Elektronik - Hive

Zusammenfassung

Zur experimentellen Arbeit mit analogen Schaltungen. Mit diesem Tool haben Sie Zugriff auf Ihr eigenes Elektronik-Labor. Über die interaktive Benutzeroberfläche können Sie eine Prototypenplatine verwenden, um Komponenten und Drähte zu verbinden. Sie können auch einen Funktionsgenerator und eine Stromversorgung anschließen und konfigurieren. Sobald die Schaltung entworfen ist, können Sie Messungen mit dem Multimeter oder dem Oszilloskop durchführen. Sowohl die Schaltungen als auch die Messungen werden in der Realität aufgebaut und durchgeführt: dies ist keine Simulation. Ein relaisbasiertes System verbindet die Komponenten, wie Sie sie definiert haben, was zu realen Signalen und Messungen führt. Nützlich für Tätigkeiten in der analogen Elektronik wie Ohmsches Gesetz, Kirchhoff'sches Gesetz, Bauteilcharakterisierung, Lernen über Instrumentierung, Schaltungstypen usw.

 

Verwendung und Instrumente

Das LabsLand Electronics Lab ist sehr leistungsstark und basiert auf einer interaktiven Benutzeroberfläche mit virtuellem Erscheinungsbild. Wie in einem traditionellen Labor für analoge Elektronik hat der Student Zugriff auf eine Reihe von Instrumenten, die folgende sind: Prototypenplatine, Funktionsgenerator, Stromversorgung, Multimeter, Oszilloskop. Sie haben auch Zugriff auf eine Komponentenablage, die sie in ihre Schaltung einbinden können.

Das Hauptelement ist die Prototypenplatine. Die Studenten beginnen normalerweise damit, hier ihre Schaltung zu erstellen. Komponenten, die auf der Prototypenplatine verwendet werden sollen, werden von der Ablage (oben auf dem Bildschirm) auf die Prototypenplatine gezogen und mit oben rechts im Toolschirm verfügbaren Drähten verbunden. Die Benutzeroberfläche ist sehr interaktiv und ermöglicht es Ihnen, Komponenten und Drähte frei hinzuzufügen, zu bewegen und zu entfernen.

Das System ermöglicht Ihnen auch, bereits entworfene Schaltungen zu laden und zu speichern. Diese Funktion ermöglicht es Ihnen, komplexe Schaltungen als Ausgangspunkt zu verwenden, wenn die Aktivität so konzipiert wurde, oder Schaltungen zu speichern, entweder um sie zu behalten oder sie am Ende einer Aktivität einzureichen.

Von der Prototypenplatine aus können Sie mehrere Anschlüsse an den Seiten sehen, die die Schaltung präzise mit den restlichen Instrumenten verbinden. Die Beschriftungen dieser Anschlüsse sind recht beschreibend, aber zum Beispiel verbinden die Anschlüsse oben links, gruppiert als „DC Power“, wo es +5V, GND, -5V heißt, die Schaltung mit der Stromversorgung.

Um ein Instrument zu beobachten und zu konfigurieren, wählen Sie es einfach aus dem unteren Menü aus. Zum Beispiel greifen wir durch Klicken auf „DC Power“ auf die Stromversorgung zu. Wir können auf die meisten seiner Regler einwirken, und dies wird eine direkte Wirkung auf die Schaltung und die Messungen haben (vorausgesetzt, wir haben die Schaltung korrekt verbunden).

Sobald wir die Schaltung korrekt entworfen und gebaut und die Instrumente konfiguriert haben, drücken wir die Schaltfläche „Messung durchführen“ unten rechts, um eine Messung durchzuführen. Wenn die Schaltung korrekt entworfen ist, sehen wir nach kurzer Zeit das Ergebnis der Messung in den Instrumenten. Wenn wir einen Fehler gemacht haben oder die Schaltung aus Sicherheitsgründen oder weil sie nicht unterstützt wird, nicht gebaut werden kann, sehen wir eine Fehlermeldung.

Bei der Messung einer Schaltung sehen wir unter der Benutzeroberfläche zwei Echtzeit-Fotografien des Geräts im Moment der Messung. Während der Zeitspanne, in der die Messung durchgeführt wird, wird die Schaltung physisch mit Relais konfiguriert. Ihr Status kann manchmal durch die Status-LEDs beobachtet werden.

 

Schaltungskatalog

Das wichtigste Merkmal des LabsLand Electronics Lab ist, dass es keine Simulation ist: die Schaltungen werden tatsächlich mit Relais aufgebaut, alle in die Schaltungen eingebauten Komponenten (Widerstände, Dioden, Kondensatoren ...) sind real, und die Messungen werden mit echten Instrumenten durchgeführt. Dies macht es zu einem äußerst realistischen und leistungsstarken Labor, aber gleichzeitig bringt es unvermeidliche Einschränkungen mit sich.

Zunächst muss das Labor (physisch) die spezifische Komponente unterstützen, die verwendet werden soll. Sie können sehen, welche Komponenten in der Komponentenablage enthalten sind. Außerdem muss das System eine ausreichende Anzahl derselben Art von Komponenten haben, wenn Sie mehr als eine verwenden möchten. Darüber hinaus ist das System aus Sicherheitsgründen so konzipiert, dass es keine Art von Verbindungen zulässt. Kurzschlüsse oder Schaltungen, die die von den Komponenten unterstützte Leistung überschreiten würde, können beispielsweise nicht gebaut werden. Schaltungen, die aus Sicherheitsgründen nicht genehmigt sind, können ebenfalls nicht gebaut werden.

