[그림] 직류 전원 공급기 전면 패널

직류전원공급기의 단자에 대한 설명은 다음과 같다.

1) 전원버튼 : 직류전원공급기의 Power ON/OFF

2) LCD창 : 마스터 채널과 슬레이브 채널 각각에 대한 출력전압, 출력전류 표시

3) 전압조절 다이얼 : 해당하는 채널의 출력전압 크기 조절 (정전압 모드시)

4) 전류조절 다이얼 : 해당하는 채널의 출력전류 크기 조절 (일반적으로 전류 조절 다이얼을 최대로 하고, 전압의 크기를 조절함, 전류 조절 다이얼을 줄일 경우, 전류 크기가 제한을 받게 되고 부하에 따라 전압이 변경됨 – 정전류 모드)

5) 정전압 모드 표시 : 해당 채널이 현재 전압 조절 모드임을 표시 (전류 조절 다이얼 최대 상태)

6) 정전류 모드 표시 : 해당 채널에 전류 제한치의 최대 전류가 흐르고 있음을 표시 ( 출력하고자 하는 전압이 발생하지 않고, 보통 회로가 단락(short) 상태일 때 발생 )

7) 고정출력단자 : 5V, 최대 3A의 고정 전압을 출력하는 단자로 출력 전압 값 표시하지 않음

[그림] 5V 고정 전압 출력

8) +, - , GND 출력 단자 연결

a) 1개의 채널만 사용 : + 출력전압과 –출력전압 단자를 부하 양단에 연결

[그림] 가변 전압 출력

b) 2개의 + 전압 동시 출력 : 공통 접지를 위해 1번 채널과 2번 채널의 GND를 연결하고 각 채널의 – 단자에 연결. 각 채널의 + 단자는 출력전압 발생

[그림] 두 개의 + 전압 동시 사용 시 공통 GND 연결

c) + 전압과 – 전압 동시 출력 : 공통 접지를 위해 1번 채널과 2번 채널의 GND를 연결하고 주 채널의 – 단자에, 부 채널의 + 단자에 연결

주 채널의 + 단자는 + 출력전압, 부 채널의 – 단자는 – 출력전압 발생

[그림] + 전압과 – 전압 동시 사용 방법

d) 직렬 연결에 의한 출력 전압 범위 확대 : 2개의 채널을 직렬 연결함으로써 출력전압의 크기를 최대 60V까지 확대 가능. 이를 위해 Master채널의 - 단자와 Slave 채널의 + 단자를 연결

[그림]  직렬 연결에 의한 전압 출력 확대

• 전류 측정 시에는 DMM이 회로와 직렬 연결되어야 함, 전압/저항 측정 시에는 DMM이 병렬 연결 됨

• 회로에 흐르는 전류가 측정 범위를 넘어서서 흐를 경우, 퓨즈가 단락되는 경우가 발생할 수 있으므로 측정하고자 하는 전류의 범위를 계산한 후, 빨간색 리드를 mA단자 또는 A단자에 연결하여야 한다. 현재 사용하고 있는 DMM은 mA 단자에 연결할 경우 허용전류가 최대 2A까지이고, A 단자에 연결할 경우 최대 10A임을 확인하라.

■ 실험 5.6 전류 측정

1) 전원공급기의 Power를 OFF하고, 전압 크기를 0V로 맞춘다.

2) DC 전원공급기의 Master 채널의 +단자에 빨간색 케이블, - 단자에 검정색 케이블을 연결한다.

3) 브레드 보드에 500옴/5W 시멘트 저항을 삽입한다.

4) DMM을 전류모드로 선택한 후, 빨간색 케이블을 mA 단자에, 검정색 케이블을 COM단자에 연결한다.

5) DMM의 빨간색 케이블을 500옴 저항의 한 쪽에 연결하고, 검정색 케이블을 전원공급기의 검정색 악어클립과 연결한다.

6) 전원공급기의 빨간색 악어클립을 500옴 저항의 남은 쪽에 연결하고, 전압을 점차 키워가면서 전류를 측정한다.

7) 저항에 소모되는 전력을 각각의 경우에 대해 계산하라. 전력 계산식은 다음과 같다.

P=VI=I2R=V2R

[그림] 전류 측정을 위한 DMM 연결도

[표] 저항의 색띠에 지정된 숫자값

 마지막 항의 오차는 금색은 ±5%, 갈색은 ±1%를 나타낸다.

