오실로스코프 용어 - 면적(Area)

Area는 오실로스코프에서 제공하는 파라미터 중 하나입니다. 타임도메인 측정에서 면적 Area는 화면 전체에서 샘플된 값들의 총합과 같습니다. 특별히 측정 구간을 지정(Gate)하지 않으면, 화면의 왼쪽 끝에서부터 오른쪽 끝까지를 측정 영역으로 계산합니다.

 

Area 계산은 화면에 포착된 전 구간에서 측정되므로, 주기가 10의 정수배가 아니라면 완전하지 않은 구간의 영향으로 값이 예상과 다를 수 있습니다. 이런 경우, 측정 파라미터 설정에서 Cyclic을 선택하여 해결할 수 있습니다.

 

면적의 단위

전압 파형에 대해서 Area를 측정하는 경우 전압과 시간의 곱으로 표시되므로 Volt * Second = [Vsec] 입니다. 이것은 MKS 단위로 Weber입니다. 오실로스코프에서는 MKS단위에 맞추어 Wb로 표기됩니다.

전류 파형에 대해서 Area를 측정한다면 Amphere * Second = [Coulomb, C] 입니다. MKS 단위로 전하량으로 표시됩니다.

전압과 전류를 곱한 파형에 대해서 Area를 취했다면 예상하고 계신것과 같이 Watt * Second = [Joule] 입니다. 에너지의 단위인 [J]로 자동 표기되어 측정됩니다. 아래 그림에서는 전압, 전류 그리고 전력 파형에 대해서 Area를 측정한 예입니다. 단위가 MKS에 따라 표기된 것을 확인할 수 있습니다.

파라미터 Area와 동일한 기능을 수행하는 연산으로는 적분 Integral을 사용할 수 있습니다.

 

 

 

Area - 파라미터 100% 활용하기

오실로스코프는 시간의 변화에 따라 변하는 전압, 전류 등의 크기가 변하는 양을 화면에 표시합니다. Area 파라미터는 오실로스코프의 첫 번째 샘플과 마지막 샘플 사이의 모든 샘플들이 시간축과 곱이며, 면적 즉 적분값과 같습니다. 특별히 측정 구간을 지정(Gate)하지 않으면, 화면의 왼쪽 끝에서부터 오른쪽 끝까지를 측정영역으로 계산합니다.

 

그림 1. Area 파라미터의 측정 영역와 시간축을 기준으로한 음(-), 양(+) 표시

 

그림 1은 1MHz Sine 파형의 시간축(수평축)에 대한 Area를 보이고 있습니다. 전체 타임윈도우 즉 화면 전체에대한 면적을 계산한 것입니다. 파형을 직관적으로 봤을 때, 한 화면에 정확히 2 사이클의 파형이 포착되었고, 수평축의 윗쪽에 표시된 (+) 면적와 (-)로 표시된 수평축 아래쪽의 면적이 동일해 보입니다. 측정된 값은 거의 0에 가깝습니다. 파형에서의 면적은 수평축을 사이에 두고 위쪽 면적과 아래 쪽 면적의 합을 Area로 측정합니다. (+)로 표시된 부분을 각각 A1, A2라하고 (-)로 표시된 부분을 B1, B2로 부른다면, 그림 1에서의 Area는 아래와 같이 말할 수 있습니다.

 

Area = (A1+A2) − (B1+B2)​

 

만약, 파형이 화면에 주기의 정수배로 포착되지 않았거나, 주기가 오실로스코프의 타임베이스와 일치하지 않는 경우에 주기에 대한 Area 가 필요하다면 어떻게 해야 할까요? 그림 2에서는 완전한 주기가 아닌 부분의 영역을 붉은색으로 표시하고 있습니다. 이 두 부분의 영역이 전체 Area 측정에 영향을 주고 있는 상황에서 측정 결과 값이 음(-)의 값을 가지고 있습니다. P1: Area(C1) : -22.95pWb

 

그림 2. 화면에 완전하지 않은 주기가 포함되었을 때,표시되는 비완전 주기 부분(해당 부분도 측정에 포함됨)

 

텔레다인 르크로이 오실로스코프에서는 Area을 계산할 때, 완전한 주기에서만 측정할 수 있도록 선택할 수 있습니다. Area 파라미터 측정 메뉴의 세부항목에서 Cyclic 체크 박스를 선택하면, 그림 3에서 볼 수 있는 것처럼 완전하지 않은 주기의 파형은 측정 영역에서 제외하고 완전한 주기에서만 측정을 수행합니다.

 

그림 3. 완전한 영역(색으로 표시) 에서만 측정하도록 "Cyclic" 을 선택하여 측정, 정확한 측정 가능

 

이렇게 Cyclic 옵션을 체크하면, 전력 파형의 적분으로 Energy를 계산할 때도 정확하게 주기에서의 에너지로 정확한 측정을 수행할 수 있습니다. 

Area의 단위 : 전압을 측정하는 경우  전압과 시간의 곱이므로, Volt * Second = [Vsec] 의 단위를 갖게될 것이며, MKS 단위에서는 마그네틱 플럭스(Magnetic Flux)의 단위인 Weber​[Wb] 입니다. 그림 3에서는 자동으로 단위가 계산되 504.7262pWb로 표시된 것을 확인할 수 있습니다.
소스 파형이 전류 파형이라면, Ampheree * seconds = Coulomb [C] , MKS 단위로는 전하량을 나타내는 Coulomb, [C], 입니다.

Area 측정에서는 입력 소스의 종류에 따라 적절한 MKS 단위계로 자동으로 변환하여 표시합니다.

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오실로스코프, 오실로스코프 용어와 관련하여 더 궁금하신 부분이 있다면 아래 링크로 방문하여 문의를 남겨주시기 바랍니다.

 

견적 및 개발문의 글쓰기 | CTI KOREA

 

출처 - 텔레다인르크로이