Eletrônica - Hive

Resumo

Para experimentação com circuitos analógicos. Através desta ferramenta, você terá acesso ao seu próprio laboratório de eletrônica. Usando sua interface interativa, você pode usar uma placa de prototipagem para conectar componentes e fios. Você também pode conectar e configurar um gerador de funções e uma fonte de alimentação. Uma vez que o circuito esteja projetado, você também pode realizar medições usando o multímetro ou o osciloscópio. Tanto os circuitos quanto as medições são construídos e realizados na realidade: não é uma simulação. Um sistema baseado em relés conecta os componentes conforme você definiu, resultando em sinais e medições reais. Útil para atividades em eletrônica analógica, como a lei de Ohm, a lei de Kirchhoff, caracterização de componentes, aprendizado sobre instrumentação, tipos de circuitos, etc.

 

Uso e Instrumentos

O Laboratório de Eletrônica LabsLand é muito poderoso e é baseado em uma interface interativa com aparência virtual. Como em um laboratório tradicional de eletrônica analógica, o aluno tem acesso e controle sobre uma série de instrumentos, que são os seguintes: placa de prototipagem, gerador de funções, fonte de alimentação, multímetro, osciloscópio. Eles também têm acesso a uma bandeja de componentes, que podem incorporar ao seu circuito.

O principal elemento é a placa de prototipagem. Os alunos geralmente começam criando seu circuito aqui. Para criar um circuito, os componentes serão arrastados da bandeja (na parte superior da tela) para a placa de prototipagem, e eles serão conectados usando fios, acessíveis através da barra de ferramentas no canto superior direito. A interface é muito interativa, permitindo adicionar, mover e remover componentes e fios livremente.

O sistema também permite carregar e salvar circuitos já projetados. Este recurso permitirá usar circuitos complexos como ponto de partida se a atividade tiver sido projetada dessa forma; ou salvar circuitos para mantê-los ou enviá-los ao final de uma atividade.

Na placa de prototipagem, você pode ver vários conectores nas laterais, que conectam o circuito precisamente com o restante dos instrumentos. As etiquetas nesses conectores são bastante descritivas, mas por exemplo, os conectores no canto superior esquerdo, agrupados como "DC Power", onde diz +5V, GND, -5V, conectam o circuito à fonte de alimentação.

Para observar e configurar um instrumento, basta selecioná-lo no menu inferior. Por exemplo, ao clicar em "DC Power", acessamos a fonte de alimentação. Podemos agir na maioria dos seus controles, e isso terá um efeito direto no circuito e nas medições (assumindo que tenhamos conectado o circuito corretamente).

Uma vez que tenhamos projetado e construído o circuito corretamente, e configurado os instrumentos, para realizar uma medição, pressionaremos o botão "Perform measurement" no canto inferior direito. Se o circuito estiver corretamente projetado, após um curto período de tempo, veremos o resultado da medição nos instrumentos. Se tivermos cometido um erro ou se o circuito não puder ser construído por razões de segurança ou porque não é suportado, veremos uma mensagem de erro.

Ao tirar uma medição de um circuito, veremos sob a interface duas fotografias em tempo real do equipamento no momento em que a medição é feita. Durante o período em que é realizada, o circuito é configurado fisicamente usando relés. Seu status às vezes pode ser observado através dos LEDs indicadores.

 

Catálogo de Circuitos

A principal característica do Laboratório de Eletrônica da LabsLand é que não é uma simulação: os circuitos são genuinamente construídos usando relés, todos os componentes incorporados nos circuitos (resistores, diodos, capacitores...) são reais e as medições são realizadas usando instrumentos reais. Isso faz dele um laboratório extremamente realista e poderoso, mas ao mesmo tempo, envolve certas limitações inevitáveis.

Para começar, o laboratório deve suportar (incorporar fisicamente) o componente específico a ser utilizado. Você pode ver quais componentes estão incorporados na bandeja de componentes. Além disso, se você quiser usar mais de um do mesmo tipo de componente, o sistema deve ter um número adequado. Além disso, por segurança, o sistema é projetado para não permitir qualquer tipo de interconexão. Curto-circuitos ou circuitos que excederiam a potência suportada pelos componentes, por exemplo, não podem ser construídos. Circuitos que não foram aprovados para segurança também não podem ser construídos.

