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서훈 미
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그림 1 전형적인오실로스코프. 실제모양은약간다를수 있으나기본적으로는이와크게다르지않다.

1 계측개론및실험 오실로스코프사용법 오병성 ( 충남대학교물리학과) 1. 오실로스코프 (oscilloscope) 란? 오실로스코프는전압을측정할수있을뿐아니라파형을눈으로볼수있는장비 로회로를검사하고측정하는데가장유용한측정기구이다. 그림 1 전형적인오실로스코프. 실제모양은약간다를수 있으나기본적으로는이와크게다르지않다. 오실로스코프의기능은기본적으로전압- 시간 (V-t) 그림표를그려주는장비이다. 수직축즉 Y- 축은전압축, 수평축즉 X- 축은시간축이다. 그림 2 오실로스코프의화면

충남대학교물리학과 보통오실로스코프화면은수직방향으로는 8 간격, 수평방향으로는 10 간격으로 되어있으며대략 1 간격이 1 cm 이다. 'Dual trace' 다. 오실로스코프는동시에서로다른두신호를비춰볼수있는장비이 2. 오실로스코프작동시켜보기 2.1. 전원을켜기전에모든손잡이나단추가 정상 위치에있는지확인하다.

2 충남대학교물리학과 보통오실로스코프화면은수직방향으로는 8 간격, 수평방향으로는 10 간격으로 되어있으며대략 1 간격이 1 cm 이다. 'Dual trace' 다. 오실로스코프는동시에서로다른두신호를비춰볼수있는장비이 2. 오실로스코프작동시켜보기 2.1. 전원을켜기전에모든손잡이나단추가 정상 위치에있는지확인하다. 보통 모든누름단추는 OUT 상태모든미끄럼스위치는 UP 상태회전조절손잡이는중앙 에있는상태를의미한다 VOLTS/DIV은 1 V/DIV에 TIME/DIV은가장느린 2 s/div 로설정한다 전원스위치를 ON 으로한다. 잠시후화면가운데밝은점또는매우천 천히화면을가로질러이동하는흔적을볼수있어야한다 Y-POS I 조절장치를찾아서천천히좌우로돌려본다. 어떤일이벌어지는가? Y-POS I 은화면을위또는아래로이동 시킨다. 밝은점이지나가는길이화면가운데있도록조절한다 INTENSITY와 FOCUS 조절장치를조정하여본다.

계측개론및실험 2.6. TIME/DIV 조절장치는오실로스코프화면의수평축축척을조절한다. 0.2 s/div으로설정되어있을때손목시계를사용하여밝은점이화면의 10 눈금을지나가는데걸리는시간을측정하여본다. 원리 적으로는 0.2 s/div으로설정되어있을때화면의 10 눈금을지나가는데걸 리는시간은 s 이다. TIME/DIV 조절장치를시계방향으로돌려본다. 0.1 s/div일경우화 면을가로지르는시간을측정해본다.

3 계측개론및실험 2.6. TIME/DIV 조절장치는오실로스코프화면의수평축축척을조절한다. 0.2 s/div으로설정되어있을때손목시계를사용하여밝은점이화면의 10 눈금을지나가는데걸리는시간을측정하여본다. 원리 적으로는 0.2 s/div으로설정되어있을때화면의 10 눈금을지나가는데걸 리는시간은 s 이다. TIME/DIV 조절장치를시계방향으로돌려본다. 0.1 s/div일경우화 면을가로지르는시간을측정해본다. 원칙적으로 이다. TIME/DIV 조절장치를시계방향으로계속돌려본다. 화면의밝은점 이점점빨리움직일것이다. 10 ms/div 정도에서는더이상점으로보이지 않고화면을가로지르는밝은선이보일것이다. 도그자국이계속밝게남아있기때문이다. TIME/DIV 이는점이지나간다음에 조절장치를계속돌리면점이매우빨리움직이기에선은점 점희미해진다. 10 µs/div에서는한점이화면을가로질러가는데얼마나 걸리까? 2.7. VOLTS/DIV 조절장치는오실로스코프화면의수직축축척을조절한다. VOLTS/DIV I이 1 V/DIV 에설정되어있는지확인한다. 보통오실로스코프에는정상적으로작동하고있는지확인할수있도록일정

Y-POS I과 있는지살펴본다. X-POS을조절하며무슨변화가 Y-POS I 은전체그림을화면에서수직위아 래로이동시킬수있고 X-POS은전체그림을화 면에서수평이동시킬수있다.

