3.8 커서 측정 컨트롤

화면에 수평 커서와 수직 커서를 표시할 수 있으며, 커서 사이의 전압 차이, 시간 차이를 이용하여 값을 측정할 수 있으며, 커서 측정 모드는 수동, 추적, 자동 측정의 3가지 모드가 있다.

3.8.1 수동 모드

수동 모드에서는 화면에 두 개의 커서가 나타나고, 커서를 이동하여 파형의 전압 및 시간에 대한 측정을 수행할 수 있다. 커서 값이 화면 상단의 상자 안에 표시되며, 커서를 사용하기 전에 파형 소스가 측정 대상 채널로 설정되었는지 확인해야 한다.


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

[표] 수동 커서 모드

메뉴

설정

내용

모드

수동

커서 측정을 수동 모드로 설정

유형

전압

시간

커서를 이용하여 전압 파라미터를 측정

커서를 이용하여 시간 파라미터를 측정

소스

Ch1

Ch2

수학

측정 파형 소스를 설정

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

메뉴

설정

내용

모드

추적

커서 측정을 추적 모드로 설정

커서 A

Ch1

Ch2

없음

커서 A가 채널 1의 파형을 추적하도록 설정

커서 A가 채널 2의 파형을 추적하도록 설정

커서 A를 끔

커서 B

Ch1

Ch2

없음

커서 B가 채널 1의 파형을 추적하도록 설정

커서 B가 채널 2의 파형을 추적하도록 설정

커서 B를 끔

 

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.


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3.8 자동 측정 컨트롤

파형의 최대값, 최소값, 평균값, 실효값, 주파수, 주기, 상승시간, 하강시간 등의 20가지 값을 자동으로 측정할 수 있다.

[그림] 즉정 버튼

[표] 자동 특정 컨트롤 메뉴

메뉴

설정

내용

소스

Ch1

Ch2

Ch1을 트리거 소스로 설정

Ch2를 트리거 소스로 설정

전압

전압 측정 메뉴를 선택

시간

시간 측정 메뉴를 선택

지움

화면의 측정 결과를 지움

모두 표시

꺼짐

켜짐

모든 측정을 끔

모든 측정을 켬

3.8.1 전압 측정 메뉴

  • Vpp : 파형의 피크 투 피크 전압 측정

  • Vmax : 파형의 최대 전압 측정

  • Vmin : 파형의 최소 전압 측정

  • Vavg : 파형의 평균 전압 측정

  • Vamp : 파형의 Vtop과 Vbase 사이의 전압 측정

  • Vtop : 파형의 플랫 탑 전압을 측정

  • Vbase : 파형의 플랫 베이스 전압을 측정

  • Vrms : 파형의 제곱평균 전압을 측정

  • 오버슈트 : 오버슈트 전압을 퍼센트로 측정

  • 프리슈트 : 프리슈트 전압을 퍼센트로 측정

3.7.2 시간 측정 메뉴

  • 주파수 : 파형의 주파수를 측정

  • 기간 :파형의 주기를 측정

  • 상승시간 : 파형의 상승 시간을 측정

  • 하강시간 : 파형의 하강 시간을 측정

  • +폭 : 파형의 양의 펄스 폭을 측정

  • -폭 : 파형의 음의 펄스 폭을 측정

  • +듀티 : 파형의 양의 듀티 사이클을 측정

  • -듀티 : 파형의 음의 듀티 사이클을 측정


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3.7 트리거 컨트롤

트리거는 오실로스코프가 데이터의 수집과 파형의 표시를 시작하는 시간을 결정하는 것으로 트리거가 올바르게 설정되지 않으면 불안정한 디스플레이나 빈 화면이 나타나게 된다. 적절한 트리거가 감지되면 오실로스코프는 충분한 데이터를 수집하여 디스플레이에 파형을 출력한다.

[그림] 트리거 시스템 설정


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

메뉴

설정

내용

소스

Ch1

Ch2

외부

외부/5

AC라인

Ch1을 트리거 소스로 설정

Ch2를 트리거 소스로 설정

외부 트리거를 트리거 소스로 설정

외부 트리거/5를 트리거 소스로 설정

전원 라인을 트리거 소스로 설정

슬로프

상승

하강

상승 에지에서의 트리거링

하강 에지에서의 트리거링

스위프

자동

정상

트리거링이 발생하지 않은 경우에도 파형을 수집

트리거링이 발생한 경우에 파형을 수집

커플링

AC

DC

LF 거부

HF 거부

입력 커플링을 AC(50Hz 컷오프)로 설정

입력 커플링을 DC로 설정

입력 커플링을 저주파 거부 (100kHz 컷 오프)로 설정

입력 커플리을 고주파 거부 (10kHz 컷 오프)로 설정

3.7.2 펄스 트리거

메뉴에서 정의된 값과 일치하는 펄스가 파형 안에서 발견된 경우에 발생한다.

