학습과제 7(11월17일)

다음 주어진 과제를 충분히 읽고 습득하시기 바랍니다.

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학습4	파형 측정 및 판독법

학습목표	1. 파형의 크기를 구하는 방법을 알아본다. 2. 주기와 주파수를 구하는 방법을 학습한다.

오실로스코프는 파형 관측뿐만 아니라 직류와 교류의 전압, 전류의 측정 및 주기를 측정할 수 있으며, 주파수는 주기의 역수로 계산할 수 있다. 그리고 리사주 도형으로 파형 상호간의 위상차를 측정 할 수 있다.

① 파형의 크기 구하기 : 오실로스코프 관 화면에 나타난 값은 피크 투 피크값(peak to peak) V[eqn: {} _{p-p}]이 된다.

V[eqn: {} _{p-p}][eqn: =] (VOLT/DIV)[eqn: ` TIMES (파형의`높이 _{-} 칸수) TIMES (probe`감쇠비)]

사인파의 경우 실효값과 최대값은 다음 식으로 구할 수 있다.

실효값[eqn: = {최대값} over {sqrt {2}}], 최대값 [eqn: = {피크`투`피크값} over {2}]

② 주기와 주파수 구하기 : 주기는 1사이클의 시간을 나타내는 값으로 TIME/DIV×관면 위의 눈금수로 구할 수 있으며, 주기의 역수가 주파수의 크기이다.

주기 = (TIME/DIV) [eqn: TIMES] 1 주기의 칸(DIV) 수

주파수 = 1/(주기)

1. 직류 전압 측정

입력신호를 수직 입력단자에 접속하고 AC-GND-DC 스위치를 GND 위치에 놓은 후 0[V]점을 정한 후 DC로 전환하면 파형이 상승 또는 하강한다. 이 때  스위프의 입력 신호가 (+)의 극성이면 상승하고, 입력 신호가 (-)의 극성이면 하강한다.

예를 들어 VOLT/DIV을 5mV/DIV에 놓았을 때 위 그림과 같이 이동한 거리가 3 DIV이라면

직류전압[eqn: =]수직이동거리(DIV)[eqn: TIMES](VOLT/DIV)[eqn: TIMES](probe 감쇠비)

식에 의해서 직류전압=3×5×1=15[mV]가 된다. 만약 probe의 배율을 10 :1에 놓았을 경우에는 신호의 값은 10배가 되어 15mV×10=150[mV]가 된다.

2. 교류 전압 측정

측정 전압은 교류 파형의 최저값과 최고값의 피크-투-피크전압으로 나타나므로 Vp-p 기호로 표시한다. 이 때 VOLT/DIV의 미세 조정기(VARIABLE)는 CAL의 상태로 놓는다.

피크-투-피크전압 Vp-p[eqn: =](VOLT/DIV)[eqn: TIMES]파형의 높이(DIV)

이고 이 값을 실효값으로 나타내면 Vrms[eqn: =]Vp-p/2이다. 10배의 probe를 사용하여 측정할 경우에는 Vp-p[eqn: =](VOLT/DIV)[eqn: TIMES]파형의 높이(DIV)[eqn: TIMES]10이 된다.

3. 주기 및 주파수 측정

1주기에 대한 DIV(칸수)를 구하고 여기에 TIME/DIV의 눈금을 곱하면 1주기에 대한 시간이 구해진다.

주기 = (TIME/DIV) [eqn: TIMES] 1 주기의 칸(DIV) 수

주파수 = 1/(주기)

예제5  오실로스코프에서 VOLT/DIV의 다이얼 눈금을 0.05(VOLT/DIV)에 놓고 측정한 파형의 교류전압 첨두-첨두값을 실효값으로 나타내면 얼마인가?

그림3-6

(해설)

첨두-첨두값 Vp-p[eqn: =]0.05[eqn: TIMES]4[eqn: =]0.2[V]이다.

실효값(Vrms) Vrms = Vp-p /2 = 0.2/2 = 0.07[V]

예제6  그림3-7과 같은 구형파에서 VOLT/DIV이 50[mV/DIV], A와 B사이의 눈금수가 3 DIV일 때 이와 같은 전압 파형의 크기를 구하라. 또 probe의 배율을 10 :1에 놓았을 경우에  대하여 전압 파형의 크기를 구하라.

그림3-7

(해설)  3 × 50 = 150[mV]이다. 만약 probe의 배율을 10 :1에 놓았을 경우에는 신호의 값은 10배가 되어 150mV × 10 = 1.5[V]가 된다.