4 충남대학교물리학과 한신호를내는장치가부착되어있다. 그림과같은 BNC라고하는특별한 연결장치로오실로스코프의입력채널 그림은한쪽에는 CH I 에연결할수있다. BNC 다른한쪽에는악어클립이붙어있는전선이다. 빨강색도선의악어클립을금속출력단자에연결하면 CH I 입력에 2 V의 사각파형이연결되는것이다. VOLTS/DIV와 TIME/DIV을조절하여화면에그림과같이 2 V 신호가보 이도록한다. Y-POS I과 있는지살펴본다. X-POS을조절하며무슨변화가 Y-POS I 은전체그림을화면에서수직위아 래로이동시킬수있고 X-POS은전체그림을화 면에서수평이동시킬수있다. 이를이용하면그 림을이동시켜더많은부분을보거나화면상의 grid 를사용하여더쉽게측정할수있다. 위기준신호의주기를측정하고주파수를구한다. 주기 주파수 2.8 아래와같은신호에대하여정보를가능한많이기록한다. 설정 : 1 V/DIV; 1 ms/div

5 계측개론및실험 설정 : 0.2 V/DIV; 0.2 μs/div 설정 : 0.1 V/DIV; 0.2 ms/div 0.1 V/DIV; 0.2 ms/div 3. 파형발생장치 (function generator) 연결 아래그림은전형적인파형발생장치이다. 실제사용하는파형발생장치또는신호발생장치가외관이다르더라도그기능은유사하다. 그림 3 파형발생장치 보통 On/Off 스위치, 사인파 ( 정현파), 사각파, 삼각파등파형선택스위치등이 있다. 대부분의경우 600 Ω 출력을사용한다. 이출력을 BNC-BNC 전선을이용

충남대학교물리학과 하여오실로스코프의입력 CH I 에연결한다. 3.1 파형발생장치를켜고출력을오실로스코프에 서볼수있도록조절한다. 선명한상을볼수있 도록 TIME/DIV와 VOLTS/DIV을조정하고파형 선택단추를눌러그효과를살펴본다. 3.2 FREQUENCY 조정장치를돌려보고 RANGE 치를이용하여출력신호의주파수를조정한다. 스위 출력 주파수를 1 khz 로조정한다.

6 충남대학교물리학과 하여오실로스코프의입력 CH I 에연결한다. 3.1 파형발생장치를켜고출력을오실로스코프에 서볼수있도록조절한다. 선명한상을볼수있 도록 TIME/DIV와 VOLTS/DIV을조정하고파형 선택단추를눌러그효과를살펴본다. 3.2 FREQUENCY 조정장치를돌려보고 RANGE 치를이용하여출력신호의주파수를조정한다. 스위 출력 주파수를 1 khz 로조정한다. 또출력주파수를 50 Hz 로바꾸어본다. 그림 4. BNC-BNC 용한신호의연결 케이블을이 Hz 및 15 khz 의출력신호를발생시켜본다. 어떠한경우든오실로스코프 설정도조정하여정지한신호를볼수있어야한다. 출력준위스위치는보통 0 db 로한다. 이출력준위스위치를조정하여출력의크기를조정할수있다. 이사용되는 TTL의경우 0 V에서 5 V 의펄스를사용한다. 논리회로로많 4. 오실로스코프의원리 다음은오실로스코프의작동원리를보여주기위하여그구성을보여주는그림이 다. 텔레비전화면과마찬가지로오실로스코프화면도음극선관(cathode ray tube) 으로구성되어있으며작동원리도같다.

계측개론및실험 그림 5. 오실로스코프의구성 진공상태의음극선관뒷부분의가열한음극에서튀어나온전자빔이양전압의전 극에의하여가속되어음극선관의앞면에부딪쳐발라져있는형광물질에밝은점 을그리도록되어있다. 전자빔은음극선관안에고정된두쌍의전극에걸어준전압에의하여휘게 ( 편향 하게) 된다. 수평편향판즉 x- 편향판에의하여수평으로움직인다. 이부분은 시간기준이되는톱니형파형을만든다.

