목차
오실로스코프와 신호발생기
1. 실험 목적
2. 실험 해설
3. 실험 기기 및 부품
4. 실험 내용
5. 실험 내용 및 결과
6. 연습 문제
1. 실험 목적
2. 실험 해설
3. 실험 기기 및 부품
4. 실험 내용
5. 실험 내용 및 결과
6. 연습 문제
본문내용
절하니 sin파형이 위 또는 아래로 움직이게 되는 것을 확인하였다. 이는 DC커플링으로 바꾸게 되면, DC와 AC파형을 동시에 오실로스코프 화면상에 나타나게 되므로 DC오프셋에서 설정한 전압만큼 파형이 이동하게 된다.
- 실험 결과, DC오프셋의 기능은 기본적으로 출력되는 정현파에 플러스를 해주는 역할임을 알게 되었다.
E. 멀티미터와 오실로스코프로 측정된 값의 의미를 설명하라.
- 멀티미터로 측정된 값은 교류모드, 직류모드에 따라 각각의 성질에 맞는 값만 골라내서 측정한다. 교류모드일 경우 값에 0.707을 곱한 의 값을 나타낸다.
- 오실로스코프로 측정된 값은 시간에 대한 전압의 변화를 나타내는 것이다. 예를 들어 정현파의 경우 오실로스코프로 측정할 경우 가로 한칸당 시간과 세로 한칸당 전압의 크기를 적절히 설정한 다음에 화면에 나타난 파형을 보고, 값과 을 통해 주파수를 구할 수 있다.
F. 오실로스코프 교류전압을 측정할 때 멀티미터에 비해 장단점은 무엇인가?
- 오실로스코프로 교류전압을 측정할 경우, 멀티미터에서는 측정하지 못하는 주파수를 를 통해서 구할 수 있다. 또, 멀티미터의 교류측정모드에는 DC성분이 존재하는 지 알 수 없지만, 오실로스코프는 시간별 전압의 값을 보여주는 것이기 때문에, 정현파형이 축에서 얼마나 벗어나있는지를 통해 DC성분(DC offset)을 예측할 수도 있다. 또, 멀티미터가 값을 측정한다면, 오실로스코프는 값을 측정하는 점이 다르다.
G. 오실로스코프를 연결하여 파형을 표시한 상태에서 신호 발생기를 구형파,삼각파 등으로 전환하여 파형을 확인하라. 또한 스위프 주파수 및 시간을 설정하여 파형의 주파수 스위프를 오실로스코프로 확인하라.
- 신호발생기의 파형선택 기능을 이용해 파형을 바꾸어가면서, 오실로스코프로 측정한 결과 <그림 6>과 같이 나타났다.
- 신호발생기에 있는 스위프 기능을 이용한 결과 <사진 7>과 같이 나타났다. 스위프기능은 설정한 주파수(2개)를 설정한 시간동안 한번씩 바꾸어서 출력하는 기능이다. 실제로 오실로스코프의 화면에 나타난 파형이 시간에 따라 계속 변함을 확인할 수 있었다.
H. Ch1을 신호 발생기에 연결한 채로 Ch2에 오실로스코프의 교정전압을 연결하고 Ch1과 Ch2가 동시에 화면에 표시되도록 스코프를 조정하라. 트리거 소스를 Ch1, Ch2로 바꿔가며 스크린에 나타나는 파형의 변화를 관찰하라. 신호 발생기의 주파수를 교정전압 주파수와 같게 조정하여 동기가 쉽게 되게 하라.
- 오실로스코프의 교정전압을 Ch2에, 같은 주파수의 신호발생기 출력을 Ch1에 연결한뒤에 동시에 화면에 출력하였다. 이 상태에서 트리거 소스를 바꿔가면서, 즉, 파형이 정지된상태로 하나씩 나타나게 한 결과 <사진 8>과 같은 결과가 나타났다. 교정전압으로 사용한 전압은 1kHz의 주파수를 가졌고, 이와 동일하게 신호발생기의 주파수를 설정하였다.
