Function Generator & Oscilloscope

Presentation on theme: "Function Generator & Oscilloscope"— Presentation transcript:

1 Function Generator & Oscilloscope

2 Function Generator Display Range control Waveform control DC offset
ON-OFF Switch Frequency control

3 Function Generator Low output voltage level
Waveform : Sine wave(정현파, 사인파) Square & Rectangular Wave(구형파, 직사각파) Sawtooth & Triangle wave(톱니파, 삼각파) A few Hz ~ MHz Very low frequency & very high frequency cannot be used

4 Oscilloscope(1) Print Measurement Auto Set LCD control button
Vertical control Horizontal control

5 Oscilloscope(2) 오실로스코프란? 전기적인 신호를 화면에 그려주는 장치
시간의 변화에 따라 신호들의 크기가 어떻게 변화하고 있는 지를 나타내줌 수직축(Y축)은 전압, 수평축(X축)은 시간의 변화를 나타냄 그래프(Display)에서 알 수 있는 것들 입력신호의 시간과 전압의 크기 발진 신호의 주파수  입력신호에 대한 회로상의 응답변화  기능이 저하된 요소가 신호를 왜곡시키는 것  직류신호와 교류신호의 양  신호중의 잡음과 그 신호상에서 시간에 따른 잡음의 변화                    

6 Oscilloscope(3) 오실로스코프의 용도 전자분야 or 적당한 변환기를 사용하면 모든 종류의 현상들을 측정 가능
변환기는 소리, 기계적 마찰, 압력, 빛 온도 등의 물리적 자극을 전기적 신호로 변환해줌 Transform Detection

7 Oscilloscope(4) 아날로그와 디지털 아날로그 기기는 연속하여 변하는 전압으로 나타내는 방식
디지털 기기는 전압을 sampling한 이산 2진수로 나타내는 방식 아날로그 오실로스코프는 인가된 전압이 화면상의 전자빔을 움직여서 파형 출력. 전압에 비례하여 빔을 위아래로 편향시켜 화면에 파형을 주사하기 때문에 곧바로 파형을 그리게 됨. 디지털 오실로스코프는 파형을 sampling한 후 아날로그-디지털 컨버터를 써서 측정한 전압을 디지털로 변환. 이 변환시킨 디지털 정보를 파형으로 재구성해서 화면에 나타내는 방식. 실시간에서 빠른 변화가 있는 신호가 있는 곳에 사용 Data 저장, 출력, 처리에 우수

8 Oscilloscope(5) 아날로그 오실로스코프의 동작 원리
신호는 CRT의 수직 편향판에 전달됩니다. 이 편향판에 가해진 전압에 따라 화면의 밝은 점이 움직이게 되는데 (CRT내부의 형광물질을 때리는 전자빔이 밝은 점을 만듭니다.) 양전압은 점들을 위쪽으로, 음전압은 아래쪽으로 이동시킵니다. 입력된 신호는 정해놓은 수직축 크기(Volts/Division)에 따라서 감쇠기로 줄어지거나 증폭기로 증폭됩니다 신호는 동기부로 들어가 수평축 스위프를 시키거나 동기를 시작합니다. 여기서 수평 스위프란 수평부의 동작으로 화면상의 밝은 점이 수평축 방향으로 이동하는 것을 말합니다. 수평축을 트리거링하는 것은 일정시간 간격으로 화면의 좌에서 우로 밝은 점이 움직이도록 수평축 타임베이스를 조정하는 시스템입니다. 입력된 신호는 Probe를 통해 오실로스코프의 수직부로 전달됩니다

9 Oscilloscope(6) 아날로그 오실로스코프의 동작 원리 아날로그 오실로스코프의 3가지의 기본적인 측정조건
수평 스위프와 수직편향이 합해져서 화면에 신호가 그려지게 되는데 이 때 동기는 계속되는 신호를 안정화 시키는데 필요한 것입니다. 그림과 같이 반복되는 신호를 같은 점에서 스위프 하면 화면상에 깨끗한 파형이 나타나게 되는 것입니다. 아날로그 오실로스코프의 3가지의 기본적인 측정조건 신호의 증폭이나 감쇠 : 수직 편향판 에 신호를 인가하기 전에 Volts/Div를 조정합니다. 시간축 : sec/Div으로 화면상 수평축의 각 눈금당 시간을 조정합니다. 오실로스코프의 동기 : 단발 현상,반복 신호를 안정화 시키기 위해서는 트리거 레벨을 조정합니다. 또한 선명한 화면을 보기 위해 초점, 화면 밝기 조정도 필요합니다.

