오실로스코프 사용 방법

오실로스코프를 준비했다면, 이를 설정하고 사용을 시작하기 위해 기본적으로 해야 할 몇 가지 작업이 있습니다. 이 장에서는 오실로스코프를 사용하는 방법을 간단히 설명합니다. 특히, 안전을 위해 올바른 접지가 매우 중요합니다. 이는 사용자 자신뿐 아니라 테스트 중인 집적 회로(IC)를 보호하는 데에도 필수적입니다. 또한 오실로스코프의 제어 설정, 보정, 프로브 연결 및 프로브 보상 방법과 기본 측정 기법도 함께 설명합니다.

올바른 접지

측정을 시작하거나 회로 작업을 수행할 때 올바른 접지는 중요한 단계입니다:

• 오실로스코프를 올바르게 접지하면 감전의 위험으로부터 사용자를 보호할 수 있습니다.
• 올바르게 접지되면 IC 손상을 방지할 수 있습니다.

오실로스코프의 3핀 전원 코드를 접지된 콘센트에 꽂아 장비를 접지합니다. 오실로스코프를 접지하는 것은 안전을 위한 필수 절차입니다. 접지되지 않은 오실로스코프의 외함, 즉 절연된 것처럼 보이는 노브를 포함한 외부 어느 부분이든 고전압에 노출되면 감전의 위험이 있습니다. 하지만 오실로스코프가 제대로 접지되어 있다면, 전류는 사용자가 아닌 접지 경로를 따라 그라운드로 흘러가게 됩니다.

정확한 측정을 위해서도 접지는 중요합니다. 오실로스코프는 테스트 중인 회로와 동일한 접지점을 공유해야 합니다. 일부 오실로스코프는 별도의 그라운드연결이 필요하지 않습니다. 이들은 절연된 케이스와 컨트롤을 사용하여 사용자에게 감전 위험을 최소화합니다.

IC를 다룰 경우 사용자의 접지도 필요합니다. IC는 매우 미세한 전류 경로를 갖고 있으며, 사용자 몸에 축적된 정전기에 의해 손상될 수 있습니다. 카펫 위를 걷거나 스웨터를 벗은 후 IC 리드를 만지기만 해도 고가의 IC를 손상시킬 수 있습니다. 이 문제를 해결하기 위해, 그림 64와 같이 접지 스트랩을 착용해야 합니다. 이 스트랩은 몸에 축적된 정전기를 안전하게 그라운드로 방전시킵니다.

그림 64: 일반적인 손목형 접지 스트랩.

제어 설정하기

오실로스코프의 전원을 연결한 후, 전면 패널을 확인합니다. 4장 "오실로스코프 시스템 및 제어"의 서두에서 설명했듯이, 전면 패널은 일반적으로 수직(Vertical), 수평(Horizontal), 트리거(Trigger)라는 세 가지 주요 섹션으로 나뉘어 있습니다. 오실로스코프의 모델과 유형에 따라 추가 섹션이 있을 수 있습니다. 입력 커넥터에 주목하세요—이 부분에 프로브를 연결합니다. 대부분의 오실로스코프는 최소 두 개의 입력 채널을 가지고 있으며, 각 채널은 화면에 하나의 파형을 표시할 수 있습니다. 여러 채널을 사용하면 파형을 비교하기에 매우 유용합니다. 혼합 신호 오실로스코프(MSO)의 전면 패널에는 디지털 입력 단자도 포함되어 있습니다.

일부 오실로스코프에는 AUTOSET 또는 DEFAULT 버튼이 있어, 버튼 한 번으로 제어를 자동으로 설정하여 신호에 맞출 수 있습니다. 오실로스코프에 이러한 기능이 없다면, 측정을 시작하기 전에 제어 설정을 표준 위치로 맞추는 것이 좋습니다.

오실로스코프 사용 지침

1. 오실로스코프를 채널 1을 표시하도록 설정합니다.
2. 수직 전압/디비전 스케일과 위치 조절을 중간값으로 설정합니다.
3. 가변 전압/디비전 기능을 끕니다.
4. 모든 확대 설정을 끕니다.
5. 채널 1 입력 커플링을 DC로 설정합니다.
6. 트리거 모드를 자동(Auto)으로 설정합니다.
7. 트리거 소스를 채널 1로 설정합니다.
8. 트리거 홀드오프를 최소 또는 꺼짐으로 설정합니다.
9. 수평 시간/디비전 및 위치 조절을 중간값으로 설정합니다.
10. 신호가 클리핑되거나 왜곡되지 않도록 주의하면서, 채널 1의 전압/디비전 값을 조정하여 신호가 왜곡이나 클리핑 없이 10칸의 수직 눈금 전체에 최대한 꽉 차도록 설정합니다.

