오실로스코프로 본 교류 전압

교육과정: GCSE (ac and dc), A-level, Sek I

전체 버전 열기 ↗

목표

교류 전압의 주기, 주파수, 진폭, 실효값을 측정합니다.

실험 장치

교류 전압원: 정현파, 진폭 5 V, 50 Hz. 출력에는 AC 모드의 전압계와 오실로스코프(CH1, 2 V/div, 5 ms/div)가 연결되어 있습니다.

실험 방법

1. 화면 눈금을 이용해 신호의 주기와 피크-피크 값을 구하세요.
2. 오실로스코프 메뉴 줄의 자동 측정값(Vpp, Vrms, 주파수, 주기)과 비교하세요.
3. 전압계를 DC 모드로 바꾼 다음 다시 AC 모드로 바꾸세요.
4. 전압원에서 100 Hz로 설정한 다음 “구형파” 파형을 선택하세요.

예상 결과

주기는 4칸(20 ms), 주파수는 50 Hz이고, 피크-피크 값은 5칸(10 V)입니다. AC 모드의 전압계는 약 3.54 V를 표시하는데, 이는 진폭을 \(\sqrt{2}\)로 나눈 값입니다. DC 모드에서는 약 0을 표시합니다(정현파의 평균값). 100 Hz에서는 한 주기가 2칸을 차지합니다. 진폭이 5 V인 구형파의 실효값은 5 V입니다.

질문

1. 전압계가 5 V가 아니라 3.54 V를 표시하는 이유는 무엇입니까?
2. 5 ms/div에서 화면에 50 Hz 신호가 몇 주기 들어갑니까?

답

1. AC 모드에서 전압계는 실효값을 표시합니다. 실효값은 저항을 똑같이 가열하는 직류 전압입니다. 정현파에서는 \(U_{rms} = U_0 / \sqrt{2}\) = 5 V / 1.414 ≈ 3.54 V이고, 5 V는 진폭으로, 전압은 최고점에서만 이 값에 이릅니다.
2. 화면의 가로는 10칸이므로 5 ms/div에서는 10 × 5 = 50 ms가 표시됩니다. 50 Hz의 한 주기는 \(T = 1 / f\) = 20 ms이므로, 화면에는 50 / 20 = 2.5주기가 들어갑니다.