Moku:Go는 14개 이상의 실험실 장비를 하나의 고성능 장치에 결합합니다. 이 애플리케이션 노트는 일반적인 학부 전자공학 연구실 실습과 Moku:Go 및 Windows 또는 macOS 앱을 사용하여 효과적으로 수행할 수 있는 방법에 대해 설명합니다. Moku:Go의 프로그래밍 가능 전원 공급 장치는 집적 회로에 전원을 공급하며 아날로그 입력 및 출력은 회로 동작을 자극하고 특성화할 수 있습니다.
Moku:Go
이 실습에서는 Moku:Go의 오실로스코프, 파형 발생기, 주파수 응답 분석기 및 프로그래밍 가능 전원 공급 장치(모델 M1 또는 M2 필요)를 사용합니다. 일반적으로 사용되는 연산 증폭기(op-amp)를 사용하여 버터워스 필터를 구축하고 Moku:Go를 사용하여 실험실 연습처럼 그 기능을 분석하고 학습합니다.
수동 및 능동 필터 연구실
그림 1: 필터 연구실의 일반적인 벤치 설정
전자 및 컴퓨터 공학 연구실의 필터 연구실에 대한 전통적인 접근 방식은 간단한 수동형, 저항기, 커패시터 및 인덕터(RCL) 네트워크를 도입하고 함수 발생기, 오실로스코프 및 디지털 멀티미터를 사용하여 주파수 응답을 탐색하는 것입니다. 패시브 RLC를 살펴본 후 튜토리얼은 일반적으로 더 선명한 컷오프와 더 복잡한 전달 기능을 갖춘 액티브 연산 증폭기 기반 필터로 이동합니다. 이제 하나 또는 두 개의 외부 실험실 전원 공급 장치가 추가로 필요합니다.
버터 워스 필터
그림 2는 연산 증폭기 기반 저역 통과 2차 버터워스 필터의 개략도입니다.
그림 2 : 2차 버터워스 필터 회로도
우리는 학생들이 튜토리얼에서 지도하는 방식과 비슷하게 프로토타입 브레드보드에 이 필터를 구성했습니다. 이는 이중 전원 공급 장치를 갖춘 일반적으로 사용 가능한 이중 연산 증폭기인 Texas Instruments의 LM358을 사용합니다. 전체 출력 스윙을 활성화하려면 +5V 및 -5V로 설정하겠습니다. 이는 Moku:Go의 전원 공급 장치 #1 및 #2(후면 패널의 바나나 스타일 잭)에서 전원을 공급받으며 소프트웨어를 통해 구성됩니다.
그림 3 : Moku:Go 통합 전원 공급 장치
실습에 앞서 이론 강의와 자료를 참조하면서 학생들은 차단 주파수(또는 대역폭)가 다음과 같이 주어진다는 것을 기억하게 됩니다.
이 예에서는 R1과 R2를 22kΩ으로, R3과 R4를 100kΩ으로, C1과 C2 = 1nF를 선택하여 f를 제공합니다.c = 7.2kHz 및 이득 2(또는 6dB).
일반적인 접근 방식은 이제 학생들에게 함수 생성기를 사용하여 선택한 주파수에 걸쳐 사인파를 적용하도록 지시하는 것입니다. 출력과 입력은 오실로스코프에서 수동으로 측정된 후 진폭과 위상 플롯으로 전송됩니다. 이 플롯은 필터 주파수 응답의 보드 플롯입니다. Moku:Go의 오실로스코프에는 파형 발생기가 내장되어 있으므로 추가 실험실 장비 없이도 이러한 실습 수동 주파수 응답을 플롯할 수 있습니다. 그림 4는 입력 및 출력의 진폭과 위상을 조사하고 측정하는 데 사용되는 오실로스코프와 통합 파형 발생기를 보여줍니다. 채널 2(파란색)는 필터 입력에 적용된 파형 발생기 신호를 측정하고, 채널 1(빨간색)은 필터의 출력을 표시합니다.
그림 4 : 파형 발생기가 통합된 Moku:Go의 오실로스코프
Moku:Go의 오실로스코프 측정을 사용하여 학생들은 DC에서 20MHz(이 경우에는 20kHz)까지 진폭과 위상을 빠르게 측정할 수 있습니다. 주파수 응답을 플롯하려면 최소 약 10개의 측정 쌍이 필요하므로 실험실에서 이 작업에 30분 정도 걸릴 것으로 예상할 수 있습니다.
Moku:Go 주파수 응답 분석기
그림 5 : 4차 버터워스 필터
우리는 이것을 프로토타이핑 브레드보드에서 다시 만들었습니다.
그림 6 : 프로토타입 버터워스 필터
이제 학생들에게 주파수 응답 분석기를 소개할 절호의 기회입니다. 크기 및 위상 측정을 수동으로 기록하는 대신 프로세스가 자동화됩니다. Moku:Go는 몇 초 안에 오실로스코프에서 주파수 응답 분석기로 전환하고 몇 분의 설정만으로 4차 필터의 응답을 얻습니다. 커서를 사용하여 응답을 측정하고 진폭 및 위상이 예상 전달 함수와 일치하는지 확인할 수 있습니다.
그림 7 : Moku:Go 주파수 응답 분석기의 버터워스 필터 응답
실습에 앞서 이론 강의와 자료를 참조하면서 학생들은 차단 주파수(또는 대역폭)가 다음과 같이 주어진다는 것을 기억하게 됩니다.
실험실 평가
Moku:Go 소프트웨어는 Windows 및 macOS에서 실행되며 데이터 로깅 및 스크린샷 기능을 통합합니다. 이를 통해 학생들은 커서로 플롯을 캡처하고 평가 및 채점을 위해 개인 보고서에 제출하는 것이 이상적입니다.
Moku:Go 전체 실험실 설정
그림 8 : Moku:Go 필터 연구소 설정 완료
Moku:Go는 강력한 도구와 사용 가능한 전원 공급 장치를 갖춘 직관적인 UI를 통합합니다. 엔지니어링 연구실은 이동이 가능하며 학생들이 원하는 시간과 장소에서 외부 연구실을 이용할 수 있습니다.
Moku:Go의 장점
교육자 및 실험실 조교용
- 연구실 공간과 시간의 효율적인 활용
- 일관된 장비 구성의 용이성
- 기기 설정이 아닌 전자 장치에 중점을 둡니다.
- 연구실 조교 시간 극대화
- 개별 연구실, 개별 학습
- 스크린샷을 통한 단순화된 평가 및 등급 지정
학생을 위한
- 각자의 속도에 맞춰 진행되는 개별 실험실을 통해 이해도와 기억력이 향상됩니다.
- 휴대 가능하며 집, 캠퍼스 연구실 또는 원격 공동 작업 등 연구실 작업을 위한 속도, 장소 및 시간 선택 가능
- 친숙한 Windows 또는 macOS 노트북 환경이면서도 전문가급 장비를 갖추고 있습니다.
Moku:Go 데모 모드
여러분의 시간과 재능으로 다운로드 macOS 및 Windows용 Moku:Go 앱. 데모 모드는 하드웨어 없이도 작동하며 Moku:Go 사용에 대한 훌륭한 개요를 제공합니다.
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