계측기 보정

정확한 측정을 위해, 올바른 오실로스코프 설정 외에도 주기적인 장비의 자동 보정이 권장됩니다. 보정 이후 주변 온도가 5°C (9°F) 이상 변했거나, 일주일이 경과한 경우에는 보정이 필요합니다. 오실로스코프 메뉴에서 “Signal Path Compensation(신호 경로 보정)”이라는 이름으로 보정을 실행할 수 있습니다. 자세한 지침은 오실로스코프와 함께 제공된 사용 설명서를 참조하세요.

프로브 연결하기

오실로스코프와 사용자의 접지가 완료되고, 오실로스코프가 표준 위치로 설정되었으면, 이제 프로브를 오실로스코프에 연결할 준비가 된 것입니다. 오실로스코프에 적절하게 매칭된 프로브는 오실로스코프의 모든 성능을 활용할 수 있게 해주며, 측정 중인 신호의 정확성을 보장합니다. 신호를 측정하려면 두 가지 연결이 필요합니다:

• 프로브 팁 연결
• 접지 연결

프로브에는 테스트 회로에 접지할 수 있도록 클립 형태의 접지 부속이 함께 제공되는 경우가 많습니다. 실제로는 제품의 금속 섀시와 같은 회로의 알려진 접지 지점에 접지 클립을 연결하고, 프로브 팁을 회로 내 테스트 지점에 접촉시켜 측정합니다.

프로브 보정하기

수동 감쇠 전압 프로브는 오실로스코프에 맞게 보정되어야 합니다. 수동 프로브를 사용하기 전에, 해당 오실로스코프에 맞게 전기적 특성을 보정해야 합니다. 오실로스코프를 설정할 때마다 프로브를 보정하는 습관을 들이는 것이 좋습니다. 제대로 조정되지 않은 프로브는 측정 정확도를 떨어뜨릴 수 있습니다. 그림 65는 프로브가 제대로 보정되지 않았을 때 1 MHz 테스트 신호에 어떤 영향을 미치는지를 보여줍니다.

대부분의 오실로스코프는 전면 패널의 단자에서 프로브 보정을 위한 정사각파 기준 신호를 제공합니다. 프로브를 보정하는 일반적인 절차는 다음과 같습니다:

1. 프로브를 수직 채널에 연결합니다.
2. 프로브 팁을 프로브 보정 단자(정사각파 기준 신호)에 연결합니다.
3. 프로브의 접지 클립을 접지에 연결합니다.
4. 오실로스코프에서 정사각파 기준 신호를 관찰합니다.
5. 정사각파의 모서리가 정확히 직각이 되도록 프로브의 조정 나사를 조정합니다.

오실로스코프 측정 기법

오실로스코프로 수행할 수 있는 가장 기본적인 두 가지 측정은 다음과 같습니다:

• 전압 측정
• 시간 측정

기본적으로 다른 모든 측정은 이 두 가지 측정 기법 중 하나를 기반으로 합니다.

이 섹션에서는 오실로스코프 화면을 사용하여 눈으로 직접 측정하는 방법을 설명합니다. 이 방법은 아날로그 장비에서 일반적으로 사용되며, 디지털 오실로스코프의 화면을 빠르게 해석하는 데에도 유용할 수 있습니다.

대부분의 디지털 오실로스코프에는 일반적인 분석 작업을 간단하고 빠르게 수행할 수 있도록 돕는 자동 측정 기능이 포함되어 있어, 측정의 신뢰성과 정확성을 높여줍니다. 그러나 여기에서 설명하는 수동 측정 방법을 알고 있으면 자동 측정 결과를 더 잘 이해하고 검증하는 데 도움이 됩니다.

전압 측정

전압은 회로 내 두 점 사이의 전기적 전위차를 나타내며, 단위는 볼트(V)로 표현됩니다. 일반적으로 그 중 한 점은 접지(0 볼트)지만 항상 그런 것은 아닙니다. 전압은 피크 투 피크(peak-to-peak)로도 측정할 수 있는데, 이는 신호의 최대값에서 최소값까지의 전압을 의미합니다. 어떤 전압을 의미하는지 명확히 지정해야 합니다. 오실로스코프는 전압 측정 장치입니다. 전압을 측정한 후에는 다른 물리량도 계산으로 쉽게 구할 수 있습니다. 예를 들어, 옴의 법칙에 따르면 회로 내 두 점 사이의 전압은 전류와 저항의 곱과 같습니다. 이 세 가지 물리량 중 두 가지만 알면 아래 공식으로 나머지 하나를 계산할 수 있습니다.