예를 들어 다음과 같은 4색 띠 저항(노랑/보라/빨강/금색)의 값을 읽어 보자.

노랑 4, 보라 7, 빨강 102 금색 ±5% 이므로 4700Ω의 저항이다.

5색대 저항 (빨강색/주황색/보라색/검정색/갈색) 의 경우

빨강 2, 주황 3, 보라 7, 검정 100 갈색 ±1% 이므로 237Ω의 저항이다.

색 띠를 읽는 순서는 그림에서처럼 간격이 좁은 부분이 왼쪽으로 하여 오른쪽으로 읽어 가면 된다.

 만약 DMM과 같은 측정 도구가 있다면 훨씬 더 편하게 저항값을 알아낼 수 있다. 디지털멀티미터를 저항 측정 모드로 선택한 후 검정색 리드를 COM단자에, 빨간색 리드를 V/KΩ 단자에 연결한다. 빨간색 리드와 검은색 리드를 저항 양단에 접촉한 후, LCD창에 적절한 값이 표시되도록 측정범위를 적절히 선택한다.

 도통시험은 대부분의 디지털멀티미터에서 제공하고 있으며 저항 측정 모드를 선택한 후 검정색 리드를 COM단자에, 빨간색 리드를 V/KΩ 단자에 연결한다. 측정범위에서 CONTINUITY 버튼을 선택한다. 빨간색 리드와 검은색 리드를 접촉하면 비프음(beep sound, 삐~~하는 소리)를 들을 수 있으며, 회로가 연결 상태임을 나타낸다.

[그림] 도통 시험을 위한 버튼 및 단자 연결

[그림] 도통 시험을 통한 브레드보드의 연결 상태 파악

 본 교재에서는 PROTEK사의 9902A 디지털멀티미터를 기준으로 하여 DMM의 사용법과 기능을 익힌다. 다음 그림은 디지털 멀티미터의 전면 패널을 보여준다.

[그림] DMM 전면 패널

전면 패널의 버튼 및 단자의 기능은 다음과 같다.

1. 전원버튼 : Power ON/OFF

2. 값 표시창 : 측정된 전압/전류/저항 값 표시

3. 전압/저항 측정단자 – 전압 또는 저항 측정 모드에서 빨간색 리드 연결

4. 공통 단자 – 모든 측정 모드에서 검정색 리드 연결

5. 전류측정단자 – 전류 측정 모드에서 빨간 색 리드 연결 (전류 값의 크기에 따라 적절한 단자에 연결하여야 하며, 만약 큰 전류를 측정하면서 작은 전류 단자에 연결할 경우 후면의 퓨즈가 녹아서 측정이 불가할 수 있음)

6. 직류/교류 선택 – 전압 또는 전류 측정 시 직류값인지 교류값인지 선택

7. 전압측정모드 – 전압을 측정하고자 할 때 버튼 누름

8. 저항측정모드 – 저항을 측정하고자 할 때 버튼 누름

9. 전류측정모드 – 전류를 측정하고자 할 때 버튼 누름

10. 측정 범위 선택 – 측정하고자 하는 값(전압/전류/저항)의 범위를 선택. 만약 범위를 너무 작게 선택하여 측정범위를 벗어난 경우, LCD창의 제일 왼쪽에 1이라는 숫자가 표시됨 -> 측정 범위를 확대하면 측정 결과가 표시됨

예를 들어 500옴 저항을 측정하고자 할 때 200옴 범위를 선택하면 LCD창 제일 왼쪽에 1 이라는 숫자가 표시되고, 이때는 측정범위를 확대하기 위해 우측의 2k옴 범위 버튼을 누르면 그림 1.5.3과 같이 .5003 즉 0.5k옴 (500옴)이 표시된다.

[그림 ] 측정 범위를 넘었을 때 이 그림과 같이 1이 표시된다.

[그림] 적절한 측정 범위를 선택했을 때의 값 표시

따라서 맨 왼쪽에 1만 표시되는 경우 측정 범위를 넘었다는 표시이므로  올바른 값이 나올 때까지 최대치를 점차 높여가며 측정해야 한다.

