형의 묘화를 응용해 파형을 그리고 있습니다.

수평 방향에서는 시간의 경과와 함께 비례하여 변화하는 전압을 수직 방향에는 관측하는 신호의 전압을 동시에 추가하여 신호 전압의 시간적인 변화를 파형으로 관측할 수 있는 구조로 되어 있습니다.

단지 수평 방향과 수직 방향으로 신호를 가한 것만으로는 잘 관측할 수 없습니다.

양축의 신호 주기를 맞춰야 합니다.

전자빔을 소인(수평방향으로 흔들기)하려면 톱니파를 이용하고 동기를 잡기 위해서는 수직축에 가하는 신호전압의 어느 부분에서 톱니파를 스타트시킬지를 결정하는 것과 그것을 정확하게 반복하는 것이 필요합니다.

동기 방식에는, "동기 소인 방식"과"트리거 소인 방식"의 2 종류가 있습니다.

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동기 소인방식이란?

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스위프용 톱니파를 발생시켜 스크린 파형을 보면서 그 주파수를 수동으로 조절하여 파형이 정지되어 보이도록 동기화하는 방식입니다.

정지된 상태로 보기 위해서는 관측하는 신호의 주파수와 스위프용 톱니파 주파수가 정수비의 관계를 유지할 필요가 있으며 관측 신호의 주파수 성분을 추출해 그것을 동기 신호로 수동으로 톱니파 발생 주파수가 정수비가 되도록 제어할 필요가 있습니다.

이 방식은 전자회로의 구성이 간단합니다만, 정도나 안정성이라고 하는 관점에서, 사용자로부터의 요구에 응할 수 없고, 현재는 주로 저주파 측정용으로서 한정된 장면에서 사용되고 있는 것 같습니다.

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트리거 소인 방식이란?

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동기 스위프 방식에 대해 트리거 스위프 방식에 대해서는 관측 신호가 없을 때에는 톱니파가 발생하지 않습니다.

톱니파 발생 회로가 관측 신호의 유무와 관계없이 동작하는 동기 스위프 방식과는 크게 다른 점입니다.

관측 신호가 있으면 톱니파가 자동으로 발생하고 스크린에 파형을 묘사하기 때문에 수동으로 파형을 정지시킬 필요가 없습니다.

신호가 들어오면, 그 신호의 일부를 동기 신호로서 받아들여, 그리고 트리거 펄스를 만들고, 게이트 회로를 통해 톱 니파의 발생 회로가 처음으로 동작해 톱니파가 1개 발생하는 구조로 되어 있습니다.

연속적으로 신호가 들어오면 그때마다 이 동작을 반복해서 파형이 차례로 그려지게 됩니다.

즉, 관측 신호가 들어오면 톱니파가 자동으로 발생하고 스크린에 파형을 그려 동기스위프 방식처럼 수동으로 파형을 정지시킬 필요가 없습니다.

이 트리거 스위프 방식으로는 발생하는 톱니 파의 주파수를 관측하는 신호의 주파수와는 관계없이 결정되므로 파형의 일부분만 형광면(스크린)에 그리는 것도 간단하게 할 수 있습니다.

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트리거 스위프 방식은 수직축의 전압 눈금이나 수평축의 (소인) 시간 눈금 정밀도가 동기 스위프 방식에 비해 현격히 뛰어납니다.

파형의 임의 부분을 그릴 수 있으며, 한 번 밖에 발생하지 않는 현상이나 고속으로 변화하는 현상도 관측할 수 있습니다.

그렇기 때문에, 현재는 오실로스코프의 대부분이 이 트리거 스위프 방식입니다.

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오실로스코프 사용법

여기에서는 베이직한 조작 방법을 설명하고 있습니다.

오실로스코프는 입력신호가 허용전압을 넘지 않으면 노브나 스위치가 적당한 위치에 없어도 바로 고장날 걱정은 없습니다.

스크린에 표시되는 파형을 보면서 여기저기 조작하고, 각각의 노브나 스위치의 기능을 빨리 기억하는 것이 중요합니다.

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전원을 켜기 전에 미리 기본 포지션으로 세팅

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처음으로 오실로스코프를 사용하는 분이 파형이 스크린에 나타나지 않고 어떻게 해야 할지 당황하는 경우가 종종 있습니다.

그 때문에, 전원 스윗치를[ON]하기 전에, 미리 노브나 스윗치를 세트 합니다.

이 순서로 진행하는 것으로, 스크린에 휘선이 표시되어 정상적으로 오실로스코프가 일어선 것을 확인할 수 있습니다.

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기본 포지션에 세팅하면 전원 ON

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처음에는 전원을 넣고 휘선이 스크린에 나올 때까지의 오실로스코프 시작의 조작입니다.

※ 기종에 따라 달라집니다.

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■전원 켜기

■휘도를 높이다

■휘점을 내다

■초점 맞추기

■휘선을 수평으로 수정하다

■눈금조명을 밝히다

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휘선이 보이지 않을 경우에는 기본 포지션에 노브(손잡이)나 스위치가 세팅되어 있는지 재확인 함니다.

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노브나 스위치 세트가 완료되면 신호를 입력

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휘선이 스크린에 나타나면 다음은 신호를 넣어 적당한 진폭의 파형을 스크린에 낼 때까지의 조작입니다.

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■신호 발생기 준비하기

■오실로스코프에 신호입력

■ 표시된 파형 관측하기 쉬운 상태로 만든다.