전압 = 전류 x 저항

또 다른 유용한 공식은 전력 법칙으로, 직류(DC) 신호의 전력은 전압과 전류의 곱과 같다는 것입니다. 교류(AC) 신호의 계산은 더 복잡하지만, 여기서 중요한 점은 전압 측정이 다른 물리량 계산의 첫 단계라는 것입니다. 그림 66은 한 피크 전압(V_p)과 피크 투 피크 전압(V_p–p)을 보여줍니다.

그림 66:전압 피크(V_p)와 피크 투 피크 전압(V_p-p).

전압을 측정하는 가장 기본적인 방법은 오실로스코프의 수직 눈금에서 파형이 차지하는 구간 수를 세는 것입니다. 신호를 화면의 대부분을 수직으로 차지하도록 조정하면 가장 정확한 전압 측정을 할 수 있으며, 이는 그림 67에 나타나 있습니다. 화면을 많이 사용할수록 측정값을 더 정확하게 읽을 수 있습니다.

그림 67:중앙 수직 눈금선에서 전압 측정.

많은 오실로스코프에는 눈금 표시를 세지 않고도 파형 측정을 자동으로 할 수 있는 커서가 있습니다. 커서는 화면에서 이동할 수 있는 선으로, 두 개의 수평 커서 선을 상하로 움직여 전압 측정을 위한 파형 진폭을 지정할 수 있고, 두 개의 수직 커서 선은 좌우로 움직여 시간 측정을 할 수 있습니다. 위치에 따른 전압 또는 시간이 화면에 표시됩니다.

시간 및 주파수 측정

오실로스코프의 수평 눈금을 사용하여 시간 측정을 할 수 있습니다. 시간 측정에는 펄스의 주기와 펄스 폭 측정이 포함됩니다. 주파수는 주기의 역수이므로 주기를 알면 주파수는 1을 주기로 나눈 값입니다. 전압 측정과 마찬가지로, 측정할 신호 부분을 화면에서 크게 보여주면 시간 측정도 더 정확해지며, 그림 68에 예시가 있습니다.

그림 68: 중앙 수평 눈금선에서 시간 측정.

'펄스 폭 및 상승 시간 측정

많은 애플리케이션에서 펄스의 형태에 대한 세부 사항은 매우 중요합니다. 펄스가 왜곡되면 디지털 회로가 오작동할 수 있으며, 펄스 열에서 펄스의 타이밍도 중요한 요소입니다.

표준 펄스 측정은 펄스 상승 시간과 펄스 폭입니다. 상승 시간은 펄스가 낮은 전압에서 높은 전압으로 올라가는 데 걸리는 시간이며, 관례적으로 펄스 전체 전압의 10%에서 90% 사이에서 측정합니다. 이는 펄스 전환 부분의 불규칙성을 제거하기 위함입니다.

펄스 폭은 펄스가 낮은 전압에서 높은 전압으로 올라갔다가 다시 낮은 전압으로 돌아가는 데 걸리는 시간이며, 관례적으로 전체 전압의 50%에서 측정합니다. 그림 69는 이러한 측정 지점을 보여줍니다.

그림 69: 상승 시간 및 펄스 폭 측정 지점.

펄스 측정은 종종 트리거 설정의 미세 조정이 필요합니다. 펄스를 정확하게 포착하려면, 트리거 홀드오프 사용법과 디지털 오실로스코프에서 프리 트리거 데이터를 캡처하는 방법을 익혀야 합니다(이는 4장—오실로스코프 시스템 및 컨트롤에 설명되어 있습니다). 또한 수평 확대 기능은 빠른 펄스의 세부를 볼 수 있어 펄스 측정에 매우 유용합니다.

오실로스코프 사용법에 대해 더 알고 싶다면 오실로스코프 러닝 센터를 참고하십시오. 단계별 설정 방법인 담긴 오실로스코프 기초 포스터를 다운로드해서 눈에 보이는 곳에서 게재하시는 것도 유용한 방법입니다. 아직 오실로스코프를 구입하지 않았거나 고급 테스트를 위한 장비로 업그레이드를 고려 중이라면, Tektronix 오실로스코프 제품을 확인해보세요.