로이엔텍 - 오실로스코프 Fundamentals - Part1. 기본 동작 이해하기 / 로데슈바르즈

오실로스코프에 대한 기본 동작에 대해 알아보도록 하겠습니다.

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- OSCILLOSCOPE = OSCILLATION(진동) + SCOPE(보는 기기)

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즉, 오실로스코프는 시간에 따른 전압 신호를 시각적으로 표시하는 장치 입니다.

오실로스코프는 기본적으로 전기적 신호의 시간 경과에 따른 변화를 측정하는 기기입니다.

오실로스코프에 지속적으로 입력되는 신호 중 원하는 부분을 정확히 분석하기 위해서는 입력 신호를 화면의 특정 지점에 고정하기 위한 트리거 기능을 사용해야 합니다. 트리거를 통해 화면에 고정된 파형은 수직 및 수평 제어 기능(X축 : 시간, Y축 : 전압)을 통해 확대 또는 축소되며, 조정된 스케일에 따라 오실로스코프의 디스플레이에 표현됩니다.

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그렇다면 오실로스코프에서 신호를 입력 받기 위해 어떤 방법을 사용할 수 있을까요?

일반적으로 오실로스코프는 외부 신호를 입력받기 위해 프로브라고 부르는 별도 악세서리를 사용합니다.

오실로스코프 시스템에 있어 프로브는 신호의 입력에 절대적인 영향을 주는 요소이며, 입력 신호 및 용도에 따라 사용되는 프로브의 유형도 달라집니다.

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이처럼 오실로스코프는 1) 트리거, 2) 수직, 3) 수평, 4) 디스플레이 를 포함한 4가지 시스템과 입력부로 구성됩니다.

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트리거 시스템 및 트리거 모드

트리거 기능은 대부분의 오실로스코프 동작에 필수적이므로, 오실로스코프를 사용함에 있어 트리거 시스템을 정확히 이해하는 것은 매우 중요합니다. 기본적으로 트리거는 오실로스코프가 신호를 획득하거나 샘플을 수집하기 전의 필요한 조건들을 정의합니다.

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트리거는 다음과 같은 역할들을 수행합니다.

이러한 역할들을 위해 정확한 트리거 설정은 매우 중요합니다. 오실로스코프를 동작함에 있어 정확하지 않은 트리거 설정은 많은 문제들을 야기할 수 있으나, 측정 조건에 따라 알맞은 트리거를 선택하면 보다 간편하고 빠른 측정에 도움을 줄 수 있습니다. 측정 조건에 따라 사용자는 펄스폭, 런트 또는 글리치 등 다양한 트리거 종류를 선택할 수 있으며, 최근의 오실로스코프는 이전보다 더욱 많은 수의 트리거를 지원하고 있습니다. 그 중 오실로스코프 사용에 있어 가장 범용적인 트리거는 바로 엣지 트리거 입니다. 엣지 트리거는 입력된 신호의 상승 엣지 또는 하강 엣지가 사용자가 지정한 임계값과 교차할 때 트리거 이벤트를 발생시키는 용도로 사용됩니다.

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트리거 설정에는 트리거 종류 뿐만 아니라 트리거 모드도 있습니다. 트리거 모드는 트리거 이벤트가 발생하지 않았을 경우의 오실로스코프의 동작을 결정하며, 일반적으로 자동(Auto) 및 표준(Norm) 모드로 구분됩니다.

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수직 시스템

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수직축은 측정된 전압을 시간의 함수로 표시하며, 파형의 크기와 위치를 수직으로 조정하기 위해 사용됩니다. 파형의 표시 및 크기 조정은 입력된 신호를 증폭 또는 감쇠하는 V/div 스케일을 통해 제어되며, 수직 시스템을 구성할 때 한 가지 명심해야 할 것은 화면 내 파형을 최대화할 수 있도록 수직 스케일을 알맞게 조정하는 것입니다. 다시 말해, 파형의 피크 성분이 화면 밖으로 벗어나지 않는 선에서 가능한 화면 내 최상단과 최하단에 가깝게 배치해야 합니다. 이는 오실로스코프 내부의 ADC (아날로그-디지털 변환기)의 비트 성능을 최대로 끌어낼 수 있으며, 수직 스케일을 최대로 하면 파형의 작은 디테일과 특징을 보기도 용이하다는 장점을 가집니다.

