• 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

[그림] 수평축 제어

2.6.1 수평 메뉴

Main/Delayed 버튼을 누르면 관련 메뉴가 나타난다. 다음 그림은 화면 아이콘 설명과 컨트롤 표시자를 보여준다.

2.6.2 지연 스위프 (Delayed Sweep)

지연 스위프는 주 파형 창의 일부분을 확대하기 위해 사용된다. 파형의 보다 세부적인 분석을 위해 지연 스위프를 사용하여 주 파형 창의 위치를 지정하고 일부를 확대할 수 있다.

※ 지연 스위프 타임 베이스 설정은 주 타임 베이스 설정보다 느리게 설정할 수 없음

[그림] 지연 스위치 창

Main/Delayed 메뉴를 활성화 한 후, Delayed 버튼을 눌러 ON 시키면 그림 2.12와 같이 화면이 두 부분으로 분할된다. 디스플레이의 상단 부분은 메인 파형을 보여주고 있으며, 하단은 두개의 블록에 의해 가려지지 않은 부분을 확대해서 나타낸다. 이 모드에서 수평 위치 및 스케일 노브는 지연 스위프 창의 크기와 위치를 제어한다. 주 타임 베이스를 변경하려면 지연 스위프 모드를 꺼야 한다.

2.6.3 X-Y 형식

이 형식은 두 파형의 위상 상관 관계를 연구하기 위해 유용하다. 일반적으로는 X축이 시간,  Y축이 파형의 크기를 나타내는데, X-Y형식으로 표시하면, X축에 채널 1의 크기가 Y축에 채널 2의 크기가 표시된다. 오시로스코프 화면에는 파형 데이터가 점으로 표시되며, 예를 들어 90도 위상차를 갖는 정현파를 채널 1과 채널 2에 입력할 경우, 완전한 형태의 원이 그려진다. 샘플링 속도는 기본 1MSa/s이며, 2kSa/s～100MSa/s 범위에서 변경 가능하다.

[그림] X-Y 디스플레이 형식

• DC커플링은 실제 파형을 그대로 표시한다,

• AC 커플링은 DC 오프셋(offset) 전압을 제거한 교류 파형을 나타낸다.

• 마지막으로 GND 커플링은 입력 파형을 차단하고, GND 파형을 표시한다.

 일반적으로 파형의 실제 형태 및 크기를 측정하고자 할 때는 DC 커플링 상태를 사용한다. 그리고 화면에서 GND (0V) 위치를 파악하고 위치를 이동하고자 할 때는 GND 커플링을 선택한 후, 수직 위치 노브를 조정하여 GND 위치를 움직일 수 있다. AC 커플링은 측정하고자 하는 신호가 기본적으로 DC 오프셋 전압을 가지고 있고 작은 교류 신호가 중첩되어 있을 때 사용한다. 이 때 DC 커플링 상태에서는 작은 교류 신호가 잘 나타나지 않기 때문에, AC 커플링을 사용하여 DC 오프셋 전압을 제거하고 수직 크기 노브를 조절하여 작은 교류 신호를 확대하여 정확히 측정할 수 있다.

커플링 선택은 메뉴 버튼을 누르고, 나타난 커플링 메뉴에서 선택한다.

1) AC 커플링 : DC 오프셋 전압을 입력 파형으로부터 제거

• 우측의 메뉴에서 AC 커플링임을 확인할 수 있고, 또한 아래 상태 표시줄의 교류 기호에서 AC 커플링 상태임을 나타낸다.

[그림] AC커플링 상태

2) DC 커플링 : 실제 입력 파형 (AC 및 DC 컴포넌트) 표시

• 우측의 메뉴에서 DC 커플링임을 확인할 수 있고, 또한 아래 상태 표시줄의 직류 기호에서 DC 커플링 상태임을 나타낸다.

[그림] DC 커플링 상태

3) GND 커플링 : 파형 차단

• 우측의 메뉴에서 그라운드 커플링임을 확인할 수 있고, 또한 아래 상태 표시줄의 접지 기호로 GND 커플링 상태임을 나타낸다.

[그림] 그라운드 커플링 상태

1) 위치 노브를 사용하여 파형이 디스플레이의 중앙에 오도록 한다.

• 위치노브를 돌리면, 파형의 수직 위치가 변경된다.

• 위치 노브를 돌리면 전압 값이 잠깐 표시되어 그라운드 레퍼런스와 화면 중앙과의 거리가 표시된다는 것에 주목한다.

• 또한 디스플레이 좌측의 그라운드 기호가 위치 노브와 연관하여 움직인다는 것에도 주목한다.

※ 채널이 DC커플링 된 경우, 그라운드 기호부터의 거리만을 통해 파형의 크기 값을 측정할 수 있음. 채널이 AC 커플링 된 경우, 파형의 DC성분이 차단되어 파형의 AC 부분을 표시하기 위해 더 큰 감도를 사용할 수 있음

2) 스케일 노브

• 스케일 노브를 회전하면, 화면에 표시되는 파형의 크기가 변경된다. 즉 Volt/scale이 변경되어 1칸에 나타나는 크기가 바뀜

• 수직 설정의 변경이 상태 표시줄에도 영향을 주는 것에 주목하여, 상태 표시줄을 통해 수직 설정을 신속히 파악할 수 있다.

