[첨단 헬로티]

1. 실험 목적

① 오실로스코프 사용법을 익힌다.

② 주기, 주파수 측정법을 익힌다.

③ 진폭과 위상차의 측정법을 익힌다.

2. ‌아날로그 오실로스코프(6506의 패널과 기능(2CH용))

▲ 그림 1. 부귀환의 회로

▲ 그림 2. 6506의 뒷면 패널

(1) 오실로스코프 구분

① 화면(CRT) 조정 및 전원부

▲ 그림 3.

② 수직축 조정부

▲ 그림 4.

③ 수평축 조정부                       

▲ 그림 5.

④ 소인 및 동기 조정부

▲ 그림 6.

(2) 각부 기능별 설명

1) 화면 조정 및 전원부

① ‌POWER SWITCH：전원을 끄거나 켜는 스위치(ON/OFF)

② POWER LAMP：전원 SW ON시 LED 점등

③ INTENSITY 

▶ 시계방향으로 돌리면 휘도가 밝아짐 

▶ 전원을 넣기 전에 반시계 방향으로 끝까지 돌려서 사용

▲ 그림 7.

④ FOCUS：CRT상의 표시되는 선의 굵기 조정

⑤ TRACE ROTATION 

▶ ‌수평 휘선이 지자기의 영향으로 수평 눈금에서 기울어짐을 보정

⑥ SCALEILLUM：CRT면의 눈금을 밝게 해 줌

▶ 시계방향 ? 밝아짐,  반시계 방향 ? 어두워짐

 FUSE(뒷면 패널)

▶ HOLDER 전원 전압 절환기

▶ 오실로스코프에 공급되는 전원을 선택

2) 수직축 조정부

 CH1 INPUT(X) 

▶ ‌수직 입력용 BNC 커넥터, X-Y 오실로스코프 사용시 X축 신호

 CH2 INPUT(Y) 

▶ ‌수직 입력용 BNC 커넥터, X-Y 오실로스코프 사용시 Y축 신호

주의 : 다른 모델에서는 CH1(Y), CH2(X)인 경우도 있음.

  

▲ 그림 8.

 AC-GND-DC：입력 신호와 수직축 증폭기의 결합 방식

▶ ‌AC：콘덴서를 통해 접속, 입력 신호의 직류 성분 차단, 교류 성분만 통과

▶ ‌GND：수직축 증폭기의 입력이 접지됨, 수직 기준 설정시 이용

▶ ‌DC：직접 접속됨, 입력 신호의 직류 성분을 포함하여 그대로 표시

▲ 그림 9.

：VOLT/DIV 

▶ 수직축 편향 감도를 절환하는 스텝 감쇠기

▶ 입력 신호의 크기에 따라 관측하기 쉬운 범위 설정

주의 : 10：1 프로브와 함께 사용하면 10배로 환산해야 함.

：VARIABLE

▶ 수직축 편향 감도를 연속 가변하는 미세 조정기

▶ 화살표의 반대 방향으로 돌리면 1/2.5 이하로 감쇠됨.

▶ 2현상을 측정시 파형을 비교할 때 사용

▶ 방형파의 상승을 관측할 경우 사용

▶ ‌일반적으로 화살표 방향(시계방향)으로 끝까지 돌려서 사용

×5 MAG：수직축의 이득을 5배로 확대(최대값：1mV/div)

 POSITION：CRT 상의 휘선을 상하로 이동

 INVERT：CH2에 인가된 신호의 극성을 반전시킴.

▶ ‌CH1과 ADD 기능을 이용하여 차 신호(CH1-CH2)을 얻을 수 있음.

▲ 그림 10.

 CH1：CH1에 가해진 신호만 CRT에 나타낼 때 

 CH2：CH2에 가해진 신호만 CRT에 나타낼 때

 DUAL(CH1, CH2를 동시에 누름)：CH1,CH2 신호를 동시에 표시

 ADD：CH1과 CH2에 인가된 각 입력 신호의 대수 합 및 차(INVERT 이용시)의 신호가 나타나도록 함.

 ‌CH1 SIG OUT(뒷면 패널)：주파수 카운터 등에 사용하는 신호 출력 단자

▶ ‌CH1의 입력 신호를 약 20mV/DIV의 진폭으로 출력함(50Ω 사용시)

3) 수평축 조정부

 

▲ 그림 11.