7 계측개론및실험 그림 5. 오실로스코프의구성 진공상태의음극선관뒷부분의가열한음극에서튀어나온전자빔이양전압의전 극에의하여가속되어음극선관의앞면에부딪쳐발라져있는형광물질에밝은점 을그리도록되어있다. 전자빔은음극선관안에고정된두쌍의전극에걸어준전압에의하여휘게 ( 편향 하게) 된다. 수평편향판즉 x- 편향판에의하여수평으로움직인다. 이부분은 시간기준이되는톱니형파형을만든다. 신호가톱니처럼증가하는동안화면의 점은일정한속도로화면왼쪽에서오른쪽으로진행하게된다. 급격히떨어지는동 안전자빔은매우빠르게오른쪽에서왼쪽으로이동하고화면의점은사라져서아 무것도볼수없다. 이런방법으로시간을기준으로하는전압 - 시간그림표의 X- 축을만든다. 신호가증가하는동안의기울기는톱니파형의주기에의하여결정되고 TIME/DIV 조절장치를사용하여조절할수있고 X- 축의축척도바꾼다. 보고자하는신호는입력에연결한다. AC/DC 스위치는보통 DC 위치에놓고이 경우 Y- 증폭기에직접연결된다. AC 위치에놓는경우전기용량(capacitor) 가 회로중간에연결되어 DC 신호는차단되고 AC 신호만통과한다. Y-증폭기는 Y-편향판과연결되어있어서 V-t 그림표의 Y-축을신호에따라변 한다. VOLTS/DIV 조정장치를사용하여 Y-증폭기의전체증폭률을조절하여화 면에너무크지도작지도않게비추어볼수있게한다. V/DIV 또는 mv/div 이다. 수직축축척은보통 trigger 회로는기준시간파형을조정하여입력신호의같은부분을비춰볼수있도록한다. 이를이용하면오실로스코프화면에안정된상을볼수있어신호를

Y-POS 조정장치를사용하여 Y-축의 0 되는점을바꾸어전체그림표 를화면의위아래로옮길수있어신호의범위가다른경우즉양의신호와음에 서양까지변화하는신호를각각비추어볼수있다. 5.

8 충남대학교물리학과 측정하고이해하는것을쉽게할수있다. X-축과 Y-축의축적을조절하여여러가지다양한신호를비추어볼수있고 X-POS 조정장치및 Y-POS 조정장치를사용하여축의위치도바꾸어볼수있 다. 예를들러아무란신호도없을때정상그림표는화면중앙을가로지르는직 선이다. Y-POS 조정장치를사용하여 Y-축의 0 되는점을바꾸어전체그림표 를화면의위아래로옮길수있어신호의범위가다른경우즉양의신호와음에 서양까지변화하는신호를각각비추어볼수있다. 5. 오실로스코프의여러가지조절장치 화면 : 보통전압- 시간그림표를비춰준다. 두축의축척을조정하여여러가지신호를비춰볼수있다. X-Y 조정 : 보통 OUT 위치에설정 X-Y 누름단추가 IN 위치가되면오실로스코프는전압-시간그림표대신전압 - 전압그림표를비추어볼수있게된다. 이때수평축은 CH I 입력, 수직축은 CH II 입력이된다. 소자의특성곡선이나리사주 (Lissajous) 그림을비추볼 수있다. TIME / DIV : 전압-시간그림표의수평축축척을조정할수있다.

계측개론및실험 trigger 조정 : 오실로스코프화면그림을선택한신호에동기화(synchronise) 시켜볼수있다. AT/NORM 누름단추가 OUT 위치에있으면 triggering 은자동이다. 대부분의경 우작동한다. AT/NORM 누름단추를 IN 위치로바꾸면, 신호가사라져화면에 서아무것도볼수없을지도모른다.

9 계측개론및실험 trigger 조정 : 오실로스코프화면그림을선택한신호에동기화(synchronise) 시켜볼수있다. AT/NORM 누름단추가 OUT 위치에있으면 triggering 은자동이다. 대부분의경 우작동한다. AT/NORM 누름단추를 IN 위치로바꾸면, 신호가사라져화면에 서아무것도볼수없을지도모른다. 이제 LEVEL 조정장치를조절하면다시 화면에서신호를볼수있다. LEVEL을조정함에따라그림표가파형의다른부 분에서시작하는것을볼수있을것이다. 자세히볼수도있다. 이를이용하면파형의원하는부분을 EXT 누름단추는보통 OUT 위치에둔다. 이를눌러 IN 상태가되면 trigger 입 력인, TRIG INP에연결된신호에의하여 triggering 된다. AC 는보통의위치이며대부분의경우에해당한다. DC 위치에놓으면 LEVEL 정장치를사용하여 triggering이발생하는위치를임의의 DC 전압으로설정할수 있다. 조 +/- 누름단추는 OUT 위치의경우신호가증가할때, IN 위치의경우신호가 감소할때 triggering 이발생하도록선택할수있다. HF 는신호의고주파부분에반응하여 LF 는신호의저주파부분에반응하여 triggering 을발생시키도록선택한다. HOLD OFF 는 trigger 다. 점을지연시킬수있 밝기와초점 (intensity and focus) : INTENSITY 조정은 화면의밝기를조절한다. 선명한상이생기도록 FOCUS 를 설정한다. 필요하다면 TR 을작은드라이버를이용하여조정하여신호를연결하지않았을 때화면그림표가수평이되도록조절한다. 화면에있는 X-POS : 전압-시간그림표를오실로스코프화면에서수 평이동시킬수있다. grid 를시용하여파형의주기등을측정하고자할때유용하다.