메뉴

설정

내용

소스

Ch1

Ch2

외부

외부/5

Ch1을 트리거 소스로 설정

Ch2를 트리거 소스로 설정

외부 트리거를 트리거 소스로 설정

외부 트리거/5를 트리거 소스로 설정

시간

설정된 펄스 폭 미만의 양의 펄스 폭

설정된 펄스 폭보다 큰 양의 펄스 폭

설정된 펄스 폭과 같은 양의 펄스 폭

설정된 펄스 폭 미만의 음의 펄스 폭

설정된 펄스 폭보다 큰 음의 펄스 폭

설정된 펄스 폭과 같은 음의 펄스 폭

설정

제어판 입력 노브를 사용하여 펄스 폭을 조정

스위프

자동

정상

트리거링이 발생하지 않은 경우에도 파형을 수집

트리거링이 발생한 경우에 파형을 수집

커플링

AC

DC

LF 거부

HF 거부

입력 커플링을 AC(50Hz 컷오프)로 설정

입력 커플링을 DC로 설정

입력 커플링을 저주파 거부 (100kHz 컷 오프)로 설정

입력 커플리을 고주파 거부 (10kHz 컷 오프)로 설정

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

메뉴

설정

내용

소스

Ch1

Ch2

외부

외부/5

Ch1을 트리거 소스로 설정

Ch2를 트리거 소스로 설정

외부 트리거를 트리거 소스로 설정

외부 트리거/5를 트리거 소스로 설정

극성

정상 극성

동기화 펄스의 음 에지에서의 트리거링

반전된 극성

동기화 펄스의 양 에지에서의 트리거링

동기화

모든 라인

라인 번호

홀수 필드

짝수 필드

모든 라인에서의 트리거링

선택된 라인에서의 트리거링

홀수 필드에서의 트리거링

짝수 필드에서의 트리거링

표준

PAL/SECAM

NTSC

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2.6 수평 시스템 설정 (시간 스케일 조정)

오실로스코프는 상태표시줄에 grid 한칸에 해당하는 시간 값을 표시해 준다. 두 채널의 모든 파형이 동일한 시간 베이스를 사용하므로 모든 채널에 대해 하나의 값만을 표시한다. 수평 컨트롤은 파형의 시간 스케일 및 위치를 변경시킬 수 있다. 수평 스케일 노브를 통해서 주 타임 베이스의 수평 time/div을 변경할 수 있고, 이에 따라 파형이 확장되거나 화면 중앙 쪽으로 작아질 수 있다. 수평 위치 노브는 화면의 중앙에 비례하여 트리거 지점의 위치를 변경시킨다.

 다음 그림은 제어판의 수평축 제어기를 보여준다.


[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


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3.6 반전 컨트롤

 반전 컨트롤은 표시된 파형을 그라운드 레벨에 관련하여 반전시킨다. 채널 1의 파형을 반전시키려면 제어판 버튼을 누른다. 반전(INV)이 OFF인지 확인하고 버튼을 눌러 ON이 되도록 한다. 반전 전과 후의 파형을 비교하면, 파형이 반전되었음을 확인할 수 있다.

[그림] 반전 표시


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3.5 채널 커플링 컨트롤

 오실로스코프의 채널 커플링은 3가지 모드가 있다.


  • 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


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3.4 수직(Vertical) 설정 (전압 스케일 및 위치 조정)

[그림 3.4.1]은 수직 시스템 컨트롤을 보여준다.

[그림 3.4.1] 오실로스코프 수직 시스템 설정


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.


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3.2 제어판 및 사용자 인터페이스 설명

대부분의 오실로스코프는 다음 그림과 같이 전면에 파형을 측정하기 위한 프로브 연결 포트와 오실로스코프의 기능을 제어하기 위한 다양한 버튼으로 구성되어 있다. 이중에서 가장 기본적으로 사용되는 부분의 기능을 설명한다.


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 위치
  • 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.

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3.1 오실로스코프 개요

 오실로스코프는 전기적인 신호를 화면에 그려주는 장치로서 시간의 변화에 따라 신호들의 크기가 어떻게 변화하고 있는 지를 나타내 준다. 오실로스코프에는 크게 아날로그 형과 디지털 형이 있다. 아날로그 오실로스코프는 인가된 전압이 화면상의 전자빔을 움직여서 파형을 바로 나타낼 수 있다. 전압에 비례하여 빔을 위 아래로 편향시켜 화면에 파형을 주사하기 때문에 곧바로 파형을 그리게 된다. 그 반면에 디지털 오실로스코프는 파형을 샘플링한 후 아날로그-디지털 컨버터를 사용하여 측정한 전압을 디지털로 변환시킨 후 이 변환시킨 디지털 정보를 파형으로 재구성해서 화면에 나타낸다. 디지털 오실로스코프에는 신호 파형의 관찰 이외에도 파형의 크기, 시간, 주파수, 피크 값 등을 쉽게 측정할 수 있고, 화면을 그림 파일로 저장할 수도 있어 매우 사용이 편리하다. 대부분의 오실로스코프는 다음 그림과 같은 형태로 구성되어 있으며, 종류에 따라 단자의 위치와 구성이 다를 수 있다.


[그림 3.1.1] 2채널 디지털 오실로스코프 및 프로브


본 교재에서는 Agilent사의 DSO3000시리즈의 2채널 스코프를 기준으로 설명한다. 프로브는 측정하고자 하는 파형의 위치에 프로브 팁을 접촉하고 오실로스코프에 연결하여 파형을 측정하게 한다.


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