예제7  TIME/DIV이 0.5[ms/DIV]이고 수평증폭기의 이득을 1배에 놓았을 때 그림3-8과 같이 C와 D 사이의 간격이 2인 파형이 나타났다면 주기 T[sec]는?

그림3-8

(해설)  주기(T) = 1주기의 DIV수×TIME/DIV×수평 증폭기 이득(MAG)의 역수
= 2[DIV]×0.5[ms/DIV]×1= 1[msec]

[eqn: f= {1} over {T} = {1} over {1 TIMES 10 ^{-3}} =1][kHz]

예제8  다음과 같은 파형의 주기 및 주파수는 얼마인가? 단, T/D[eqn: =]1[ms]이다.

그림3-9

(해설)  주기(T) = 1주기의 DIV수×TIME/DIV
[eqn: THEREFORE] T = 8[DIV]×1[ms/DIV]= 8[msec]

[eqn: f= {1} over {T} = {1} over {8ms} = {1000} over {8} =125][Hz]

4. 주파수비에 따른 리사쥬 도형 관측 실습

그림3-10

(1) 다음 그림3-10과 같이 저주파 발진기 AF 2대를 오실로스코프의 수직입력 CH1과 CH2에 접속한다.

(2) TIME/DIV의 손잡이를 시계방향으로 돌려 X-Y 축에 절환시킨다.

(3) 저주파 발진기 AF를 정현파로 놓고, 오실로스코프의 각 부를 조정하여 적당한 크기의 파형이 나타나게 한다.

(4) CH1에 입력되는 수직입력 신호와 CH2에 입력되는 수평입력 신호의 진폭을 동일하게 조정한다.

(5) 수직축의 주파수를 [eqn: f _{V}], 수평축의 주파수를 [eqn: f _{H}]라 하고, 이들의 비 즉 [eqn: f _{H}] : [eqn: f _{V}]가 1 : 1, 2 : 1, 3 : 1이 될 때의 리사쥬 도형을 다음 도표 위에 그린다.

그림3-11

(6) 저주파 발진기 AF의 주파수를 다음 식에 의해 계산한다.

[eqn: {f _{H}} over {f _{V}} = {수직선과의`교차수} over {수평선과의`주파수}]

(a) 1 : 1 인 경우 = ___________________

(b) 2 : 1 인 경우 = ___________________

(c) 3 : 1 인 경우 = ___________________

(7) 위에서 계산된 주파수와 저주파 발진기 AF의 주파수가 일치하는가?

B

A

학 습 과 제 7

1. 학습과제 7은 실제 오실로스코프상에서 파형을 보여주고 전압, 주기, 주파수를     판독하는 과정입니다.

2. 학습자(학생)께서는 학습과제의 설명을 충분히 읽고 이해한 후 도상 실습을 하     고, 실습실에서 오실로스코프로 하는 것을 On-Line(줌)으로 합니다.

3. 학습자는 다음 문제를 3문제 이상을 답을 할 수 있도록 하여 주시기 바랍니다.

※ 다음 물음에 답하라.

문제1 다음 관측 파형을 보고 물음에 답하라.

※ 주기 = T/D * 칸수

※ 주파수 = 1/(주기)

※ P-P 전압 = V/D * 칸수

그림3-12

(1) 관측된 파형이 T/D : 0.5ms, V/D : 0.5V일 때 주기, 주파수, 피크투피 크(peak-to-peak) 전압을 구하라.

(2) 관측된 파형이 T/D : 1[eqn: mu]s, V/D : 20mV일 때 주기, 주파수, 피크투피크(peak-to-peak) 전압을 구하라.

문제2 다음 관측 파형을 보고 물음에 답하라.

※ 주기 = T/D * 칸수

※ 주파수 = 1/(주기)

※ P-P 전압 = V/D * 칸수

그림3-13

(1) 관측된 파형이 T/D : 0.2ms, V/D : 0.5V일 때 주기, 주파수, 피크투피 크(peak-to-peak) 전압을 구하라.

(2) 관측된 파형이 T/D : 5[eqn: mu]s, V/D : 2mV일 때 주기, 주파수, 피크투피크(peak-to-peak) 전압을 구하라.

문제3 다음 관측 파형을 보고 물음에 답하라.

(1) 오실로스코프와 함수발생기(FG)를 이용하여 구형파 T/D : 0.2ms, V/D : 0.2V일 때 1kHz, 1V(p-p)를 만들어라.