10 Oscilloscope(7) 디지털 오실로스코프의 동작 원리 획득시스템에 있는 아날로그-디지털
변환기에서 이산적인 점들로 신호를 샘플 한 후, 이 디지털 값들을 전압으로 변환시키는 것입니다 디지털 오실로스코프의 동작 원리 디지털 오실로스코프는 이 DSP에서 전체 파형의 데이터를 모아서 화면에 나타내줍니다 디지털 오실로스코프의 프로브를 회로에 연결했을 때 수직 시스템은 아날로그 오실로스코프에서처럼 신호의 크기를 조절합니다 추출된 디지털 값들을 샘플점이라 하며, 수평시스템에 있는 샘플 클럭은 ADC가 샘플을 취하는 빈도를 나타냅니다. 그리고 클럭에 의해 발생하는 샘플비를 샘플율이라 하며 sample/second로 표시합니다. ADC로부터 얻어진 샘플점들은 메모리에 파형점으로 저장되고, 이점은 한 개 이상의 샘플점들로 구성됩니다. 또 이런 파형점들이 모여서 한 개의 파형 레코드를 구성합니다. 일반적으로 파형 레코드를 구성하는 파형점들의 수를 레코드 길이라고 합니다. 동기 시스템은 이 레코드의 시작과 끝의 점을 결정하는 것이며, 레코드 점들은 메모리에 저장된 후에 화면에 나타나는 것입니다.

11 Oscilloscope(8) 샘플링 방법 샘플링 방법이란 디지털 오실로스코프에서 샘플점을 얻는 방법을 말합니다.
디지털 오실로스코프에서 느리게 변화하는 신호는 정확하게 화면을 구성할 수 있을 만큼 충분한 샘플점을 쉽게 잡을 수 있지만, 빠른 신호들은(오실로스코프의 최대 샘플 rate에 비해서 어느 정도 빠른가 하는 정도) 그 만큼 충분한 샘플을 잡기가 불가능합니다. 그러므로 디지털 오실로스코프는 두 가지의 샘플링 방법을 사용합니다. 실시간 샘플링 모드 : 신호에서 한번에 몇 개의 샘플들을 잡은 후 보간법을 사용하는 모드입니다. 이 때 보간법은 몇 개 점들을 연결해서 예상되는 파형을 그려내는 처리 기술입니다. 등가시간 샘플링 모드 : 신호가 계속 반복되고 있는 동안에 일정 시간 간격으로 샘플들을 모아서 파형이 형성되는 모드입니다.

12 Oscilloscope(9) 보간법을 사용한 실시간 샘플링(Real-Time sampling)
디지털 오실로스코프는 표준 샘플링 방법으로서 실시간 샘플링을 사용합니다. 실시간 샘플링에서는 신호가 발생할 때 가능한 많은 샘플을 추출합니다(그림). 그러므로 단발현상이나 과도신호가 들어올 때는 실시간 샘플링을 해야 합니다. 디지털 오실로스코프는 신호가 빠를 경우, 한 번에 단지 몇 개의 샘플만을 잡기 때문에 보간법을 사용해서 파형을 나타내 줍니다. 보간법은 간단히 말해 점들을 연결하는 방법입니다. 선형보간법은 샘플점들을 직선으로 연결하며, 정현 보간법은 곡선으로 연결합니다.(그림) (SIN x)/x 보간법은 컴팩트 디스크 플레이어에 사용되는 오버샘플링과 유사한 수학처리 과정이며, 정현 보간법을 수행하면서, 실제 획득한 샘플들 사이에 계산에 따라 점들을 추가하는 것입니다. 이러한 처리를 통해서 매 사이클마다 잡는 몇 개의 샘플로도 신호를 정확하게 화면에 나타낼 수 있습니다.

13 Oscilloscope(10) 등가 시간 샘플링
디지털 오실로스코프에서는 매우 빠르게 반복되는 신호를 잡을 경우에 등가시간 샘플링을 사용합니다. 등가 시간 샘플링은 파형이 반복될 때마다, 몇 개의 샘플을 잡아 그것을 모아서 파형을 구성합니다.(그림) 파형은 불들이 하나하나 순서대로 켜지는 것처럼 느리게 형성되는 것을 볼 수 있습니다. 등가 시간 샘플링 중 순차 샘플링에서는 점들이 좌에서 우로 연속적으로 나타나며, 랜덤 샘플링에서는 점들이 파형을 따라 불규칙적으로 나타납니다.