• 1 버튼을 누르면. CH1(채널1) 메뉴가 나타나고 1번 채널이 선택되어, 1번 파형의 설정을 변경할 수 있다.

• 각 메뉴 버튼을 작동해보고 어떤 버튼이 상태 표시줄을 변경시키는지 주목

• 1 버튼을 눌러 채널을 끄거나 켭니다. MENU ON/OFF(메뉴 켜기/끄기) 버튼은 채널을 끄지 않고 메뉴를 표시하거나 숨김

※ 채널의 수직 스케일 노브를 누르면 감도가 대략 모드와 미세 모드 사이에서 변경된다. 대략 모드에서 노브를 돌리면 Volts/Div 스케일이 2mV/div, 5mV/div, 10mV, ..., 5V/div 순서로 변경되고, 미세 모드에서 노브를 돌리면 Volts/Div 스케일이 대략 모드에서보다 작은 간격으로 변경된다.

[그림] 프로브 보상

그림 3.2.1는 현재 본 교재에서 사용하고 있는 Agilent사의 디지털 오실로스코프 DSO3000의 매뉴얼에서 발췌한 전면부 형태이다. 타사 제품의 경우 기능 및 버튼 등이 다를 수 있으나, 오실로스코프가 동작하기 위한 기본적인 기능은 모두 유사하므로 본 교재의 오실로스코프를 기준으로 확인하기 바란다.

[그림 3.2.1] 오실로스코프 제어판 및 사용자 인터페이스

• 전원버튼 : 오실로스코프의 전원 ON/OFF

• 프로브 연결포트 1, 2 : 측정하고자 하는 채널에 프로브를 연결하는 포트

• 프로브 보상단자 : 일정한 주파수와 크기의 구형파를 출력하는 단자로써, 프로브를 연결하여 구형파를 측정하면서 오실로스코프의 기능과 프로브의 보상을 수행할 수 있음.

• 채널선택버튼 : 1번 채널과 2번 채널 선택 버튼

• 한번 누르면 녹색 불이 켜지면서 스코프 화면에 해당하는 채널 파형이 나타남.

• 한번 더 누르면 해당 채널의 메뉴가 표시됨.

• 한번 더 누르면, 불이 꺼지면서 채널 파형이 없어짐

• 메뉴 ON/OFF : 해당하는 채널의 메뉴의 화면 표시 또는 없어짐

• 수직 컨트롤 (Vertical) : 해당 채널에 대한 수직축 크기(Volt/scale) 설정 및 파형의 수직 위치를 이동하게 함. (결정된 volt/scale은 수직 축 grid 한 칸의 전압 크기를 나타냄)

• 수평 컨트롤 (Horizontal) : 모든 채널에 수평축 크기 (time/scale) 설정 및 파형의 수평축 위치를 이동하게 함 (결정된 time/scale은 수평 축 grid 한 칸의 시간 크기를 나타냄)

• 실행컨트롤 : Run/Stop 버튼은 파형의 실시간 측정 또는 파형의 정지 상태를 제어할 수 있으며, 정지 중일때는 버튼이 빨간색임.

• Auto Scale 버튼 : 프로브가 연결된 모든 채널의 파형을 화면에 표시하고, 자동으로 수직컨트롤과 수평컨트롤 및 트리거를 수행하여 파형이 화면 중앙에 위치하도록 함.  

• 트리거컨트롤 : 파형의 트리거를 결정하는 버튼으로 트리거란 마치 카메라의 초점을 맞추는 것처럼, 계속 시간에 따라 변화하는 파형을 화면에 정지되어 있는 것처럼 표시할 수 있도록 트리거의 위치를 적절히 선택함.

구형파(square wave)란 주기를 가지는 사각형 모양의 파형을 의미한다. 다음 그림에서 두 번째 파형이 구형파이다.

[그림] 위에서부터 정현파, 구형파, 삼각파, 톱니파 신호이다.

이 기기의 보상단자에서는 주기가 1ms이고 크기가 3V인 구형파가 생성된다.

[그림 3.2.2] 오실로스코프 화면의 사용자 인터페이스  

[그림 3.2.2]은 오실로스코프 화면을 보여준다. 화면에는 측정하고자 하는 파형뿐 아니라, 다양한 상태 정보가 표시되며 이를 보면서 현재 파형의 정보를 파악할 수 있다. [그림 3.2.2]의 화면을 분석해 보자.

• 수집상태 : STOP – 현재 오실로스코프는 정지 상태로 입력의 변화를 측정하지 않음

• 채널 1 접지 기호 : 기호가 위치한 수직 축의 중앙이 측정 신호의 0V 위치임

• 채널 1 상태 : 수직 축 Grid 한 칸의 간격이 20mV이며, DC 커플링 상태임, 따라서 파형의 크기는 ±50mV의 구형파임을 알 수 있음

• 타임베이스 상태 : 수평 축 Grid 한 칸의 간격이 500us 이며, 파형의 한주기는 2칸을 차지하므로 파형이 1000us 즉 1ms의 주기를 나타냄.