- 그 결과, 트리거 소스를 바꿔가면서 측정하니, 두 개의 파형의 주기와 값이 같았다. 즉 두 개의 파형이 동기(synchronize)됨을 확인하였다.
I. 오실로스코프 동작을 X-Y위치에 놓고, 두 발생기를 이용해 Ch1과 Ch2에 여러 가지 입력하여 오실로스코프를 통해 확인하라.
- 두 개의 신호발생기를 이용해 Ch1, Ch2의 주파수를 동일하게 맞춘후 X-Y위치로 나타내는 오실로스코프의 기능을 이용해 확인하였다.
- 두 개의 주파수가 완전히 같게 설정하였을땐, <사진 9>의 오른쪽 사진처럼 거의 완벽한 원을 나타내었고, 두 개의 주파수를 2배차이가 나게 설정한 결과, 왼쪽사진과 같은 모양이 나타났다.
6. 연습 문제
A. 진폭이 동일하고 주파수가 다른 정현파의 실효값은 어떤 관계가 있는가.
- 정현파의 실효값은 으로 구한다. 이 식에서 보듯이 정현파의 실효값에는 주파수가 전혀 영향을 끼치지 않는다.
B. 정현파 파형의 첨두치가 오실로스코프에서 수직 5.2칸, 한주기가 4.4칸이었다. 스코프는 수직 1V/DIV, 수평 50msec/DIV이고, 10:1프로브를 사용할 때 이 전압의 첨두치와 주기 및 주파수를 구하라. 또 멀티미터로 측정하였을때의 전압은?
- 한주기가 4.4칸이고 한칸이 50msec 이므로 이 전압의 주기는 이다. 주파수는 주기의 역수이므로 이다.
- 수직 5.2칸이고 한칸이 1V에 10:1프로브를 사용하였으므로 첨두치(peak to peak)는 이다.
- 멀티미터로 측정하게되면 rms값으로 측정되므로 이다.
C. 오실로스코프에 둥근 원을 나타내려면 수직 편향판과 수평 편향판에 어떤 파형을 인가하면 되겠는가?
- 앞선 실험에서 했듯이, 오실로스코프를 X-Y모드로 맞추고 Ch1과 Ch2의 입력전압을 둘다 정현파(sin파)로 설정하고 두 파형의 주파수가 같다면 둥근원으로 나타나게된다.
D. 2채널 오실로스코프의 전자총은 하나인데 두 개의 파형을 동시에 표시하기 위해서 사용되는 방법에 대해 조사하라.
- 오실로스코프의 전자총이 하나이므로 시간에 대한 전압의 파형을 정지시켜서 보여주는 기능은 하나의 파형에 대해서밖에 되지 않는다. 따라서 Ch1, Ch2의 2개의 파형이 있다면 하나의 파형만 정지되서 보이게 되는데, 이를 동시에 보기위해서 트리거링 스위치를 통해 Ch1 혹은 Ch2의 파형을 볼 수 있게 된다.
E. 직류성분이 0이면서 주파수는 10Hz, 듀티율 50%의 10Vpp를 갖는 구형파가 있다. 서로다른 주파수를 갖는 정현파를 합해서 이 구형파와 가장 비슷한 파형을 만들고자 한다. 가장 중요한 세 개의 정현파를 구하라.
F. 첨두치 전압이 10V인 삼각파의 실효전압은 얼마인가? 또, 직류성분이 10V가 있는 경우는 RMS전압이 얼마인지 구하라.
- 삼각파의 실효전압을 구하는 식은 이므로, 첨두치전압이 10V인경우엔, 가 된다.
- 직류성분이 10V인 경우의 RMS 전압은 10V로 동일하다.