Volts/division 수직 스케일이 증가하면 파형이 축소됩니다.

 

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수평 시스템

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수평 시스템에서는 파형 디스플레이 및 샘플 레이트 항목을 고려해야 합니다.

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파형 디스플레이

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수평 시스템의 파형 디스플레이 제어는 시간에 해당하는 수평축과 관련이 있으며, 파형의 수평 스케일 조정 및 수평 위치 변경을 위해 해당 제어 기능이 사용됩니다. 수직 시스템의 V/div 스케일과 마찬가지로, 수평 시스템의 sec/div 스케일은 각 구간 별 시간 길이를 변경하며, 이는 얼마나 많은 신호 주기를 한 화면에 표시할 수 있는지를 결정합니다. 위치 제어 기능을 사용하면 화면 내 파형을 우측 또는 좌측으로 이동할 수 있습니다.

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샘플 레이트

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수평 시스템에서 보다 중요한 부분은 샘플링입니다. 오실로스코프의 수평 시스템은 초당 샘플 또는 모든 샘플링 간격에 대하여 정해진 샘플 레이트에서 입력 신호를 디지털화합니다. 이러한 샘플은 메모리에 저장되며, 샘플이 모여 소위 파형 레코드를 구성합니다.

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Sample Rate x Acquisition Time = Record Length

측정 시간과 샘플 레이트, 그리고 메모리 용량은 불가분의 관계입니다.

 

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샘플 레이트가 높으면 다음과 같은 특징이 있습니다.

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- 화면에 표시되는 수평 해상도가 향상되어 파형을 더 자세하게 볼 수 있습니다

- 간헐적인 이벤트를 포착할 확률이 높아집니다

- 높은 메모리 용량이 필요합니다

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그렇다면 어떤 샘플 레이트를 선택해야 할까요?

입력 신호를 충분하지 않은 속도로 (너무 느리게) 샘플링하면, 샘플 신호를 정확하게 표시하지 못하는 앨리어싱이 발생할 수 있습니다.

디스플레이 시스템

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초창기 아날로그 타입의 오실로스코프는 빛으로 녹색 트레이스를 보여주는 음극선관(CRT) 디스플레이를 사용했습니다. 신호를 분석하거나 측정하기 위해 종종 화면 내 칸을 직접 세어 확인해야 하기도 했습니다.

최신 디지털 오실로스코프는 신호 확대 및 축소, 커서 또는 마커를 사용한 수동 측정 기능 등 다양한 디스플레이 및 측정 기능을 제공합니다. 또한, 최대 전압 또는 Peak-to-peak 전압, 주파수, 상승 및 하강 시간, 슬루율, 파고율, 펄스 카운트 등 폭넓은 자동화 기능을 자랑합니다. 이러한 측정값들을 다수 모아 통계 기반으로 활용할 수도 있습니다. (통계 측정)

위에 설명된 내용은 오실로스코프에 있어 아주 일부분에 불과합니다. 오실로스코프는 다양한 종류의 신호들을 전압으로 변환하여 측정할 수 있어 다양한 계측 분야에 사용되며, 전자 계측에 있어 가장 범용적으로 사용되는 계측 장비 중 하나입니다.

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오실로스코프에 대해 보다 자세한 내용이 궁금하시면 언제든지 연락주시기 바랍니다.

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작성자 : 로데슈바르즈코리아 기술지원팀

이메일 : sales.korea@rohde-schwarz.com

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출처 - https://blog.naver.com/rohdeschwarzkorea/223087749896

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