[그림 2.1.1] 빵판의 외형

 위의 [그림 2.1.1]은 브레드 보드의 형태를 나타낸다. 브레드 보드는 전자부품이나 IC를 꽂을 수 있도록 많은 구멍이 뚫려 있다. 이러한 구멍끼리는 연결된 부분과 연결되지 않은 부분으로 구성되어 여기에 사용자가 원하는 회로를 결선할 수 있다.

 원하는 부분에 부품들을 삽입한 후, 결선하고자 하는 부위에 그림 1.2의 점퍼선을 이용하여 그림 1.3과 같이 최대한 간단하게 줄여서 연결한다.

[그림 2.1.?] 빵판의 내부 연결도

기판 내부에 연결된 부분은 위 그림에 나타나 있다. 실선으로 표시된 부분이 기판 내부에서 연결된 부분을 나타낸다. 가로로 길게 되어 있는 선은 전원선을 위한 부분으로 일반적으로 붉은 선에 Vcc를 파란 선에 GND를 연결한다. 세로선은 부품을 삽입하여 회로를 결선하기 위한 부분으로 약 5～6 hole 정도가 연결되어 있다. 따라서 어떠한 제어계측 회로를 설계할 때, 부품들을 납땜으로 연결하지 않고도 브레드보드에 삽입하고, 전선으로 연결함으로써 설계한 시스템을 시험해 볼 수 있다. 또한 회로 설계를 변경하고자 하는 경우 간단하게 부품을 빼 내고, 연결을 바꿀 수 있기 때문에 시험 단계에서 브레드보드를 주로 사용한다.

• 출력 주파수 대역 : 0.1Hz - 3MHz

• 출력 파형은 정현파, 삼각파, 구형파 등으로 가변 가능

• TTL LEVEL 의 구형파 출력 기능

• 전압 크기 제어(Vpp=10V)

• 구형파 듀티 비 제어

• 출력 파형 ON/OFF 제어

• 최대 감쇄비는 55dB 까지 감쇄

• 출력 주파수를 6 DIGIT 녹색 LED에 표시

그림 3.1은 본 실험에서 사용하는 함수 발생기의 전면부를 보여준다.

[그림]함수 발생기 전면부

각 부분의 기능에 대한 설명은 다음과 같다.

1) Main Display

• 7 Segment LED : 주파수 표시

• TTL 표시 : TTL 출력 상태 표시

• 파형 표시 : 정현파, 구형파, 삼각파 중 출력 파형 형태 표시

• 주파수 표시 : 출력 주파수 단위 (MHz, kHz, Hz) 표시

[그림] 그림 3.2 함수발생기의 발생 파형

2) 입력 키

• Waveform Key : 정현파, 구형파, 삼각파 중에서 파형 선택

• TTL 동작 : TTL 출력 선택

• 숫자 키 : 주파수 선택

• 주파수 단위 선택 : 주파수 단위 (MHz, kHz, Hz) 선택

• 커서 선택 : 주파수 수정을 위해 커서 이동

3) 주파수 조정 노브 : 주파수 증가 감소 조정 노브

4) TTL 출력 : BNC 케이블을 통해 TTL 신호를 출력한다. TTL 신호는 디지털 소자의 입력신호롤 사용되며 0～5V 크기의 구형파 펄스이다. TTL 출력으로는 전압의 크기 조절이 불가능하며, 삼각파나 정현파와 같은 형태의 파형은 출력되지 않는다. TTL출력에서는 파형의 주파수만 조절 가능하다.

[그림] TTL 출력파형

5) 메인 출력 : BNC 케이블을 통해 정현파, 구형파, 삼각파 형태의 다양한 파형을 출력할 수 있다. TTL출력과 다르게 파형의 크기, 형태와 오프셋도 조절 가능하다.

[그림] Main 출력 단자를 통한 1kHz, ±10V구형파 발생

[그림] Main 출력을 통한 삼각파, 정현파 발생

6) 크기 조절 : Main 출력 단자를 통해서 파형을 발생시킬 때 파형의 크기를 조절 할 수 있다.

7) DC offset 조절 : Main 출력 단자를 통해 파형을 발생시킬 때 파형의 오프셋을 조절할 수 있다. 기본적으로는 오프셋 전압은 0V로 파형은 +전압의 크기와 – 전압의 크기가 동일하게 발생한다. 그림의 경우 파형의 최대-최소 크기가 10V이며 오프셋이 0V인 ±5V의 정현파가 발생하고 있다. 오프셋 단자를 당겨서 돌리면 DC offset전압을 인가할 수 있게 되고 그림과 같이 오프셋을 5V를 인가할 경우 파형이 0～10V의 크기를 갖는 정현파로 바뀌게 된다.