G. 일반적으로 자연계에서의 신호는 음성이나 영상 등과 같이 주기적이지 않다. 그럼에도 불구하고 실험실에서의 측정은 주기적인 신호로 하는 이유는 무엇인가?
- 주기적이지 않고 불규칙적인 파형을 사용하게 된다면, 오실로스코프 등을 이용하여 동기를 할때에 상당히 어려움이 있기 때문이다.
- 실험 결과, DC오프셋의 기능은 기본적으로 출력되는 정현파에 플러스를 해주는 역할임을 알게 되었다.
E. 멀티미터와 오실로스코프로 측정된 값의 의미를 설명하라.
- 멀티미터로 측정된 값은 교류모드, 직류모드에 따라 각각의 성질에 맞는 값만 골라내서 측정한다. 교류모드일 경우 값에 0.707을 곱한 의 값을 나타낸다.
- 오실로스코프로 측정된 값은 시간에 대한 전압의 변화를 나타내는 것이다. 예를 들어 정현파의 경우 오실로스코프로 측정할 경우 가로 한칸당 시간과 세로 한칸당 전압의 크기를 적절히 설정한 다음에 화면에 나타난 파형을 보고, 값과 을 통해 주파수를 구할 수 있다.
F. 오실로스코프 교류전압을 측정할 때 멀티미터에 비해 장단점은 무엇인가?
- 오실로스코프로 교류전압을 측정할 경우, 멀티미터에서는 측정하지 못하는 주파수를 를 통해서 구할 수 있다. 또, 멀티미터의 교류측정모드에는 DC성분이 존재하는 지 알 수 없지만, 오실로스코프는 시간별 전압의 값을 보여주는 것이기 때문에, 정현파형이 축에서 얼마나 벗어나있는지를 통해 DC성분(DC offset)을 예측할 수도 있다. 또, 멀티미터가 값을 측정한다면, 오실로스코프는 값을 측정하는 점이 다르다.
G. 오실로스코프를 연결하여 파형을 표시한 상태에서 신호 발생기를 구형파,삼각파 등으로 전환하여 파형을 확인하라. 또한 스위프 주파수 및 시간을 설정하여 파형의 주파수 스위프를 오실로스코프로 확인하라.
- 신호발생기의 파형선택 기능을 이용해 파형을 바꾸어가면서, 오실로스코프로 측정한 결과 <그림 6>과 같이 나타났다.
- 신호발생기에 있는 스위프 기능을 이용한 결과 <사진 7>과 같이 나타났다. 스위프기능은 설정한 주파수(2개)를 설정한 시간동안 한번씩 바꾸어서 출력하는 기능이다. 실제로 오실로스코프의 화면에 나타난 파형이 시간에 따라 계속 변함을 확인할 수 있었다.
H. Ch1을 신호 발생기에 연결한 채로 Ch2에 오실로스코프의 교정전압을 연결하고 Ch1과 Ch2가 동시에 화면에 표시되도록 스코프를 조정하라. 트리거 소스를 Ch1, Ch2로 바꿔가며 스크린에 나타나는 파형의 변화를 관찰하라. 신호 발생기의 주파수를 교정전압 주파수와 같게 조정하여 동기가 쉽게 되게 하라.
- 오실로스코프의 교정전압을 Ch2에, 같은 주파수의 신호발생기 출력을 Ch1에 연결한뒤에 동시에 화면에 출력하였다. 이 상태에서 트리거 소스를 바꿔가면서, 즉, 파형이 정지된상태로 하나씩 나타나게 한 결과 <사진 8>과 같은 결과가 나타났다. 교정전압으로 사용한 전압은 1kHz의 주파수를 가졌고, 이와 동일하게 신호발생기의 주파수를 설정하였다.
- 그 결과, 트리거 소스를 바꿔가면서 측정하니, 두 개의 파형의 주기와 값이 같았다. 즉 두 개의 파형이 동기(synchronize)됨을 확인하였다.
