Moku:Go は、14 個以上のラボ機器を XNUMX つの高性能デバイスに組み合わせています。このアプリケーション ノートでは、典型的な学部電子工学実験演習と、それを Moku:Go とその Windows または macOS アプリを使用して効果的に実施する方法について説明します。 Moku:Go のプログラマブル電源は集積回路に電力を供給し、アナログ入出力は回路の動作を刺激して特徴付けることができます。
Moku:Go
このラボでは、Moku:Go のオシロスコープ、波形ジェネレーター、周波数応答アナライザー、およびプログラマブル電源 (モデル M1 または M2 が必要) を使用します。一般的に入手可能なオペアンプ (オペアンプ) を使用してバターワース フィルターを構築し、Moku:Go を使用してその機能を分析し、実験室の演習のように学習します。
パッシブ & アクティブ フィルター ラボ
フィギュア 1: フィルターラボの一般的なベンチセットアップ
電子工学およびコンピュータ工学の研究室のフィルタ実験室に対する従来のアプローチは、単純な受動、抵抗、コンデンサ、およびインダクタ (RCL) ネットワークを導入し、関数発生器、オシロスコープ、および場合によってはデジタル マルチメータを使用してその周波数応答を調査することです。パッシブ RLC について学習した後、チュートリアルは通常、より鋭いカットオフとより複雑な伝達関数を備えたアクティブなオペアンプ ベースのフィルターに移ります。さらに 1 つまたは 2 つの外部ラボ電源が必要になります。
バタワースフィルター
図 2 は、オペアンプベースのローパス 2 次バターワース フィルターの回路図です。
図2： 2次バターワースフィルターの回路図
私たちは、チュートリアルで学生が指示されるのと同じ方法で、プロトタイピング用のブレッドボード上にこのフィルターを構築しました。これには、デュアル電源を備えた一般的に入手可能なデュアル オペアンプである Texas Instruments の LM358 が使用されます。フル出力スイングを可能にするために、これらを +5 V と -5 V に設定します。これらは、Moku:Go の電源 #1 および #2 (背面パネルのバナナ スタイル ジャック) から電力が供給され、ソフトウェアによって設定されます。
図3： Moku:Go 統合電源
学生は、ラボに先立つ理論の講義と資料を参照して、カットオフ周波数 (または帯域幅) が次の式で与えられることを思い出します。
この例では、R1 と R2 を 22kΩ、R3 と R4 を 100kΩ、C1 と C2 = 1nF を選択したため、f が得られます。c = 7.2 kHz、ゲイン 2 (または 6 dB)。
一般的なアプローチは、関数発生器を使用して選択した周波数全体に正弦波を適用するように生徒に指示することです。次に、出力と入力はオシロスコープで手動で測定され、その後振幅と位相のプロットに転送されます。このプロットは、フィルターの周波数応答のボード線図です。 Moku:Go のオシロスコープには波形発生器が内蔵されているため、追加のラボ機器を必要とせずに、この実践的な手動周波数応答をプロットできます。図 4 は、入力と出力の振幅と位相の調査と測定に使用されるオシロスコープとその統合波形発生器を示しています。チャンネル 2 (青) はフィルター入力に適用される波形発生器信号を測定し、チャンネル 1 (赤) はフィルターの出力を示します。
図4： 波形発生器を統合した Moku:Go のオシロスコープ
Moku:Go のオシロスコープ測定を使用すると、学生は DC から 20 MHz (この場合は 20 kHz) までの振幅と位相を迅速に測定できます。周波数応答をプロットするには少なくとも 10 ペア程度の測定ペアが必要となるため、ラボではこの作業に 30 分程度かかることが予想されます。
Moku:Go 周波数応答アナライザー
図5： 4次バターワースフィルター
これをプロトタイピングブレッドボードで再度作成しました。
図6： プロトタイプのバターワースフィルター
今は、学生に周波数応答アナライザーを紹介する絶好の機会です。振幅と位相の測定値を手動で記録するのではなく、プロセスが自動化されます。 Moku:Go は数秒でオシロスコープから周波数応答アナライザーに切り替わり、ほんの少しのセットアップで 4 次フィルターの応答が得られます。カーソルを使用して応答を測定し、振幅と位相が予想される伝達関数と一致していることを確認できます。
図7： Moku:Go の周波数応答アナライザーのバターワース フィルター応答
学生は、ラボに先立つ理論の講義と資料を参照して、カットオフ周波数 (または帯域幅) が次の式で与えられることを思い出します。
ラボでの評価
Moku:Go ソフトウェアは Windows および macOS 上で動作し、データのログ記録とスクリーンショットの機能が組み込まれています。これにより、学生がカーソルを使用してプロットをキャプチャし、評価と採点のために個人レポートに提出することが理想的になります。
Moku:Go ラボのセットアップを完了する
図8： Moku:Go のフィルター ラボのセットアップを完了する
Moku:Go には、強力な機器と利用可能な電源を備えた直感的な UI が組み込まれています。エンジニアリング ラボは持ち運びが可能で、学生の都合の良い時間と場所でオフサイト ラボを行うことができます。
Moku:Go の利点
教育者および研究助手向け
- ラボのスペースと時間を効率的に利用
- 一貫した機器構成の容易さ
- 機器のセットアップではなく電子機器に焦点を当てる
- 研究室のティーチングアシスタントの時間を最大限に活用する
- 個別のラボ、個別の学習
- スクリーンショットによる簡易評価と採点
学生のために
- 自分のペースで行う個々のラボにより、理解と定着率が向上します
- ポータブルで、自宅、キャンパスの研究室、さらにはリモートでの共同作業など、研究室での作業のペース、場所、時間を選択できます。
- 使い慣れた Windows または macOS ラップトップ環境でありながら、プロ仕様の機器を備えています
Moku:Go デモ版
また、ご購読はいつでも停止することが可能です ダウンロード macOS および Windows 用の Moku:Go アプリ。デモ モードはハードウェアを必要とせずに動作し、Moku:Go の使用方法の概要をわかりやすく示します。
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