충남대학교물리학과 X-MAG : IN 위치에놓으면전압-시간그림표의수평축 이 10 배로확대된다. 즉 TIME/DIV을 1 ms/div에설정하 고 X-MAG을 IN으로하면 0.

Y-POS I and Y-POS II 시켜볼수있다. : 해당신호를위아래로이동 교류를살펴보고자할때 Y-POS을조정하여화면의중앙을 0 V로할수있고 직류의경우화면가장아래부분을 0 V 로설정할수있다.

입력 (CH I 및 CH II) : BNC 케이블을사용하여 BNC 단 자에입력신호를연결한다. VOLTS / DIV 과 : V-t 그림표의수직축축척을조정.

10 충남대학교물리학과 X-MAG : IN 위치에놓으면전압-시간그림표의수평축 이 10 배로확대된다. 즉 TIME/DIV을 1 ms/div에설정하 고 X-MAG을 IN으로하면 0.1 ms/div 이되는것이다. CAL 출력 : 최고-최저가 0.2 V 또는 2 V의사각파형을출력한다. 이출력의신호는오실로스코프가정상적으로보정되어있는지확인하는목적으로사용할수있다. Y-POS I and Y-POS II 시켜볼수있다. : 해당신호를위아래로이동 교류를살펴보고자할때 Y-POS을조정하여화면의중앙을 0 V로할수있고 직류의경우화면가장아래부분을 0 V 로설정할수있다. Y-POS I과 Y-POS II 를사용하여두신호를각각조절할수있다. 역상 (invert) : INVERT 단추를눌러 IN으로하면해당 신호의역상즉위아래가바꾸어화면에보인다. 입력 (CH I 및 CH II) : BNC 케이블을사용하여 BNC 단 자에입력신호를연결한다. VOLTS / DIV 과 : V-t 그림표의수직축축척을조정. CH I CH II 의수직축축척을따로따로조절할수있다. DC/AC/GND 선택스위치 : DC 위치에서는 position, the 입력신호가해당채널즉 CH I 또는 CH II의 Y-증폭기 에직접연결된다. AC 위치의경우전기용량(capacitor) 이중간에연결되어 DC 신호는차단되고 AC 신호만비춰 진다.

11 계측개론및실험 GND 위치이면 Y-증폭기입력에 0 V 가연결된다. 오실로스코프화면의 0 V 위 치를확인할때사용할수있다. 대부분의경우 DC 위치에놓으면된다. CH I/II DUAL ADD 설정효과 OUT OUT OUT ( 보통의경우) CH I에의하여 trigger; CH I만표시 IN OUT OUT CH II에의하여 trigger; CH II만표시 OUT IN OUT CH I에의하여 trigger; CH I과 CH II를번갈아표시 IN IN OUT CH II에의하여 trigger; CH I과 CH II를번갈아표시 OUT OUT IN CH I에의하여 trigger; CH I과 CH II 신호를합하여하나로표시 IN OUT IN CH II에의하여 trigger; CH I과 CH II 신호를합하여하나로표시 OUT IN IN CH I에의하여 trigger; CH I과 CH II 신호를동시에표시 IN IN IN CH II에의하여 trigger; CH I과 CH II 신호를동시에표시

12 충남대학교물리학과 6. 참고 internet sites : Using an oscilloscope : Fun with Oscilloscopes : Oscilloscope Applet : Basic Function of an Oscilloscope (Java applet) : Oscilloscope Tutorial : Digital Oscilloscope Uses PC Sound Card for Input : Oscilloscope Block Diagram and Schematics : Lissajou lab

실험 5

실험 5 실험. OP Amp 의기초회로 Inverting Amplifier OP amp 를이용한아래와같은 inverting amplifier 회로를고려해본다. ( 그림 ) Inverting amplifier 위의회로에서 OP amp의 입력단자는 + 입력단자와동일한그라운드전압, 즉 0V를유지한다. 또한 OP amp 입력단자로흘러들어가는전류는 0 이므로, 저항에흐르는전류는다음과같다.