Aus diesem Grund bieten und empfehlen wir, den Schaltungskatalog zu verwenden, den wir bereitstellen, um Klassenaktivitäten zu entwerfen und das Electronics Lab didaktisch in der Praxis zu nutzen. Der LabsLand Schaltungskatalog listet eine große Anzahl von Schaltungen auf, die wir garantieren können, dass sie sicher aufgebaut und verwendet werden können und die normalerweise in den verschiedenen Kursen nützlich sind, für die das Electronics Lab verwendet wird.

Indem wir Klassenaktivitäten um Schaltungen aus dem Katalog herum gestalten, vermeiden wir das potenzielle Problem, dass eine beliebige Schaltung entweder aus Sicherheitsgründen, Verfügbarkeit von Komponenten oder einfach weil sie nicht validiert werden kann, nicht unterstützt wird.

Sie können über diesen Link auf den Katalog zugreifen: https://labsland.com/pub/docs/experiments/hive/en/index.html und er ist auch im Inhaltsverzeichnis aufgeführt.

Der Katalog enthält Abschnitte mit Schaltungen für:

• Widerstände
• Dioden
• RC-Schaltungen
• RLC-Schaltungen
• Operationsverstärker
• Transistoren

Wir erweitern den Katalog kontinuierlich. Wenn Sie an einer Art von Schaltung interessiert sind, die Sie für nützlich halten, zögern Sie nicht, uns zu kontaktieren. Obwohl wir nicht garantieren können, sie hinzuzufügen, können wir sie analysieren und möglicherweise in zukünftigen Revisionen einbeziehen.

 

Interne Funktionsweise

Das LabsLand Electronics Laboratory besteht aus mehreren „Hives“, die in verschiedenen Institutionen auf der ganzen Welt verteilt sind und als „Cluster“ arbeiten, um Benutzern Schaltungen und Messungen zu bieten.

Beim Entwerfen einer Schaltung wird die Schaltung physisch nicht aufgebaut und Messungen werden nicht durchgeführt, bis die Schaltfläche Messung durchführen gedrückt wird. In diesem Moment wird eines der verteilten Knoten zugewiesen, das die Schaltung sofort aufbaut, die notwendigen Messungen durchführt und das Ergebnis zurückgibt. Der spezifische Knoten, der eine Messung durchgeführt hat, kann in der Benutzeroberfläche durch die zwei Echtzeit-Fotografien beobachtet werden. Jede Messung kann an einen anderen Knoten gerichtet werden: Aus diesem Grund sehen Sie gelegentlich, dass sich das Bild und der Anbieter des letzten Maßes häufig ändern, wenn mehrere Messungen durchgeführt werden.

Intern ist jeder Knoten eine Box, die mehrere Instrumente und mehrere von LabsLand entworfene Platinen mit Relais und Komponenten enthält, die die Schaltung bilden. Das Dokument „Hive Node Reference Documentation“ erklärt im Detail die interne Funktionsweise der Knoten sowie den Zweck jeder Art von interner Platine.

Die Knoten sind so ausgelegt, dass die empfangende Institution neue Schaltungen hinzufügen und anpassen kann, wenn sie möchten und sie anpassen. Dies ist auch im Handbuch detailliert beschrieben.

 

Ausrüstung

Die Ausrüstung für dieses Labor (also die zuvor erwähnten Knoten) wurde von LabsLand entworfen und ist käuflich zu erwerben, um sie in Institutionen zu betreiben. Institutionen, die die Ausrüstung kaufen und in ihren eigenen Einrichtungen betreiben, erhalten verschiedene Vorteile; unter anderem die Möglichkeit, Forschung durchzuführen, und die Fähigkeit, Schaltungen zu erstellen und anzupassen.

Informationen zum Kauf der Hardware finden Sie auf unserer Seite: https://labsland.com/en/hardware

 

Anwendung in der Sekundar- und Hochschulbildung

Das LabsLand Electronics Laboratory ist eine außergewöhnlich wertvolle Bildungsressource sowohl für die Sekundar- als auch für die Hochschulbildung.

Das Labor bietet eine sichere und interaktive Plattform, um die Grundlagen der analogen Elektronik zu erkunden. Die Studenten können durch Experimente mit realen Schaltungen über grundlegende Konzepte wie das Ohmsche Gesetz und das Kirchhoff’sche Gesetz lernen, etwas, das normalerweise begrenzt oder außerhalb ihrer Reichweite liegt. Sie können auch praktische Erfahrungen mit Laborinstrumenten wie Oszilloskopen und Multimetern sammeln, die im Bereich der Elektrotechnik und Elektronik essenziell sind.

Das Labor kann verwendet werden, um Konzepte, die in Elektronikkursen eingeführt wurden, zu verstärken und zu erweitern, komplexere Komponenten wie Operationsverstärker und Transistoren zu experimentieren und ihre eigenen Schaltungen zu entwerfen, um sie zu analysieren und zu simulieren.