[그림] 크기 및 DC offset 조절

이 노브를 밀어서 집어넣으면 offset은 기본 설정값으로 돌아가는데 파형의 중간이 0V가 된다. 다시 조절하려면 당겨서 뺀후 조절하면 된다.

8) 듀티 비 조절 : Main단자의 구형파 출력 또는 TTL출력의 경우, 기본적으로는(노브가 밀어서 들어가 있는 상태에서는) 듀티 비가 50%로 설정되어 있다. 즉 + 전압 발생 시간과 –전압의 발생시간이 동일하다. 하지만 듀티비 조절 단자를 당겨서 돌릴 경우 + 전압의 시간과 – 전압의 시간을 상이하게 할 수 있으며 이를 듀티 비 조절이라고 한다.

[그림] 듀티비 조절

9) Shift Key : 입력 키 버튼의 2번째 기능 (파란색 글씨)을 선택하고자 할 때 Shift Key를 누르고 해당하는 입력 키를 누른다.

10) Output ON/OFF 키 : 출력 파형의 On/Off를 제어할 수 있는 버튼으로 OUTPUT ON이 되어 있을 경우에만 출력 파형이 발생한다.

커서의 위치는 커서 메뉴가 표시된 상태에서 입력 노브를 돌려 선택된 커서를 이동할 수 있다.

[표] 수동 커서 모드

3.8.2 추적 모드

추적 모드에서는 화면에 두 개의 크로스 헤어 커서가 나타난다. 커서의 크로스 헤어는 자동으로 파형 위에 위치하며, 입력 노브를 돌려 파형 위의 선택된 커서 수평 위치를 조정할 수 있다. 오실로스코프는 상자 안의 좌표 값을 화면 상단에 표시한다.

커서 추적 모드에서 커서는 선택된 파형을 따라서 움직인다.

[표] 추적 모드

3.8.3 자동 측정 모드

자동 측정 커서 모드는 자동 측정이 켜져 있는 동안에만 사용 가능하다. 오실로스코프는 가장 최근에 사용한 자동 측정에 해당하는 커서를 표시하고, Measure(측정) 메뉴에서 선택된 자동 측정이 없는 경우는 표시되는 커서가 없다.

트리거 컨트롤에서 50% 버튼을 누르면, 트리거 레벨이 파형의 중앙에 설정되는 것을 볼 수 있으며, 트리거 레벨 노브를 이용하여 트리거 레벨을 이동할 수 있으며, 트리거 레벨이 파형의 범위를 벗어나면, 파형이 정확하게 표시되지 않음을 볼 수 있다.

트리거 Mode/Coupling 버튼을 누르면 아래 그림과 같이 트리거 메뉴가 활성화 된다.

[그림] 트리거 메뉴

오실로스코프는 에지, 펄스 및 비디오의 3가지 트리거 모드를 제공한다. 에지 트리거는 아날로그 및 디지털 회로에 대해 사용할 수 있으며, 에지 트리거는 트리거 입력이 지정된 슬로프를 가지는 지정된 전압 레벨을 통해 전달될 때 발생하다. 펄스 트리거는 일정 펄스 폭을 가지는 펄스를 찾기 위해 사용된다. 비디오 트리거는 표준 비디오 파형의 필드나 라인에서 트리거링하기 위해 사용된다.

3.7.1 에지 트리거

파형의 상승 또는 하강 에지에서 트리거링 하는 방식으로 트리거 레벨 컨트롤에 의해 트리거링이 발생할 때의 전압 지점을 결정한다.

[표] 에지 트리거 메뉴 버튼

3.7.2 펄스 트리거

메뉴에서 정의된 값과 일치하는 펄스가 파형 안에서 발견된 경우에 발생한다.

3.7.4 비디오 트리거

NTSC, PAL 또는 SECAM 표준 비디오 파형의 필드나 라인에서 트리거링 하기 위해 사용되며, 비디오가 선택되면 트리거 커플링은 AC로 설정된다.

[표] 비디오 트리거 메뉴 버튼