Por causa disso, para poder projetar atividades de aula e usar o Laboratório de Eletrônica didaticamente na prática, fornecemos e recomendamos o uso do Catálogo de Circuitos que fornecemos. O Catálogo de Circuitos do LabsLand lista um grande conjunto de circuitos que garantimos que podem ser construídos e usados com segurança e que são geralmente úteis nos vários cursos para os quais o Laboratório de Eletrônica é utilizado.

Ao projetar atividades de aula em torno de circuitos do catálogo, evitaremos o problema potencial de um circuito arbitrário não ser suportado, seja por questões de segurança, disponibilidade de componentes, ou simplesmente porque não pode ser verificado que é válido construir.

Você pode acessar o catálogo através deste link: https://labsland.com/pub/docs/experiments/hive/en/index.html e ele também é listado na seção de conteúdos.

O catálogo inclui seções com circuitos para:

• Resistores
• Diodos
• Circuitos RC
• Circuitos RLC
• Amplificadores Operacionais
• Transistores

Estamos continuamente ampliando o catálogo. Se você estiver interessado em um tipo de circuito que acredita que poderia ser útil, não hesite em nos contatar. Embora não possamos garantir a adição, podemos analisá-lo e possivelmente incorporá-lo em revisões futuras.

 

Operação Interna

O Laboratório de Eletrônica LabsLand é composto por vários "Hives" distribuídos em diferentes instituições ao redor do planeta, funcionando como um "cluster" para fornecer circuitos e medições aos usuários.

Ao projetar um circuito, o circuito não é fisicamente construído e as medições não são realizadas até que o botão "Take Measurement" seja pressionado. Nesse momento, um dos nós distribuídos é atribuído, que instantaneamente constrói o circuito, realiza as medições necessárias e retorna o resultado. O nó específico que realizou uma medição pode ser observado na interface, através das duas fotografias em tempo real. Cada medição pode ser direcionada a um nó diferente: é por isso que você ocasionalmente verá que a imagem e o provedor da última medida variam frequentemente se várias forem realizadas.

Internamente, cada nó é uma caixa que contém vários instrumentos e várias placas projetadas pela LabsLand com relés e os componentes que formarão o circuito. O documento "Hive Node Reference Documentation" explica em detalhes o funcionamento interno dos nós, bem como o propósito de cada tipo de placa interna.

Os nós são projetados de forma que a instituição que os hospeda possa adicionar novos circuitos se desejar e personalizá-los. Isso também está detalhado no manual.

 

Equipamento

O equipamento para este laboratório (ou seja, os nós mencionados anteriormente) foi projetado pela LabsLand e está disponível para venda para ser implantado em instituições. As instituições, ao adquirir e implantar o equipamento em suas próprias instalações, obtêm vários benefícios; entre eles, a capacidade de conduzir pesquisas usando-o e a capacidade de criar e personalizar circuitos.

Para informações sobre como comprar o hardware, você pode visitar nossa página: https://labsland.com/en/hardware

 

Aplicação na Educação Secundária e Universitária

O Laboratório de Eletrônica LabsLand é um recurso educacional excepcionalmente valioso tanto para a educação secundária quanto para a universitária.

O laboratório oferece uma plataforma segura e interativa para explorar os fundamentos da eletrônica analógica. Os alunos podem aprender sobre conceitos básicos, como a Lei de Ohm e a Lei de Kirchhoff, através de experimentação com circuitos reais, algo que geralmente seria limitado ou mesmo fora de seu alcance. Eles também podem ganhar experiência prática com instrumentos de laboratório, como osciloscópios e multímetros, que são essenciais no campo da engenharia elétrica e eletrônica.

O laboratório pode ser usado para reforçar e expandir os conceitos introduzidos nas aulas de eletrônica e experimentar com componentes mais complexos, como amplificadores operacionais e transistores, e projetar seus próprios circuitos para análise e simulações.