⑮ ‌SWEEP TIME：0.1(μs/div)∼0.2(s/div) (20단)으로 절환할 수 있음.

⑪ ‌X-Y：X-Y 오실로스코프로 사용, 입력 신호 CH1(X축), CH2(Y축)

주의 : 다른 MODEL에서는 CH1(Y축), CH2(X축)인 경우도 있음.

⑫ SWEEP VARIABLE 

▶ ‌화살표 방향(시계방향)으로 다 돌리면 TIME/DIV 고정(CAL에 위치)

▶ 반 시계방향으로 돌리면 1/2.5 이하로 늦어짐 

⑭ ‌↔ POSITION：오른쪽 회전 → 오른쪽으로 이동, 왼쪽 회전 → 왼쪽으로 이동

▲ 그림 12.

⑨ ‌×10 MAG：시간축을 10배로 확대 표시(TIME/DIV：10배로 표시)

⑬ TRACE. SEP.：(×10 MAG ↔ ×5 MAG)의 상호 변환

⑧ ‌ALT-MAG：⑨의 기능에 의한 변환 신호와 원 신호를 동시에 표시

4) 소인 및 동기 조정부

⑱ SOURCE：SWEEP 동기 신호원을 선택

▶ ‌INT：CH1 또는 CH2에 인가된 입력 신호가 동기 신호원이 됨.

▶ ‌CH2：CH2에 인가된 입력 신호가 동기 신호원이 됨.

▶ LINE：전원 주파수(60Hz)가 동기 신호원이 됨.

▶ ‌EXT：TRIG에 인가된 외부 동기 신호가 동기 신호원이 됨. 

▲ 그림 13.

⑰ ‌TRIG. LEVEL：트리거 레벨을 설정해서 파형의 어느 부분에서 스위프를 시작하느냐를 결정함. ⑩의 기능인 SLOPE의 기능과 같이 사용

⑯ TRIG. MODE 

▶ AUTO：자동 동기 SWEEP(평상시 사용)

▶ ‌NORM：저주파 신호시 동기 SWEEP(25Hz 이하에서 사용)

▶ ‌TV-H：TV 신호의 수평 동기시, (-) 극성일 때만 동기됨.

▶ ‌TV-V：TV 신호의 수직 동기시, (-) 극성일 때만 동기됨.

⑩ SLOPE：동기 극성을 설정

▲ 그림 14.

 Z-AXIS(뒷면 패널)：외부 휘도 변조용 입력 단자

▶ (+) 신호시 휘도 저하, (-) 신호시 휘도 증가

⑦ ‌CAL. 0.5V：1kHz, 0.5Vp-p의 교정용 방형파의 출력 단자

▶ 프로브를 이용하여 CRT상의 전압을 교정하는데 사용

⑲ EXT INPUT：SWEEP 외부 동기 신호용 입력 단자

 GND：접지용 단자(접지는 다른 접지와 공통으로 이용)

▲ 그림 15.

3. 실험

오실로스코프로 신호를 관측하기 위해서는 다음과 같은 3가지 방법이 있다.

① 전선을 이용하는 방법

② 동축 케이블을 이용하는 방법

③ 오실로스코프 전용 프로브(probe)를 이용하는 방법

(1) 전선을 이용하는 방법

이 방법은 간단한 방법이지만 측정하고자 하는 신호가 고 레벨 신호이거나 저 임피던스 회로(예로서 TTL 회로)일 경우에만 사용할 수 있다. 이 때는 오실로스코프의 접지 단자와 측정 대상의 접지 부분 사이에 접지선을 연결해야 한다.

그러나 전선이 SHIELD 되어 있지 않으므로 잡음이 탈 경우, 저 레벨 신호 측정시 측정이 곤란하게 될 수도 있다. 전선은 오실로스코프의 커넥터에 연결하기 힘드므로 BNC용 바인딩 어댑터를 사용하는 것이 좋다.

▲ 그림 16. 전선을 이용하는 방법

(2) 동축 케이블을 사용하는 방법

이 방법은 측정 대상에 출력 커넥터가 달려 있을 때 사용하는 가장 일반적인 방법이다.  동축 케이블의 SHIELD 피복은 외부의 잡음을 방지해 주므로 정확하게 측정을 할 수가 있다. 동축 케이블은 대체로 양단에 BNC 커넥터가 달려 있으며 각 용도에 따라 여러 가지의 형태가 있다. 필요에 따라 알맞은 것을 사용하면 된다.  