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파형이 정지하지 않으면 입력전압을 올리거나 TRIGGERING LEVEL 노브를 오른쪽 또는 왼쪽으로 천천히 돌려 정지상태로 조절합니다.

파형이 안정적으로 표시되면 기본조작으로 아래와 같이 노브(손잡이)나 스위치를 돌려 스크린의 파형 변화하는 모습을 확인합니다.

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오실로스코프로 조작하는 빈도가 높은 손잡이 부분에 대하여

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어떤 기능을 하는지 설명해 드릴게요.

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VERTICAL POSITION (수직위치조정)

　이 손잡이 가변 범위의 중앙 부근에 있을 때는 파형도 스크린의 중앙에 있습니다.

　오른쪽으로 돌리면 위쪽으로, 왼쪽으로 돌리면 아래쪽으로 이동합니다.

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HORIZONTAL POSITION (수평위치조정)

　이 손잡이 가변 범위의 중앙 부근에 있으면 파형도 스크린의 중앙에 있습니다.

　오른쪽으로 돌리면 오른쪽으로, 왼쪽으로 돌리면 왼쪽 방향으로 이동합니다.

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VOLTS/DIV (수직 감도 조정)

　이 손잡이 부분을 오른쪽으로 돌리면 수직증폭기의 입력전압이 증가하여 파형의 진폭이 커지고

　반대로 왼쪽으로 돌리면 입력전압은 감소하여 파형의 진폭이 작아집니다.

　변화는 연속적이며 그 범위는 약 2.5배 정도입니다.

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VARIABLE(수직 감도 미세 조정)

　이 손잡이 부분을 오른쪽으로 돌리면 수직증폭기의 입력전압이 증가하여 파형의 진폭이 커지고

　반대로 왼쪽으로 돌리면 입력전압은 감소하여 파형의 진폭이 작아집니다.

　변화는 아주 점진적이고 다양합니다.

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VARIABLE (스위프 시간 미세조정)

이 손잡이를 오른쪽으로 돌리면 소수 시간은 빨라져 보이는 파형의 주기는 적어지고,

반대로 왼쪽으로 돌리면 스위프 시간은 느려져 보이는 파형의 주기는 많아집니다.

변화는 연속적이며 그 범위는 약 2.5배 정도입니다.

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SWEEP TIME/DIV (스위프 시간 전환기)

이 손잡이를 오른쪽으로 돌리면 소수 시간은 빨라져 보이는 파형의 주기는 적어지고,

반대로 왼쪽으로 돌리면 스위프 시간은 느려져 보이는 파형의 주기는 많아집니다.

변화는 아주 점진적이고 다양합니다.

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오실로스코프에 의한 측정

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오실로스코프에서는 무엇을 측정할 수 있는가?

기본적으로는 다음의 3가지가 됩니다.

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■01 전압의 측정

전압(V) = 진폭(div)× 편향 감도(V/div)

교류 전압, 직류 전압, 미소 교류 전압을 포함하는 직류 전압의 측정.

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■02시간 측정(주파수 측정)

시간(s) = 거리(div) × 소인 시간(s/div)

주기의 측정, 주파수의 측정.

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■03 리사주 도형에 의한 측정

신호의 진폭 비교의 경우

진폭비 = 신호B의 최대 진폭(div)÷ 신호 A의 최대 진폭(div) = X(div)÷Y(div)

리사주도형에 의한 측정에 대해서는 두 신호의 진폭비교, 위상차측정, 주파수비 측정 등이 있습니다.

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■전압 기본측정

교류전압의 측정

　전압(V) = 진폭(div)× 편향 감도(V/div)

직류전압 측정

　전압(V) = 거리(div)× 편향 감도(V/div)

교류분을 포함한 직류전압의 측정

　직류전압분의 측정

　　전압(V) = 거리(div)× 편향 감도(V/div)

　교류전압분의 측정

　　전압(V) = 진폭(div)× 편향 감도(V/div)

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■ 시간 기본 측정

시간의 측정

　시간(s) = 거리(div) × 스위프 시간(s/div) T=1/F

주파수 측정

　주파수(Hz)=1÷ 주기성 (S) F=1/T

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■ 리사주 도형 기본 측정

반진폭 비교

　진폭비 = 신호B의 최대 진폭(div)÷ 신호 A의 최대 진폭(div) = X(div)÷Y(div)

위상차의 산출

　sinθ = Z(div)÷ Y(div) (※θ=위상차)

주파수 비교

주파수비 X축 입력 신호의 주파수 ÷ Y축 입력 신호의 주파수

　　　　　 = 수직선과의 교점수 수평선과의 교점수

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오실로스코프에 자주 있는 질문

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Q. X축, Y축, Z축이란?

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A. 수직축, 수평축으로 표현하는 것이 일반적이지만 스크린을 그래프용지로 만들어서 수직축 Y축, 수평축을 X축이라고 부르는 경우가 많습니다.또한 표시파형 일부분의 밝기를 바꾸는 휘도변조관계를 Z축과 3차원적인 표현도 사용하고 있습니다.

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Q.CH1→Y축?, CH2→X축?

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A. 기종에 따라 다릅니다.CH1을 Y축, CH2를 X축. 그 반대로 CH1을 X축, CH2를 Y축으로 되어 있는 기종도 있습니다.

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Q.시간 측정 시 주의할 점은?

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A. 시동시간, 하행시간, 펄스폭 등 시간을 측정할 때에는 반드시 SWEEP VARIABLE 손잡이 부분을 [CAL]에 세팅해 둡니다.

https://www.smartinst.co.kr/