그림3-14

※ TIP1(생각하기) : 먼저 만들고자하는 파의 주기를 계산해보면 [eqn: T=1ms]이므로 T/D가 0.2ms이면 주기는 5칸이 되어야하고 원하는 p-p 전압은 1V이므로 V/D가 0.2V이면 5칸이 되어야 한다.

※ TIP2(측정하기) : 먼저 OSC에 주어진 조건  T/D와 V/D를 맞춘 후 함수발생기로 구형파 1kHZ를 발생시켜 연결해주고 함수발생기의 Amplitude를 이용하여 주어진 진폭을 조정한다.

(2) 오실로스코프와 함수발생기(FG)를 이용하여 정현파 T/D : 0.5ms, V/D : 0.5V일 때 1kHz, 1V(p-p)를 만들어라.

그림3-15

문제4 다음 관측 파형을 보고 물음에 답하라.

(1) 오실로스코프와 함수 발생기를 이용하여 구형파 T/D : 10[eqn: mu]s, V/D : 1V일 때 40kHz, 2V(p-p)를 만들어라.

그림3-16

※ TIP : 먼저 OSC에 주어진 조건  T/D와 V/D를 맞춘 후 함수발생기로 구형파 40kHz를 발생시켜 연결해주고 함수발생기의 Amplitude를 이용하여 주어진 진폭을 조정한다.

(2) 오실로스코프와 함수 발생기를 이용하여 정현파 T/D : 5[eqn: mu]s, V/D : 0.5V일 때 40kHz, 2V(p-p)를 만들어라.

그림3-17

문제5  다음 관측된 파형을 보고 주기와 주파수 그리고 P-P 전압, 첨두(PEAK) 전압, 실효 전압을 구하라.

TIME/DIV : 0.2ms

VOLT/DIV : 0.5V

그림3-18

① 주기 :

② 주파수 :

③ P-P 전압 :

④ 첨두(PEAK) 전압 :

⑤ 실효 전압 :

문제6  다음 관측된 파형을 보고 주기와 주파수 그리고 P-P 전압, 첨두(PEAK) 전압을 구하라.

TIME/DIV : 1[eqn: mu]s

VOLT/DIV : 0.5V

그림3-19

① 주기 :

② 주파수 :

③ P-P 전압 :

④ 첨두(PEAK) 전압 :

문제7  다음 관측된 파형을 보고 주기와 주파수 그리고 P-P 전압, 첨두(PEAK) 전압을 구하라.

TIME/DIV : 10ms

VOLT/DIV : 1V

그림3-20

① 주기 :

② 주파수 :

③ P-P 전압 :

④ 첨두(PEAK) 전압 :

문제8  다음 관측된 파형을 보고 주기와 주파수를 구하라.

그림3-21

① 위 그림과 같이 회로를 결선한다.

② 저주파 발진기 AF를 정현파 1[㎑], 2[Vp-p]로 조정한다.

③ 스위프 TIME/DIV과 VARIABLE 조정기를 조정하여 실험에 적당한 파형이 나타나게 한다. 그리고 f=1[㎑]의 정현파 신호전압에 대한 파형을 그림3-22에 그린다.

그림3-22

④ 신호 전압의 주기 T는 얼마인가?

⑤ 이때 오실로스코프의 스위프 주파수는 얼마인가?

⑥ 저주파 발진기 AF를 구형파 1[㎑], 2[Vp-p]로 조정한다.

⑦ 스위프 TIME/DIV과 VARIABLE 조정기를 조정하여 실험에 적당한 파형이 나타나게한다. 그리고 f=1[㎑]의 구형파 신호전압에 대한 파형을 그림3-23에 그린다.

그림3-23

⑧ 신호 전압의 주기 T는 얼마인가?

⑨ 이때 오실로스코프의 스위프 주파수는 얼마인가?

⑩ 저주파 발진기 AF를 2[㎑], 5[㎑], 10[㎑], 100[㎑], 2[Vp-p]로 변화시켰을 때 실험 방법 (1)∼(9)를 반복하여 아래의 표3-1에 기록한다.

표3-1

신호 발생기 눈금상의 주파수 [eqn: f][㎑]		1[㎑]	2[㎑]	5[㎑]	10[㎑]	100[㎑]
계산값 주기 T = 1/f [sec]
정현파의 경우에 측정한 주기 T[sec] 및 계산한 주파수 [eqn: f][㎑]	측정값
	T = 1/f
	%오차
구형파의 경우에 측정한 주기 T[sec] 및 계산한 주파수 [eqn: f][㎑]	측정값
	T = 1/f
	%오차