고주파 신호를 측정할 때는 측정 신호원의 임피던스와 동일한 값의 임피던스를 가진 터미네이터를 사용해야 하며 동축 케이블도 터미네이터(terminator)와 임피던스 정합이 되어야 한다. 긴 케이블을 사용할 시에도 위의 방법을 사용하면 측정 신호에 영향 없이 정확하게 측정할 수 있다. 

▲ 그림 17. 동축 케이블의 종류와 사용 방법

(3) 오실로스코프용 프로브(PROBE)를 사용하는 방법

회로 상에서 측정을 할 때는 PROBE를 사용하는 것이 가장 좋다. 프로브에는 ×1(직접 연결) 위치와 REF 위치와 ×10(감쇠) 위치가 있는데, ×10 위치에서는 오실로스코프/프로브의 입력 임피던스가 증가되어 입력 신호가 1/10로 감쇄되므로 측정 단위(VOLT/DIV)를 10배로 곱해야 한다(예로서 50mV/DIV에서는 50mV×10=0.5V가 된다). 

오실로스코프의 프로브도 역시 SHIELD된 선을 사용하므로 잡음을 방지할 수 있다. 동축 케이블을 사용하여 측정하고자 할 때에는 신호원의 임피던스, 최고 주파수, 케이블의 용량을 정확히 알아야 하는데, 이러한 것을 알 수 없을 때에는 ×10의 프로브를 사용하는 것이 좋다.   

▲ 그림 18. 오실로스코프용 프로브(HC-OP20)

▲ 그림 19. 다른 모델의 형태와 각 용어

   

[실험 1] 초기 동작 설정

주의 : 초기 설정은 모델마다 다를 수 있다. 여기서는 6506 모델을 예로 든 것이다. 

① POWER：OFF

② INTENSITY：반시계 방향으로 끝까지 돌린 후 약간 시계방향으로 돌린다.

③ FOCUS：중앙에 위치

▲ 그림 20.

④ AC-GND-DC：GND(CH1, CH2)

⑤ CH1, CH2 VOLT/DIV(0.5V)로 조정한다.

⑥ ‌VAR(VOLT/DIV)：화살표 방향(시계방향)으로 끝까지 돌린다(고정).(주의)

⑦ ↕POSITION：중앙(×5MAG OFF)

⑧ MODE：(CH1, ADD, CH2)의 CH1을 누름 

▲ 그림 21.

⑨ TRIG. MODE：AUTO

⑩ TRIG. SOURCE：INT

⑪ TRIG. LEVEL：중앙

⑫ ↔POSITION：중앙(×10 MAG OFF)

⑬ SLOPE：PULL(나온 상태) 상태

⑭ TIME/DIV(0.5ms)로 조정한다. 

⑮ ‌SWP VAR(TIME/DIV)：화살표 방향(시계방향)으로 끝까지 돌린다(고정).(주의)

▲ 그림 22.

[실험 2] 화면 조정부 실험(초기 설정 후 POWER：ON)

(1) INDENSITY를 조정해 보자.

시계방향으로 돌리면 밝아지고, 반 시계방향으로 돌리면 어두워진다. 실험자가 보기 좋은 밝기로 조정하자.

(2) FOCUS를 조정해 보자.

시계방향과 반 시계방향으로 돌리면 CRT상의 선이 넓어지면서 흐려질 것이다. 가장 선명하게 보인 상태로 조정하자.

(3) TRACE ROTATION를 작은 드라이버로 돌려 보자.

CRT 상에 나타나는 선이 기울어질 것이다. 수평인 상태로 재조정하자.

주의 : 이 부분은 돌리지 않는 것이 좋다.

(4) SCALEILLUM을 조정해 보자.

CRT상의 상 하단에서 불빛이 보일 것이다. 이 기능은 어두운 곳에서 실험하기 위한 기능이다. 밝은 곳에서는 사용하지 않는 편이다.

<참고> DC와 AC값의 CRT상 표시 • CRT(브라운관;cathode ray tube)  • DC(직류;direct current), AC(교류;alternating current)

(1) 정현파(Sinusoidal wave)

▲ 그림 23. CRT상의 정현파

(2) 삼각파(Triangular wave)

▲ 그림 24. CRT상의 삼각파

(3) 구형파(방형파 ; rectangular)

▲ 그림 25. CRT상의 구형파

[실험 3] 오실로스코프용 프로브(probe) 사용법(초기 설정 후)

① ‌프로브의 커넥터를 오실로스코프의 CH1 INPUT 단자에 연결한다.