14 Oscilloscope 운용법(1) 접지 오실로스코프 접지 사용자 접지 적절한 접지는 회로를 측정할 때 중요한 과정입니다.
오실로스코프를 적절하게 접지함으로써 전기적인 쇼크(감전)에서 사용자를 보호할 수 있을 뿐 아니라 기기 또한 피해를 받지 않습니다. 오실로스코프 접지 오실로스코프 접지는 안전을 위해 필요합니다. 접지되지 않은 오실로스코프에 고전압이 연결되게 되면, 몸체 어느 부분이나 또는 비록 절연된 조정 단자인 경우라도 전기적 쇼크를 줄 수 있습니다. 그러나 적절하게 접지된 오실로스코프에서는 전류가 인체를 통하지 않고 접지점을 통해 지면으로 흐르기 때문에 안전합니다. 접지는 지면 같은 전기적인 중성점에 오실로스코프를 연결시키는 것. 오실로스코프 측정하고자 하는 회로와 접지점을 공통으로 설치해야 합니다. 그러나 일부 오실로스코프는 케이스 및 조정 단자들이 절연되어 있으므로, 사용자에게 쇼크의 위험을 주지 않는 조정단자를 가진 경우에는 접지가 필요하지 않습니다. 사용자 접지 집적회로를 취급하는 분들은 사용자 자신을 접지해야 합니다. 왜냐하면 집적회로에는 우리 몸에서 발생하는 정전기에 의해서도 쉽게 파괴 가능한 작은 도전 경로가 있기 때문입니다. 단순히 카페트 위를 걷거나 스웨터를 벗고 나서 접적회로의 단자를 살짝 건드리는 것만으로도 회로는 파괴될 수 있습니다.

15 Oscilloscope 운용법(2) 제어부 운용 표준 위치 조정 방법
자동설정(Autoset)이나 프리세트(PreSet)기능이 있는 오실로스코프는 버튼 하나로 제어기능을 작동시켜 신호를 적절한 상태로 만들 수 있습니다. 만약 오실로스코프에 이런 기능이 없다면, 다음 순서는 신호를 측정 하기 전에 오실로스코프를 표준 위치로 조정하는데 도움이 될 것입니다. 표준 위치 조정 방법 오실로스코프 화면을 채널 1로 맞추십시오. Volt/Div을 중간범위로 맞추십시오. Volt/Div 미조정은 off 시키십시오. 모든 확대 기능이 선택되어 있으면 off시키십시오. 채널 1의 입력 결합을 DC에 맞추십시오. 동기 모드를 Auto에 맞추십시오. 채널 1을 동기 소스로 맞추십시오. 동기 홀드오프를 최소 또는 off시키십시오. 화면 밝기를 적절히 조절하십시오. 초점을 조절하여 선명한 화면이 되도록 하십시오.

16 Oscilloscope 운용법(2) 프로브 프로브의 보상
오실로스코프를 사용해서 측정을 하려면 프로브의 사용이 중요합니다. 프로브는 끝이 클립으로 되어있는 전선보다 훨씬 정밀합니다. 고품질의 커넥터로 되어있고, 공간에 떠도는 전파나 전원선의 잡음이 유기되지 않도록 주의하여 설계되어 있습니다. 프로브는 테스트하고자 하는 회로에 영향이 없도록 설계되어 있으나, 프로브의 향을 완전히 배제할 수는 없습니다. 회로를 테스트할 때 발생하는 오실로스코프와 프로브간의 생각하지 않았던 상호작용을 부하 효과라 하며, 이것을 최소화하기 위해서 보통 10X 감쇠(수동)프로브를 사용합니다. 프로브의 보상 수동 프로브를 사용하기 전에 프로브의 전기적 특성을 오실로스코프에 맞추기 위해서 프로브 보상을 해 주어야 합니다. 그리고 오실로스코프를 작동시킬 때마다 프로브를 반드시 보상하는 습관을 가져야 합니다. 조정이 잘못된 프로브로 인해 측정이 정확하지 않을 수도 있기 때문입니다. 입력 연결단에 프로브를 연결합니다. 프로브 끝을 프로브 보상 신호에 연결합니다. 접지 클립을 접지점에 연결합니다. 기준 신호인 구형파를 보십시오. 구형파의 가장자리가 사각모양이 되도록 적절하게 조절합니다.

