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오실로스코프(Oscilloscope)는 측정하고자 하는 지점의 신호를 입력받기 위해 프로브(Probe)를 사용합니다. 오실로스코프와 함께 사용되는 프로브는 패시브 프로브, 액티브 프로브, 디퍼런셜 프로브, 니어필드 프로브 등 다양한 타입이 있으며, 모두 전압을 기반으로 동작한다는 공통점을 가지고 있습니다. 전압이 아닌 전류 측정을 위해 사용되는 전류 프로브도 마찬가지로 측정 대상인 전류를 전압으로 변환하여 오실로스코프에 전달합니다. 다양한 전류 프로브 중 전류에 의해 생성된 전자기장을 측정하는 클램프 방식이 범용적으로 사용됩니다.
클램프 방식의 전류 프로브는 코어(Core)를 통해 전류가 흐르는 도체 주변을 감싸는 비접촉 방식을 사용하기 때문에 측정하려는 회로를 분리하거나 변경할 필요가 없습니다. 일반적으로 AC 전류와 DC 전류 측정을 모두 지원하며, 각 측정을 위한 별도의 메커니즘을 가지고 있습니다. (일부 전류 프로브 제품은 DC 측정을 지원하지 않을 수 있습니다.)
- AC 전류 : 도체에 흐르는 전류의 변화에 의해 생성된 전자기장을 측정합니다. 전자기장에 해당하는 전압을 생성하기 위해 Current Transformer를 사용합니다. 단, 클램프에 표기된 전류 방향과 측정하는 도체에 흐르는 전류 방향은 같아야 합니다.
- DC 전류 : Hall Effect 센서를 이용하여 DC 부근의 전류를 측정합니다. Hall Effect 센서 동작을 위해 별도의 전원 공급이 필요하며, 전류 프로브가 일반적으로 액티브 프로브로 분류되는 이유입니다.
전류 프로브를 선택할 때에는 전류를 전압으로 변환하는 비율을 결정하는 Sensitivity를 고려해야 합니다. 전류 프로브의 Sensitivity는 V/A 단위를 사용하며, 이 값이 클수록 측정하는 전류에 상응하여 생성되는 전압의 크기가 높아집니다. 예를 들어, R&S의 RT-ZC31 전류 프로브는 최대 10 V/A의 Sensitivity를 가지고 있어, 1 A의 전류를 측정할 때 10 V의 전압을 생성합니다. 높은 Sensitivity는 작은 전류를 측정하는 데 적합할 수 있으며, 오실로스코프의 Sensitivity와 함께 측정 가능한 최소 전류를 결정하는 요소입니다. 그와 반대로 높은 전류를 측정하기 위해서는 Sensitivity가 낮은 전류 프로브가 적합할 수 있고, 0.001 V/A의 Sensitivity를 가진 R&S RT-ZC02 프로브 모델의 경우, 최대 2,000 A의 Dynamic Range를 가지고 있습니다. 그러므로, 측정하고자 하는 전류의 범위에 따라 적절한 Sensitivity를 가진 전류 프로브 선택이 필요합니다. 작은 전류와 큰 전류를 번갈아 측정해야 하는 경우, 여러 개의 Sensitivity를 지원하면서 스위칭이 가능한 전류 프로브를 선택할 수 있습니다.
클램프 방식의 전류 프로브를 선택할 때 반드시 고려해야 하는 것은 바로 클램프의 직경입니다. 전류 프로브 제품들은 저마다의 직경 크기를 가지고 있고, 해당 직경에 따라 측정 가능한 최대 도체 크기가 결정됩니다. 전류 프로브의 Sensitivity를 향상시키기 위한 방법으로 측정하고자 하는 도체를 클램프에 여러 번 감는 방식을 사용할 수 있습니다. 이 경우, 전류 프로브의 Sensitivity는 감는 회수(N)에 선형적으로 향상되며 (e.g. N loops = N x sesitivity 향상), 클램프의 직경 크기가 더욱 중요할 수 있습니다.
로데슈바르즈의 전류 프로브 제품군
RT-ZC02 / RT-ZC03 / RT-ZC05B / RT-ZC10 / RT-ZC10B / RT-ZC15B / RT-ZC20 / RT-ZC20B / RT-ZC30 / RT-ZC31
== 전류 프로브 선택 가이드 시리즈 게시물 ==
로이엔텍 - 오실로스코프 프로브 선택 가이드 - 전류 프로브 Part 2 / 로데슈바르즈
지난 포스팅에서는 오실로스코프에 사용되는 전류 프로브가 전류를 측정하는 원리와 전류 프로브를 선택할 때 고려해야 하는 Sensitivity와 클램프 직경에 대해 알아보았습니다. 이번 포
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