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기계공학실험 - 신호의 의미와 측정 Down

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기계공학실험 - 신호의 의미와 측정



< 신호의 측정 & A/D Converter >

< 신호의 의미와 측정 >

1. 기본이론

- 신호라는 말을 접했을 때 가장 기본적으로 떠올릴 수 있는 신호로는 디지털신호와 아날로그신호일 것이다.
일상생활에서 흔히 접할 수 있는 단어들이지만 자세한 설명을 해보겠다.
그리고 신호와 관련된 용어들에 대해서 정리한 다음 그와 관련된 실험을 해보았다.

2. 아날로그와 디지털 신호

1) 아날로그 : 0과 1이라는 신호 체계로 구성된 디지털과는 달리 전압이나 전류처럼 연속적으로 변화하는 물리량을 표현한다.
사람의 목소리와 같이 연속적으로 변하는 신호는 아날로그 형태이며 그 양을 계량할 수 있다.
그러나 모든 데이터 장비의 신호는 2진 펄스 형태의 디지털 신호로서 단속적이고 계수적인 점에서 아날로그와 구분된다.
예를 들어 시침과 분침이 돌아가는 시계와 시간이 계수로 나타나는 시계를 연상해 보자. 시침이나 분침은 연속해서 움직이지만 어느 순간의 시간(양)을 표시해 준다.
그러나 숫자로 나타나는 시계는 시간의 표현이 단속적이며 계수적이다.
이때 바늘이 돌아가는 시계를 아날로그시계, 숫자가 나타나는 시계를 디지털시계라고 할 수 있다.

연속적으로(Continuous) 변하는 것- 정보의 측면 : 음성, 영상 등 실생활의 대부분의 정보, 레코드(LP)- 신호의 측면 : 시간에 따라 크기와 패턴이 끊임없이 바뀌는 전자기파, Sine wave(진폭, 주파수, 위상을 가지고 있다)아날로그는 주어진 전자기적 교류 주파수의 매체 파장에, 시시각각으로 변하는 주파수나 진폭 신호를 추가함으로써 수행되는 전자적 정보전송과 관련된 기술이다.
또한, 아날로그는 전류, 전압 등과 같이, 연속적으로 변화하는 물리량을 이용하여 어떤 값을 표현하거나 측정하는 것을 의미하기도 한다.
따라서 아날로그는 보통 일련의 사인(sine)곡선으로 표현되는 경우가 많다.
그리고 아날로그 신호를 쓰는 기계라면 TV, 라디오, 전화기 등등 우리주변에 볼 수 있는 거의 모든 것이 아날로그 신호로 이루어져있다.

2) 디지털 : 디지트(digit)는 사람의 손가락이나 동물의 발가락이라는 의미에서 유래한 말이다.
아날로그와 대응하며, 임의의 시간에서의 값이 최소값의 정수배로 되어 있고 그 이외의 중간 값을 취하지 않는 양을 가리킨다.
구체적인 예로 디지털시계의 표시를 들 수 있는데, 시계가 바늘로써 연속적으로 시간을 표시하는 것이 아니라 시 ·분 ·초 등으로 구획하여 문자로 표시한다.
따라서, 디지털이란 일반적으로 데이터를 한 자리씩 끊어서 다루는 방식이라 할 수 있으며, 애매모호한 점이 없고, 정밀도를 높일 수 있다는 특징이 있다.
이 디지털량에 대한 각종 연산을 하는 것이 일반적으로 말하는 컴퓨터(디지털컴퓨터)이다.
이에 대하여 시계처럼 데이터를 연속량으로서 다루는 컴퓨터를 아날로그컴퓨터라 하며, 미분방정식 처리 등에 적합하기 때문에 자동제어계의 설계, 각종 장치의 제어 등 특수한 용도에 쓰인다.

이산적(discrete)으로 변하는 것 + 가질 수 있는 값의 개수가 유한하다

(이산적이라는 것은 `1, 0`으로 처리할 수 있는 데이터 즉 연속적인 값이 아니라 단속적인 값을 갖는 데이터라는 뜻)- 정보의 측면 : 문자, 정수, on/off, 0/1(binary, bit), octal(byte), CD- 신호의 측면 : 불연속작인 신호 변화, 정해진 약속에 따라 해독한다.Binary pulse(constant positive / constant negative or no pules) 디지털이란 데이터를 0 과, 1 의 두 가지 상태로만 생성하고, 저장하고, 처리하는 전자기술을 말한다.
따라서, 디지털 기술로 전송되거나 저장된 데이터는 0 과 1 이 연속되는 하나의 스트링으로 표현된다.
이러한 각각의 상태부호를 비트라고 하며, 비트가 모여 컴퓨터가 개별적으로 주소를 지정할 수 있을 정도의 그룹, 즉 8개의 비트가 모이면 이것을 바이트라고 한다.
디지털 기술 이전에, 전자적으로 정보를 전송한다는 것은, 다양한 주파수나 진폭의 신호로 표시되는 데이터를 주어진 주파수의 전송파에 실어서 보내는 아날로그 기술에 한정되었다.