I. 오실로스코프 동작을 X-Y위치에 놓고, 두 발생기를 이용해 Ch1과 Ch2에 여러 가지 입력하여 오실로스코프를 통해 확인하라.
- 두 개의 신호발생기를 이용해 Ch1, Ch2의 주파수를 동일하게 맞춘후 X-Y위치로 나타내는 오실로스코프의 기능을 이용해 확인하였다.
- 두 개의 주파수가 완전히 같게 설정하였을땐, <사진 9>의 오른쪽 사진처럼 거의 완벽한 원을 나타내었고, 두 개의 주파수를 2배차이가 나게 설정한 결과, 왼쪽사진과 같은 모양이 나타났다.
6. 연습 문제
A. 진폭이 동일하고 주파수가 다른 정현파의 실효값은 어떤 관계가 있는가.
- 정현파의 실효값은 으로 구한다. 이 식에서 보듯이 정현파의 실효값에는 주파수가 전혀 영향을 끼치지 않는다.
B. 정현파 파형의 첨두치가 오실로스코프에서 수직 5.2칸, 한주기가 4.4칸이었다. 스코프는 수직 1V/DIV, 수평 50msec/DIV이고, 10:1프로브를 사용할 때 이 전압의 첨두치와 주기 및 주파수를 구하라. 또 멀티미터로 측정하였을때의 전압은?
- 한주기가 4.4칸이고 한칸이 50msec 이므로 이 전압의 주기는 이다. 주파수는 주기의 역수이므로 이다.
- 수직 5.2칸이고 한칸이 1V에 10:1프로브를 사용하였으므로 첨두치(peak to peak)는 이다.
- 멀티미터로 측정하게되면 rms값으로 측정되므로 이다.
C. 오실로스코프에 둥근 원을 나타내려면 수직 편향판과 수평 편향판에 어떤 파형을 인가하면 되겠는가?
- 앞선 실험에서 했듯이, 오실로스코프를 X-Y모드로 맞추고 Ch1과 Ch2의 입력전압을 둘다 정현파(sin파)로 설정하고 두 파형의 주파수가 같다면 둥근원으로 나타나게된다.
D. 2채널 오실로스코프의 전자총은 하나인데 두 개의 파형을 동시에 표시하기 위해서 사용되는 방법에 대해 조사하라.
- 오실로스코프의 전자총이 하나이므로 시간에 대한 전압의 파형을 정지시켜서 보여주는 기능은 하나의 파형에 대해서밖에 되지 않는다. 따라서 Ch1, Ch2의 2개의 파형이 있다면 하나의 파형만 정지되서 보이게 되는데, 이를 동시에 보기위해서 트리거링 스위치를 통해 Ch1 혹은 Ch2의 파형을 볼 수 있게 된다.
E. 직류성분이 0이면서 주파수는 10Hz, 듀티율 50%의 10Vpp를 갖는 구형파가 있다. 서로다른 주파수를 갖는 정현파를 합해서 이 구형파와 가장 비슷한 파형을 만들고자 한다. 가장 중요한 세 개의 정현파를 구하라.
F. 첨두치 전압이 10V인 삼각파의 실효전압은 얼마인가? 또, 직류성분이 10V가 있는 경우는 RMS전압이 얼마인지 구하라.
- 삼각파의 실효전압을 구하는 식은 이므로, 첨두치전압이 10V인경우엔, 가 된다.
- 직류성분이 10V인 경우의 RMS 전압은 10V로 동일하다.
G. 일반적으로 자연계에서의 신호는 음성이나 영상 등과 같이 주기적이지 않다. 그럼에도 불구하고 실험실에서의 측정은 주기적인 신호로 하는 이유는 무엇인가?
- 주기적이지 않고 불규칙적인 파형을 사용하게 된다면, 오실로스코프 등을 이용하여 동기를 할때에 상당히 어려움이 있기 때문이다.
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