② ‌프로브 (+)단자(팁 또는 클립)를 오실로스코프의 CAL 0.5V에 GND 클립을 GND에 연결한다(GND 단자는 연결하지 않아도 된다).

③ 오실로스코프의 전원 스위치를 ON시킨다.

④ VOLT/DIV(0.5V), TIME/DIV(0.5ms)로 조정한다.

⑤ CH1을 (AC, GND, DC)을 AC로 옮긴다. 

⑥ ‌프로브 (×1)상태에서 파형 관측：프로브를 ×1 상태에 이동시킨다.

▲ 그림 26.

해설: 전압이 0.5Vp-p이고 주파수 및 주기가 1ms(주파수가 1kHz)이다.

주의 : 오실로스코프로 측정시에는 정확하게 CRT상에 0.5Vp-p 전압과 1ms 주기가 되도록 설정해 주어야만 정확하게 측정값을 얻을 수 있다.

⑦ CH1의 VOLT/DIV(0.1V)로 조정한다.

⑧ ‌프로브(REF) 상태에서 파형 관측：프로브를 REF 상태에 이동시킨다. 

⑨ ‌프로브(×10) 상태에서 파형 관측：프로브를 ×10 상태로 이동시킨다.

▲ 그림 27.

      

해설: ×10 상태에서는 CRT에 보인 전압은 0.1Vp-p로 10배 감소되었다.

⑩ CH1의 VOLT/DIV(0.2V)로 조정한다.

⑪ ‌프로브의 보정기를 조정하여 보정 용량이 과소 상태로 조정하자.

⑫ 프로브의 보정기를 조정하여 최적 보정 상태로 조정하자.

⑬ 다시 보정기를 조정하여 보정 용량 과다 상태로 조정하자.

⑭ ‌다시 보정기를 조정하여 최적 보정 상태로 한다.(최적 상태에서 사용)

▲ 그림 28.

[실험 4] 오실로스코프 수직축 조정부 실험(동축 케이블을 이용)

(1) (AC, GND, DC) 기능

(초기 설정과 [실험 3]의 ①∼③의 과정을 한 후)

▲ 그림 29. VOLTS/DIV：0.5V, TIME/DIV：0.5ms

① CH1의 VOLTS/DIV → 0.5V, TIME/DIV → 0.5ms

② CH1의 (AC, GND, DC) → AC

③ CH1의 (AC, GND, DC) → GND

④ CH1의 (AC, GND, DC) → DC

⑤ CH1의 (AC, GND, DC) → GND

해설: DC 값이 0.25V임을 알 수 있다. 

(2) ×5 MAG의 실험

(초기 설정과 [실험 3]의 ①~③의 과정을 한 후)

① CH1의 VOLTS/DIV → 0.5V, TIME/DIV → 0.5ms

② CH1의 (AC, GND, DC) → AC

③ CH1의 ×5 MAG → PUSH 

해설: 실제적으로 전압은 변동이 없지만 CRT상에서만 증가 상태로 보이는 것임. 측정시 주의 요함.

④ CH의 ×5 MAG → PULL

⑤ CH1의 (AC, GND, DC) → GND

▲ 그림 30. VOLTS/DIV：0.5V, TIME/DIV：0.5ms

(3) VOLTS/DIV VARIABLE 실험

(초기 설정과 [실험 3]의 ①∼③의 과정을 한 후)

① CH1의 VOLTS/DIV → 0.1V, TIME/DIV → 0.5ms

② CH1의 (AC, GND, DC) → AC

③ CH1의 VOLTS/DIV VARIABLE → 외쪽 끝까지 회전

해설: ①은 ②에 비해 CRT 상에 전압이 2.5배 줄어듬.

④ ‌CH1의 VOLTS/DIV VARIABLE → 오른쪽 끝까지 회전

⑤ CH1의 (AC, GND, DC) → GND

▲ 그림 31. VOLTS/DIV：0.1V, TIME/DIV：0.5ms

* ‌전자기술이 2018년 2월호부터 전자공학을 전공하고 연구하시는 학생과 연장에서 활동하는 엔지니어, 연구원을 위해 성안당의 <공학도를 위한 기초 회로 실험>을 연재합니다.  <편집자 주>