아날로그 신호와 디지털 신호의 장단점으로는 동선, 이중나선, 동축케이블에는 아날로그나 디지털 신호 모두를 실을 수 있으나 디지털신호는 광섬유, 라디오, 마이크로파, 통신위성 마이크로파로는 전달이 불가능하고 아날로그 신호만이 가능하다.
즉 디지털 신호는 아날로그 신호에 비해 전달매체의 영향을 받는다.
디지털신호는 복사를 해도 원본과 동일하나 아날로그 신호는 변형을 동반하므로 원본과 차이가 나게 된다.
즉, 디지털 신호는 신호의 복사가 용의하다.
디지털 신호는 전송하게 되면 신호에 대한 간섭이나 데이터의 상실이 없지만 아날로그 신호는 외부 영향에 의한 신호의 간섭과 신호의 상실이 있다.디지털 신호는 양자화 되었기 때문에 편집/수정이 용이하나 아날로그 신호는 편집이 용이하지 못하다.
아날로그 신호를 디지털 신호로 바꾸게 되면 비트비율에 따라 데이터양이 엄청나게 많아진다.
즉 같은 데이터라도 디지털 신호가 용량이 훨씬 작아지기에 전송속도가 빠르다.

3) A/D변환기 (A/D converter)

- 아날로그 전압을 읽어 들여 컴퓨터가 다룰 수 있는 디지털 값으로 변환하는 기구.

A/D 변환기의 성능을 나타내는 지표로서 분해능이나 응답속도가 있다.
예컨대 10bit의 분해능을 가진 A/D 변환기란 측정전압을 10bit＝210＝1,024로 분해할 수 있는 성능을 나타내며, 0~5V의 전압을 측정하는 것이라면 약 0.005V(＝5/1,024) 단위로 읽어 들일수 있다.

3. 신호 샘플링(표본화)

- 음성이나 영상과 같은 아날로그 신호를 전송하는 경우 여기에 포함되어 있는 정보를 전송하기 위해서는 연속적인 신호를 변조해서 아날로그로 전송하는 방법이 많이 사용되어 왔으나 오늘날에는 아날로그 통신보다 디지털 통신이 더욱 실용화되고 있다.
따라서 아날로그 신호를 디지털 통신을 하기 위해서는 그 신호를 반드시 디지털 형태로 변환되어야 한다.
이렇게 아날로그 신호를 디지털 통신에 맞게 변환하기 위해서는 적절한 시간간격으로 아날로그 신호의 값을 읽어내는 샘플링 과정이 절대적으로 필요하다.
이러한 과정을 표본화(sampling)라 부른다.
즉, 연속적인 시간의 신호에서 이산적인 시간의 신호를 얻기 위해서는 일정주기로 연속 신호를 추출하는 표본화라는 조작이 이용되어진다.
이 경우 얻어지는 이산적인 시간의 신호가 원래의 연속신호와는 어떠한 관계가 있는지가 중요하다.
최대 주파수 성분이 f1 Hz인 아날로그 신호는 적어도 2f1 Hz이상의 샘플링 율로 균일하게 샘플링 된 샘플들에 의하여 완전히 표현될 수 있다.

4. 증폭기 (amplifier)

- 입력신호의 에너지를 증가시켜 출력 측에 큰 에너지의 변화로 출력하는 장치이다.
취급하는 신호의 주파수 범위에 따라 직류증폭기·초저주파증폭기·가청주파증폭기 등으로 나눈다.

보통 앰프라고 하는 것이 바로 이 증폭기인데, 마이크로폰으로 얻어 입력 측에 들어가는 작은 신호를 스피커와 같이 출력 측에 큰 신호로 변환시키는 장치를 말한다.
즉, 입력 측에 가해진 신호의 전압 또는 전력 등을 확대하여 출력측에 큰 에너지의 변화로 출력하는 장치이다.
라디오나 텔레비전에 사용되는 진공관·트랜지스터·IC 등을 사용한 전자적인 증폭기부터 자동제어에 사용되는 유압(油壓) 서보모터 등 여러 종… Down



..... (중략)






제목 : 기계공학실험 - 신호의 의미와 측정 Down
출처 : 레포트코리아 자료실



[문서정보]

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자료제목 : 기계공학실험 - 신호의 의미와 측정
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키워드 : 기계공학실험,신호,의미,측정,신호,의미



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