본문내용
1. 실험 목적
실험의 목적은 전자기학 실험에 쓰이게 될 함수발생기와 오실로스코프, 멀티미터 등의 측정 장비를 사용하는 방법과 측정법을 숙지하는 것이다. 오실로스코프를 사용하면 전압이 시간에 따라 변화하는 과정을 연속적인 파형으로 관측할 수 있다. 이를 통해 회로의 전기적 신호를 눈으로 볼 수 있게 되어 회로의 동작을 이해하고 문제점을 발견할 수 있다. 또한 정현파와 구형파 등 다양한 파형을 관찰하고 그 특성을 이해할 수 있다.
2. 실험 이론
2.1. 교류전압
전압이란 전기 회로에서 두 지점 간의 전위차를 의미하고, 교류란 시간에 따라 주기적으로 변하는 전류를 의미한다. 교류전압이란 시간에 따라 주기적으로 변하는 전압을 의미한다. 교류전압의 종류로는 정현파(sine wave), 구형파(square wave), 삼각파(triangle wave) 등이 있다.
교류전압의 그래프에서는 다음과 같은 세 종류의 전압을 읽어낼 수 있다. 첫째, V_{pk}는 Peak Voltage로 교류전압에서 양의 최댓값을 의미한다. 둘째, V_{p-p}는 양-음 최댓값의 차이를 나타낸다. 셋째, V_{rms}는 Root mean square(RMS) 전압을 의미한다. 오실로스코프에서 관측되는 진폭은 V_{p-p}이고, 멀티미터로 측정되는 값은 V_{rms}이다. 따라서 오실로스코프와 멀티미터의 측정값은 다르지만, 파형의 종류에 따라 일정한 변환관계가 성립한다. 예를 들어 정현파에서 V_{rms}는 진폭의 0.707배에 해당한다.
2.2. 오실로스코프
오실로스코프의 동작 원리는 다음과 같다. 먼저 오실로스코프의 전자총에서 전자빔이 오른쪽으로 발사된다. 이 때 오실로스코프에 교류전압이 걸려 있다면, 전자빔의 이동 경로 위아래에 있는 평행판 축전기에 의해 전자빔의 경로가 휘면서 오른쪽 형광판에서 빛을 방출하여 오실로스코프의 디스플레이 화면에서 파형을 관측할 수 있다. 이러한 아날로그 방식의 오실로스코프는 수집한 신호를 저장하기 어렵고 단발적인 신호를 포착하기 어렵다는 단점을 가지고 있어서, 최근에는 변환회로를 통해 이러한 신호를 디지털로 변환하는 디지털 오실로스코프가 널리 사용된다.
오실로스코프는 교류전압의 시간에 따른 파형을 관측할 수 있는 계측기이다. 적절한 센서를 이용하면 진동, 빛, 온도 등의 물리적 현상들을 교류신호로 변환하여 측정할 수 있어 전자공학의 핵심적인 계측 장비로 활용된다. 또한 자동차 엔진 검사, 뇌파 관측 등 다양한 분야에서도 활용되고 있다.
오실로스코프의 수직축(y축)은 전압, 수평축(x축)은 시간을 나타낸다. VOLTS/DIV 조절을 통해 수직축의 전압 스케일을, TIME/DIV 조절을 통해 수평축의 시간 스케일을 변경할 수 있다. 또한 VERTICAL POSITION과 HORIZONTAL POSITION 조절로 파형의 수직/수평 이동이 가능하다. TRIGGER 설정을 통해 안정적인 파형 관측이 가능하다.
이처럼 오실로스코프는 우리 눈으로 관찰할 수 없는 다양한 전기 신호를 시각적으로 확인할 수 있게 해주는 매우 유용한 계측 장비이다.
3. 실험 장치
3.1. 오실로스코프
오실로스코프는 전기 회로의 신호를 시간에 따른 전압 변화로 나타내는 계측 장비이다. 전자총에서 발사된 전자빔이 교류 전압에 의해 휘어지면서 형광판에 충돌하여 파형을 디스플레이 화면에 나타내는 원리로 작동한다. 오실로스코프의 주요 구성 요소와 기능은 다음과 같다.
수직(전압) 제어 부: 파형을 수직 방향으로 조정할 수 있다. VOLTS/DIV 노브로 수직축의 전압 단위와 스케일을 조절하며, Vertical Position 노브로 파형의 수직 위치를 이동시킬 수 있다.
수평(시간) 제어 부: 파형을 수평 방향으로 조정할 수 있다. TIME/DIV 노브로 수평축의 시간 단위와 스케일을 조절하며, Horizontal Position 노브로 파형의 수평 위치를 이동시킬 수 있다.
트리거 제어 부: 원하는 기준 신호를 정하여 그 이상의 신호만 수집할 수 있게 한다. Trigger 노브로 트리거 레벨을 조절하여 안정적인 파형 관측이 가능하다.
아날로그 오실로스코프는 전자빔 방식으로 파형을 표시하지만, 디지털 오실로스코프는 입력 신호를 A/D 변환하여 디지털 데이...