17 Oscilloscope 제어기능(1) 디스플레이 제어 수직축 제어 위치와 감도(Volts/Div)
휘도(Intensity)는 파형의 밝기를 조절하는 기능입니다. 초점(Focus)은 파형이 선명하게 나오도록 하는 조절 기능입니다. 기울기 조정(Trace Rotation)은 화면의 수평축과 휘선이 일직선이 되도록 조정하는 기능으로서, 오실로스코프를 사용하는 장소에 따라 지구 자장의 영향이 있기 때문에 필요한 것입니다. 다른 디스플레이 제어 기능으로서 눈금 조명을 조정하거나, 메뉴와 같은 화면상의 정보를 on,off 시킬 수도 있습니다. 수직축 제어 위치와 감도(Volts/Div) 수직축 위치 조정은 아래/위로 파형을 움직여 화면상의 원하는 위치에 설정할 때 사용합니다. 그리고 감도는 화면상에서 파형의 크기를 다양하게 변화시킬 수 있는 제어기능으로, 상용의 오실로스코프는 대략 4mV에서 40V까지 신호 레벨을 정확하게 화면상에 나타낼 수 있습니다. 감도는 눈금당 크기를 나타냅니다. 예를 들어 5 Volts/Div이면, 8개의 각 수직축 한 눈금당 5V를 나타내므로 전체 화면은 40V만큼을 볼 수 있는 것입니다(8개의 주 눈금을 갖고 있다고 가정). 만약 0.5 Volts/Div으로 맞춰져 있으면 총 4V을 화면에서 볼 수 있을 것입니다. 따라서 화면상에서 볼 수 있는 전체 전압은 수직 눈금수에 Volts/Div의 값을 곱한 만큼임을 알 수 있습니다. (1X나 10X의 프로브도 크기에 영향을 줍니다. 만약 오실로스코프가 프로브의 감쇠를 인식하지 못하면, 반드시 Volts/Div의 눈금에서 감쇠율을 나누어 주어야 합니다.)

18 Oscilloscope 제어기능(2) 수평축 제어 입력 결합(Input Coupling) 위치와 sec/div
결합이란 한 회로에서 다른 회로로 전기적 신호를 연결 시 사용하는 방법으로 여기에서의 입력결합은 테스트할 회로를 오실로스코프에 연결하는 방법입니다. 그리고 결합은 직류, 교류, 접지를 선택할 수 있습니다. 직류 결합은 입력 신호를 모두 보여주며, 교류 결합은 신호의 직류 성분을 차단하여 0 Volts를 중심으로 하여 파형을 표시합니다. 교류 결합은 Volts/Div으로 맞추기에는 전체 신호(교류와 직류가 섞인 신호)가 너무 클 때 사용할 수 있는 방법입니다. 접지는 수직 시스템에서 입력 신호를 끊어 화면상에 0V점을 표시해줍니다. 자동 동기모드에서 입력 결합을 접지 시키면 화면상에 0V을 표시하는 수평선이 나타나며, 결합 스위치를 직류에서 접지로 다시 접지에서 직류로 움직여 보면 접지를 기준으로 하는 측정 신호전압을 손쉽게 볼 수 있습니다. 수평축 제어 위치와 sec/div 수평축 위치 제어는 화면상에서는 원하는 쪽으로 파형을 좌우로 이동시키는 기능입니다. 그리고 sec/div은 화면에 그려지는 파형의 속도를 조정할 수 있는 기능입니다. 그리고 이것은 비율을 나타냅니다. 예를 들어 1ms라 놓으면 각 수평 칸은 1ms의 비율을 갖기 때문에 전체 10개의 칸은 10ms를 나타냅니다. 그렇기 때문에 volts/div과 같이 수평축 sec/div도 다양한 타이밍으로 시간 간격을 조정할 수 있습니다.

