오실로스코프를 이용한 회로측정

소개글

오실로스코프를 이용한 회로측정에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1 실험 목적

2 이 론
　1) 디지털 오실로스코프의 작동원리
　2) 각각의 저항에서 부분전압 계산법
　3) RC 회로
　4) CR 회로

3 오실로스코프 단자 및 스위치 기능

4 저항계산
　1) 전압측정 및 분석
　2) 오차해석

5 RC 및 CR 그래프 및 분석
　1) RC 그래프 및 분석
　2) CR 그래프 및 분석
　3) 오차 및 원인 분석

6 결론 및 소감

본문내용

특징을 가진다.
주파수 (frequency)
Low 400Hz
10MHz
Input Voltage (Max)
5.03V
4.96V
Output Voltage (Max)
4.99V
1.41V
(Voltage Ratio %)
99.20%
28.43%
주파수 (frequency)
Low 400Hz
10MHz
Input period
1.25s
1s
Output period
1.25s
1s
주기 측정을 통해 주파수 변화는 Input대비 Output의 변화가 없음을 알 수 있었고, 입력한 측정 주기를 역수를 취해서 입력주파수가 나오는 것도 확인하였다.( , )
RC 회로에서 Input signal로 Low frequency 인 400Hz를 사용 하였을 때의 그래프이다. 저역필터의 특징을 잘 보여주는 그래프이다. 앞서 표에서 쓴 바와 같이 Voltage Ratio가 99.20으로 0.80정도의 미세한 전압 손실이 나타났다. 저주파에서 잘 반응하는 RC회로의 특징을 잘 나타나 있다.
RC 회로에서 Input signal로 High frequency 인 10MHz를 사용 하였을 때의 그래프이다. Input signal에 비해 Output signal이 크게 감소함을 눈으로 확인 할 수 있다. Voltage Ratio가 28.43%로 원래의 진폭에서 71.57%전압이 통과되지 못함을 확인하였다.
2) CR 그래프 및 분석
CR 회로실험을 할 때 RC 회로와 마찬가지로 입력전압은 5V, 커패시터 용량은 47pF, 저항은 820Ω을 사용하였다. 주파수는 Low frequency로 1MHz, High frequency로 10MHz를 사용하여 실험하였다. CR 회로는 앞서 이론에서 서술한 바와 같이 값이 고주파(높은 )에서 크고 저주파(낮은 )에서 작으므로 고역필터(highpass filter)의 특징을 가진다.
주파수 (frequency)
Low 1MHz
10MHz
Input Voltage (Max)
5.10V
4.96V
Output Voltage (Max)
1.25V
3.70V
(Voltage Ratio %)
24.51%
74.60%
주파수 (frequency)
Low 1MHz
10MHz
Input period
1s
1s
Output period
1s
1s
주기 측정을 통해 주파수 변화는 RC 회로와 마찬가지로 Input대비 Output의 변화가 없음을 알 수 있었고, 입력한 측정 주기를 역수를 취해서 입력주파수가 나오는 것도 확인하였다.( , )
CR 회로에서 Input signal로 Low frequency 인 1MHz를 사용 하였을 때의 그래프이다. CR회로의 특징인 저주파가 잘 통화 하지 못하는 고역필터가 잘 나타나 있다. Voltage Ratio가 24.51%로 무려 75.49%가 감소하였다.
CR 회로에서 Input signal로 High frequency 인 10MHz를 사용 하였을 때의 그래프이다. Voltage Ratio 74.60%로 어느 정도의 전압 손실이 있지만 저주파 와 비교하였을 때 크게 상승하였다.
3) 오차 및 원인 분석
RC 회로에서 Input 함수가 Output 함수보다 왼쪽에 위치해야 하고, CR 회로에서 Output 함수가 Input 함수보다 왼쪽에 위치해야 한다. 즉 함수 간에 위상차이가 존재해야 하는데 우리가 측정하여 그래프로 나타낸 값은 Input과 Output그래프가 위상차이가 없었다. 이를 분석하기 위해 우리는 RC 회로에서의 위상, CR 회로에서의 위상 식에 주파수에 따라 값을 각 각 대입하여 위상을 계산 후 위상차이가 너무 작아서 눈으로 확인 할 수 없다. 라는 소결론을 내리고 t=0s 근처의 실험값을 확대하여 그래프를 그렸으나 확대 분석 결과 또한 위상차이가 나타나지 않았다. 그래서 위상차이가 나지 않는 이유를 다시 분석하였다. 실험 자료로 올려주신 오실로스코프 사용설명서를 읽어보면서 우리가 오실로스코프 조작을 잘 못하였는지 확인하던 중에 위상차이가 나지 않는 이유를 찾아냈다. 우리가 함수를 Sine 함수로 표현할 때 오실로스코프는 Fourier Transform 을 사용하여 sine 함수로 근사하기 때문에 측정함수는 기함수 꼴로 나타나게 된다. 그러므로 채널을 2개를 사용하여 두 함수를 동시에 측정하였으면 하나의 함수를 기준으로 위상차이가 존재 하였겠지만 우리는 채널을 하나만 사용하여 Input함수 Output 함수를 각각 따로 측정하였기 때문에 시간의 기준점이 존재하지 않아 원점에 대해 대칭인 기함수 꼴로 나타나 위상차가 나타나지 않았다.
6 결론 및 소감
먼저 저항측정 직류회로에서는 각각의 저항 값에 비례하는 경향의 부분전압을 확인 가능하였고, 일부 손실 되었다고 생각되는 전압은 측정 장치와 저항의 기판에 할당이 되었다. 미세한 정밀도를 요하는 실험에서는 실험 전에 전압원의 input과 아무저항도 연결하지 않은 상태에서 장치만 연결 했을 때의 output을 비교하여 자체 저항을 고려하여 실험을 하는 것이 필요할 것 같다.
두 번째로 RC, CR 회로에서는 RC회로는 고주파 일 때 output이 작아지는 저역필터의 기능, CR회로는 저주파 일 때 output이 작아지는 고역필터의 기능을 실험을 통해 직접 확인 하였다. 본래 실험 목적 중 하나였던 Input함수와 Output 함수 간 위상 차이를 확인 할 수 없어서 아쉬웠지만 그 또한 수식을 통해 어느 정도 추측을 할 수 있었다.
기계공학과라 평소에 전기에 대해 소홀했다 라는 것을 많이 실감 할 수 있었던 실험이었다. 평소에 배운 수학과목이나 일학년 때 일반물리학에서 전기를 배우면서 오실로스코프라는 기계를 책으로만 배워, 실제로 사용 하지 못해서 오실로스코프의 중요성을 깨닫지 못 했는데 직접 실험을 하면서 오실로스코프의 조작법과 예전에 배운 미분방정식의 1차 상미분방정식이 전기 분야에 어떻게 활용되는지 몸소 배울 수 있었다. 이 실험을 통해 또다시 전기 분야를 배울 기회가 있을지는 모르겠지만 전기 분야 공부에 대한 동기부여가 된 것 같았다. 또한 평소에는 잘 사용하지 못 했던 matlab을 통한 그래프를 그리는 툴을 써보고 코딩을 배우고 몸에 익는데 도움이 된 것 같다.

키워드

오실로스코프,   항공대,   기초공학실험,   회로측정,   디지털 오실로스코프,   부분전압 계산법,   RC 회로,   CR 회로