Electronics and Informatics / How to use an Oscilloscope
How to use an Oscilloscope
오실로스코프란
오실로스코프는 전기신호가 시간에 따라 변화해가는 것을 시각적으로 표시할 수 있는 장치이다.
우리의 주변에는 텔레비전이나 오디오 장치 등과 같이 상당히 많은 전기제품이 존재한다. 이것들의 장치의 내부에는 전자회로가 있으며, 이 전자회로에 전기신호가 흐름으로써 장치를 움직이고 있다. 그러나 이 전기신호는 보통 눈으로는 볼 수 없다. 게다가 자연계에서 일어나는 현상에 따른 물리의 변화는 측정기를 통해 전기신호로 변환될 수 있다. 이러한 현상도 관측 가능해진다.
오실로스코프는 이 전기신호가 시간과 함께 어떻게 변화하고 있는지를 눈에 보이는 형태로 표시하는 측정기이다. 전기신호를 지침이 움직이는 전압계에 연결해도 전기신호의 크기 변화를 알 수 있지만 오실로스코프는 이 전기신호가 시간과 함께 변화하고 있는지를 시각적으로 표시할 수 있는 장치이다.
오실로스코프에 입력되는 전기신호는 전압이다. 따라서 전압의 형태로 출력되는 신호라면 그 변화를 오실로스코프로 표시할 수 있다. 예를 들면 온도, 습도, 속도, 가속도 등도 여러 가지 센서(여러 현상을 전기 신호로 바꾸는 소자)를 사용하면 오실로스코프로 그 변화의 모습을 표시할 수 있다. 또한 전류도 측정할 수 있다. 저항에 전류를 흐르게하여 전압이 발생하는 (전압 강하) 것을 이용하면 간단하게 측정할 수 있다.
따라서 오실로스코프는 전기전자 분야 뿐만 아니라 많은 분야에서 사용되고 있는 측정기인데, 특히 전기전자 분야에서는 그 사용빈도가 높아 일렉트로닉스 엔지니어에게는 필수적인 측정기라고 해도 무방하다.
오실로스코프의 종류
오실로스코프에는 디지털 오실로스코프와 아날로그 오실로스코프가 있다. 디지털 오실로스코프와 아날로그 오실로스코프의 측정원리는 똑같으며 기본적인 취급은 동일하다. 다만 아날로그 오실로스코프는 파형이 예쁘게 보이는 반면, 디지털 오실로스코프는 A/D 컨버터의 변환비트 수가 8비트(256 분할) 정도일 경우에는 파형이 상당히 들쭉날쭉해 보인다.
디지털 오실로스코프의 원리
디지털 오실로스코프는 입력신호를 한번 샘플링 클럭으로 A/D 변환하여 디지털 신호로서 메모리에 축적한다. 메모리에 축적된 디지털 데이터를 읽어내고 가로축은 샘플링 클럭에 의해서 정해지는 시간, 세로축은 입력 신호를 A/D 변환한 값으로서 액정 디스플레이등에 표시한다.($[Fig.\,1]$) 이러한 조작은 모두 내장된 마이크로프로세서(uP 또는 CPU)에 의해서 행해지기 때문에 다기능의 오실로스코프 구성이 가능하다. 기존 고속 CPU나 메모리 등이 고가였기 때문에 디지털 오실로스코프는 고가였지만, 최근에는 이들 소자의 저가격화·대용량화와 함께 비교적 저가격으로 고기능 오실로스코프 입수가 가능해졌다. 오히려 브라운 오실로스코프(아날로그 오실로스코프)가 더 비싼 것이 현 상황이다. 또한 브라운관을 필요로 하지 않기 때문에, 부피가 작고 경량인 등의 특징이 있다.
$[Fig.\,1]$ 디지털 오실로스코프의 기본구조
아날로그 오실로스코프의 원리
$[Fig.\,2]$ 전계에 따른 전자빔의 편향
$[Fig.\,2]$는 브라운관의 원리도이다. $K$, $G$, $A_1$, $A_2$ 부분은 전자총이라고 불리는 부분으로, 이 부분에서 전자빔을 만들어내고 가속, 집속하여 형광면 $S$에 고속도의 전자빔을 충돌시킴으로써 형광면의 1점을 발광시키기 위한 전극이다.
단, 이대로는 형광면의 1점이 빛날 뿐이지만 전극 $D_1$, $D_2$ 사이 및 $D_3$, $D_4$ 사이에 전압을 가함으로써 이 전자빔을 상하(전극 $D_1$, $D_2$) 또는 좌우(전극 $D_3$, $D_4$)로 이동시킬 수 있게 된다. 즉 형광면상의 빛나는 점의 위치가 이동하게 된다. 이동하는 양은 이 전계의 크기 및 방향에 따라 변화한다.
$[Fig.\,3]$ 톱니파 전압의 시간 변화
아날로그 오실로스코프는 $[Fig.\,2]$와 같은 전계에 의한 편향방식을 이용하고 있지만 시간에 대해서 어떻게 전압이 변화하고 있는지를 보는(전압파형 관측 등) 경우는 $D_3$, $D_4$ 사이에 톱파전압($[Fig.\,3]$)을 가하여 브라운관면을 향해 왼쪽에서 오른쪽으로 전자빔을 흔들면서 동시에 $D_1$, $D_2$ 사이에 측정전압을 가한다. 이로 인해 파형을 관측할 수 있다.