감쇠기(Attenuator)의 오실로스코프(Oscilloscope) 사용

Oscilloscope는 기본적으로 전기신호의 파형을 관찰하는 계측장비이다. Oscilloscope에 Voltage Probe를 사용하면 전압 파형을 측정하고, Current Probe를 사용하면 전류 파형을 볼 수 있다. 이 중에서도 대게 Voltage Probe를 사용하여 전압 파형을 보는데 Oscilloscope를 이용한다.

Oscilloscope에 사용되는 Voltage Probe는 높은 입력저항(10 MΩ)을 가지며, 감쇠기능(1:1, 10:1, 100:1, 1000:1)을 가지고 있다.

Voltage Probe의 감쇠기능은 Probe에서 사용자가 조정할 수도 있고, 고급 probe의 경우 Oscilloscope와 함께 자동적으로 조정해주기도 한다. 이러한 감쇠기능은 높은 전압이 Oscilloscope에 걸려서 장비를 손상하는 것을 막기 위한 것이다. Probe의 감쇠기능 원리는 간단하다. 만약 10:1 감쇠라면 Probe의 저항이 9 MΩ, Oscilloscope 입력저항을 1 MΩ이 되어 Oscilloscope에 1/10의 전압이 입력되는 원리이다. 

Voltage Probe의 높은 입력저항은 전압을 측정하고자 하는 회로에 영향을 최소화 하기 위한 것으로, 높은 입력전압을 가져야만 회로에서 Oscilloscope에 최소한의 전류만이 들어가서 측정회로 본래의 전류흐름에 영향을 끼치지 않는다.

지금까지는 일반적인 Oscilloscope와 Voltage Probe에 관한 것이었고, 만약 RF 신호를 Oscilloscope로 측정하고자 하면 어떻게 해야할까?

기본적으로 RF 신호는 임피던스 미스매칭으로 인한 손실을 막기 위해 50Ω 전송선로를 통해 신호가 이동한다. 이러한 RF 회로에 1MΩ의 Voltage Probe를 이용하여 전압파형을 보는 것은 이론적으로 아무 문제가 없다. 하지만, 저주파에서 Voltage Probe의 입력저항은 1 MΩ이지만, 고주파에서는 Probe의 Capacitance 성분으로 인해 입력임피던스는 더 낮게 된다. 즉, 고주파에서는 Probe에 의해 전류흐름에 크게 영향을 주게 된다. 이러한 문제 때문에 Passive Probe가 아닌 Active Probe가 사용된다. 

Active Probe를 사용하지 않는 이상 RF회로의 특정 단에 걸리는 전압을 측정하는 것은 어렵다. 다만, Power Amp., Function Generator, Signal Generator 등의 출력을 Oscilloscope로 바로 넣어 전압 파형을 보는 것은 가능하다. 이러한 경우 Oscilloscope의 손상을 막기 위해 Attenuator를 측정 케이블 중간에 넣어줘야 한다.

RF Attenuator는 voltage probe의 attenuator 처럼 10:1 이나 100:1 이 아닌 감쇠되는 전력양인 dB로 표현된다. 따라서 간단한 수식을 통한 변환이 필요하다.

1. 10 dB 감쇠

10 dB = 10*log10(10) : 전력이 10배 감쇠

         = 20*log10(3.16) : 전압이 3.16배 감쇠

2. 15dB 감쇠

15 dB = 10*log10(31.62) : 전력이 31.62배 감쇠

         = 20*log10(5.62) : 전압이 5.62배 감쇠

3. 20dB 감쇠

20 dB = 10*log10(100) : 전력이 100배 감쇠

         = 20*log10(10) : 전압이 10배 감쇠

4. 30dB 감쇠

30 dB = 10*log10(1,000) : 전력이 1,000배 감쇠

         = 20*log10(31.62) : 전압이 31.62배 감쇠

=>20 dB attenuator는 Probe의 10:1 attenuation과 동일함