19 Oscilloscope 측정기술(1) 화면 전압(Voltage) 측정 시간 및 주파수(Time & Frequency) 측정
오실로스코프 화면을 보면 화면상에 눈금표시가 되어있습니다. 수직과 수평선에서 주 눈금이 보통 8칸 X 10칸으로 구성되어 있습니다. 오실로스코프에서 표시(Volts/div 및 Sec/div)하는 것은 항상 주 눈금을 나타냅니다. 수직, 수평축 중앙에 있는 선에는 작은 눈금 표시가 있으며 이것을 보조 눈금이라 합니다. 전압(Voltage) 측정 전압은 회로상에서 두 점 사이의 전위차의 양으로서 볼트로 표시합니다. 일반적으로 이점들 중 하나는 접지이지만 항상 그렇지는 않습니다. 전압은 또한 신호의 최고치와 최저치(Peak to Peak)사이가 측정되기 때문에, 어떤 전압을 의미하는지 확실히 하는 것이 좋습니다. 오실로스코프는 기본적으로 전압측정 계기입니다. 일단 전압을 측정하게 되면 다른 특성의 값들은 계산에 의해 얻을 수 있습니다. 오실로스코프에서의 전압 측정은 수직축 감도에 칸 수를 곱해서 얻을 수 있습니다. 측정할 때는 화면에 나타나는 신호가 가능한 수직축 전체에 나타나게 조정한 후 중앙의 작은 눈금에서 측정하는 것이 좀더 정확하게 전압 측정이 가능합니다. 시간 및 주파수(Time & Frequency) 측정 오실로스코프의 수평축 시간 간격을 사용해서 파형의 시간에 관한 사항들을 측정할 수 있습니다.이 측정에는 주기, 펄스폭, 펄스의 타이밍등이 포함됩니다. 주파수는 주기의 역수이기 때문에 주기를 알면 역수를 취해 주파수도 구할 수 있습니다. 전압 측정과 마찬가지로 시간 측정도 가능한 화면의 넓은 부분에 파형이 놓이도록 해서 측정하고, 또 중앙의 수평눈금에 있는 작은 눈금을 사용해서 측정하면 더 정확한 측정을 할 수 있습니다.

20 Oscilloscope 측정기술(2) 펄스 및 상승시간(Pulse & Rise Time) 측정
많은 응용분야에서, 펄스의 모양이 중요합니다. 펄스의 찌그러짐은 디지털 회로에서 오동작의 원인이 되며, 그리고 펄스열에서는 펄스의 타이밍이 중요합니다. 표준 펄스측정에는 펄스폭과 펄스의 상승시간을 측정하는 것이 있습니다. 상승시간의 펄스가 저전압에서 고전압으로 바뀌는데 걸리는 시간으로 일반적으로 펄스 전체 전압의 10%에서 90%까지로 측정합니다. 이것은 펄스의 모서리에서 발생하는 불규칙한 변화를 측정 시 제외한 것으로서 대부분의 오실로스코프가 화면상에 10%와 90%의 표시가 있는 것도 이런 이유에서입니다. 그리고 펄스폭은 펄스가 저전압에서 고전압으로 된 후 다시 저전압으로 될 때까지의 시간입니다. 보통 전체 전압의 50% 지점에서 측정하며, 펄스 측정시에는 때때로 미세 동기 조정을 필요로 합니다.수평확대는 펄스를 측정하는 또 다른 기능이며, 빠르게 변하는 펄스의 미세한 부분도 자세히 측정할 수 있습니다 위상차(Phase Shift) 측정 수평 제어부에 있는 XY 모드는 수평축이 시간축 대신에 입력 신호를 나타냅니다. 이 모드를 동작시키면 위상 측정 화면으로 바뀝니다. 파형의 위상은 한 사이클의 시작에서 다음 사이클이 시작할 때까지의 시간이며 각도로 측정됩니다. 위상차는 두 개의 똑같은 주기적인 신호에서 단지 시간차이를 나타내는 것입니다. 위상차를 측정하는 다른 방법은 XY 모드를 사용하는 것입니다. 이것은 신호 하나를 통상 사용하는 것처럼 수직부로 입력하고, 또 다른 신호는 수펑부로 입력합니다. (이 방법은 두 신호가 모두 정현파일때만 사용 가능합니다.) 이런 화면 설정을 X,Y축이 모두 전압이 되므로 XY 모드라 합니다. XY모드 설정으로 나오는 파형을 리사쥬 도형 (프랑스 물리학자 Jules Antoine Lissajous에서 따온 것)이라 합니다. 이 도형으로부터 두 신호의 위상차, 주파수 비를 알 수 있습니다.

21 Oscilloscope 사용(1) 기능 확인

22 Oscilloscope 사용(2) 프로브 검사 마법사

23 Oscilloscope 사용(3) 수동 프로브 보정

24 Oscilloscope 사용(4) 프로브 감쇠 설정 트리거링

25 Oscilloscope 사용(5) 트리거 컨트롤

26 Oscilloscope 사용(6) 수직 컨트롤

27 Oscilloscope 사용(7) 수평 컨트롤

28 Oscilloscope 사용(8) 시간 도메인 앨리아싱

29 Oscilloscope 사용(9) 측정(Measure button)

30 Oscilloscope 사용(10) 디스플레이 영역