Chapter 10. 오실로스코프 FFT와 주파수 스펙트럼 분석 [오실로스코프, 리골이 알려줄게]

오실로스코프는 보통 시간 영역에서 파형을 보여주는 장비로 잘 알려져 있습니다. 하지만 때때로 우리는 "이 신호가 실제로 어떤 주파수 성분으로 구성되어 있을까?"라는 질문을 하게 됩니다. 이럴 때 유용하게 사용할 수 있는 기능이 바로 FFT(Fast Fourier Transform) 기능입니다.

 

이번 블로그에서는 RIGOL MHO5104 오실로스코프의 내장 함수발생기를 활용해 직접 신호를 만들고, FFT 기능을 통해 주파수 스펙트럼을 분석하는 실습을 진행해보았습니다.

 

 

 

시간 영역 vs 주파수 영역

우리가 흔히 보는 오실로스코프의 기본 파형은 시간에 따라 전압이 어떻게 변하는지를 보여줍니다. 이는 시스템의 동작을 직관적으로 파악하는 데에 유리하지만, 신호가 어떤 주파수 성분을 포함하고 있는지, 고조파나 잡음이 섞여 있는지를 파악하기에는 한계가 있습니다.

 

FFT는 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환해 주파수별 에너지 분포를 시각화해줍니다. 즉, 신호가 어떤 주파수로 구성되어 있는지를 명확하게 볼 수 있게 해줍니다.

 

 

실습 준비 - 신호 생성

RIGOL MHO5104에는 자체 내장된 2채널 함수발생기가 있어, 별도의 외부 발생기 없이도 다양한 신호 실험이 가능합니다. 이번 실습에서는 다음과 같은 설정으로 사각파(Pulse) 신호를 생성했습니다.

 

• 파형: Pulse
• 주파수: 10kHz
• 진폭: 5Vpp
• 오프셋: 0V

생성한 신호는 채널 1에 연결하여 FFT 분석을 진행합니다.

 

 

FFT 기능 실행 및 분석

 

 

1. FFT 실행

• 오실로스코프 메뉴에서 Math → 연산 → FFT 선택
• 연산 소스를 CH1로 설정
• 화면에 주파수 스펙트럼이 표시됨

 

 

 

2. 주파수 스펙트럼 최적화

• 스펙트럼이 흐리게 보일 경우, 수평 타임베이스(Span)를 조정
• 더 많은 샘플을 확보하여 깨끗한 주파수 분포를 확인할 수 있음

 

3. 고조파 및 스펙트럼 분석

• 사각파는 기본 주파수(10kHz)와 함께 30kHz, 50kHz, 70kHz 등 홀수 고조파가 함께 나타남
• 이런 주파수 특성을 눈으로 직접 확인할 수 있음

 

 

 

4. Peak Search 기능 활용

• Math 메뉴에서 Peak Search 버튼 클릭
• FFT 결과에서 주요 피크(주파수 성분)를 자동으로 탐지
• 각 주파수와 진폭 값을 리스트로 확인 가능

 

 

FFT 분석이 왜 중요한가요?

FFT 분석은 신호의 품질을 평가하고 시스템의 정상 동작 여부를 판단하는 데 매우 유용합니다.

다음과 같은 분야에서 특히 중요합니다

 

• 통신: 특정 대역의 주파수 신호가 정확히 송수신되는지 확인
• 오디오: 고조파나 잡음 성분 분석
• 전력 제어: 고조파로 인한 전력 손실 여부 확인
• 노이즈 해석: EMI 문제의 주파수 성분을 정확히 찾아내기

 

 

이번 FFT 분석에 대한 자세한 정보는 아래 영상을 통해 확인해주세요!

 

 

 

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보이지 않던 파형 속 주파수의 세계를 시각적으로 이해

 

 

FFT 기능을 활용하면 보이지 않던 파형 속 주파수의 세계를 시각적으로 이해할 수 있습니다.

특히, RIGOL MHO5104 같은 고성능 오실로스코프는 FFT 기능과 함께 Peak Search, 자동 스케일 조절 등의 다양한 기능을 제공해 더욱 정밀한 분석을 가능하게 합니다.

 

 

고주파 신호 설계나 통신 회로 디버깅, 노이즈 분석 등 주파수 기반 진단이 필요한 분야라면, 오실로스코프의 FFT 기능을 꼭 활용해보세요! 리골 오실로스코프 제품에 대한 자세한 정보는 RIGOL 공식 홈페이지에서 확인해 주세요!

 

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문의사항 : 리골코리아 02-6953-4466, info.kr@rigol.com