Skip navigation

1. foglalkozás

Az 1. foglalkozás: Elméleti áttekintés, szimulációs mérések (6 tanóra)

A foglalkozás elején célszerű áttekinteni, feleleveníteni az elméleti ismeretet, melynek segítségével képet kaphatunk a tanulók felkészültségéről. A szükséges korrekciók után tárgyalhatók a mérési elméleti ismeretek (ez utóbbi esetén is lehet a tanulókat kérni a foglalkozás előtti olvasásra). A foglalkozás második részében a tényleges szimulációs mérések végrehajtása következik, egyéni munka keretein belül.

Az áramkörszimuláció alkalmazása a témakör oktatásában

Az áramkörök nagyfokú integráltsága okán szinte lehetetlen úgy tervezni áramköröket – legyen az analóg, vagy digitális –, hogy egy teljes készülék működése garantálható lenne próbák nélkül. Nagy segítségünkre lehetnek ilyenkor a különböző szimulátorok. Nézzük részletesen, mikor „hajthatnak” számunkra hasznot, mind az ipari, mind pedig az oktatási folyamatokban:
  • Általánosan eldöntendő esetekben: „Működni fog, avagy sem?”;
  • Részegységek működésszimulációja esetén, ha például a teljes áramkör nem átlátható, vagy csak egy-egy funkcionális egység gyors „előmérésére van szükség;
  • Ha tényleges hibákat kívánunk megelőzni, drága eszközökkel dolgozva nem célszerű azokat kitenni a meghibásodásnak, tönkremenetelnek;
  • Bizonytalanság, félelmek esetén, megfelelő szakmai kompetenciák hiányakor (a heurisztikus tanulást megtámogatva). Ha kevesebb a kudarcélmény nőhet a magabiztosság;
  • Áramköri kísérletek alkalmával kiváló eszközei a megismerésnek;
  • A tervezési-, a korrekciós-, valamint a végleges áramkör kialakítására fordítandó idő szűkössége alkalmával. A szimulátorok tehát eredményesen lerövidíthetik a munkaidőnket;
  • Bizonyos műszeres mérési műveletek kiválthatók a számítógépes szimulátorokkal;
  • Fontos lehet az idő manipulációja, az idő kitágítása: „A túl gyorsan lejátszódó … folyamatokat teszik érzékelhetővé a lassított bemutatások” [Tóth Béláné dr. - dr. Tóth Péter (2009): Oktatástechnológia és multimédia. Ligatura Kiadó, Budapest, p16]. Így van ez a szinuszos oszcillátor esetében is. Mint ismeretes az oszcillátorok zajból gerjednek be, hasznos információkat nyerhetünk a bekapcsolási (tranziens) folyamatok, vagyis az oszcillátorok berezgésének megfigyelésekor. A berezgési idő akár néhány mikroszekundum is lehet, melyet műszeres mérések alkalmával megfigyelni, kiértékelni lehetetlen (1. ábra).
1. ábra Egy oszcillátor berezgési ernyőképe


  • A szimulációs mérések folyamán olyan mérőműszereket is „használhatunk” (kellő eredmények érdekében), melyek megvásárlása, birtoklása, működtetése még ipari környezetben sem gazdaságos. Ilyen műszer lehet például a spektrumanalizátor;
  • A szimulátorokkal történő munka lényegében „játék” is, mely minden ember elemi igénye, így hát célszerű eme tényt „meglovagolni”;
  • A tanuló gyakorolhatja a műszerkezelést, megismerheti s szükséges mérési metódusokat, ugyanannyi idő alatt több oszcillátor mérésére van lehetősége, mint a műszeres mérések esetén, nem feledve azt a tényt, hogy a szimulációs mérések nem helyettesítik (a virtuális „valóság” csapdája) a műszeres méréseket, viszont megalapozhatják azokat. Mindezek okán fokozható a tanuló önbizalma a műszeres mérések folyamán;
  • Kiválóan alkalmazhatók felzárkóztatáshoz, differenciált foglalkoztatáshoz, az ismeretek elmélyítésére, valamint az ismeretek ellenőrzésére.

Természetesen a hátrányai is ismertek a szimulációnak: a valódi tapasztalatokat nem helyettesíthetik, nem minden esetben adnak korrekt eredményeket. Tehát feladatunk, hogy a tanulók az alkalmazásuk korlátait is megismerjék.

Minden tanulónak lehetősége nyílik a mérési metódusok, a műszerek kezelésének gyakorlására, készség szintjére fejleszteni. Mindezt szorongás, félelmek nélkül tehetik, hiszen kárt okozni nem tudnak. Ennek biztos tudatában hatékonyabb a munkavégzés is. Az oktató feladata kettős: elakadás esetén segítő „munkatársként” fellépni a felzárkóztatás érdekében, valamint az tananyaggal jobban haladó tanulókat differenciáltan foglalkoztatni, akár kötetlen mérési feladatok végrehajtására biztatni, abban támogatni, instruálni. A munka folyamán fejlődik a tanulók kapcsolási rajz értelmező- és reprodukciós készsége.

A szimulációs munka folyamán lehetőségünk van a szelektív hálózat-, az erősítőfokozat mérésére, az erősítőfokozat egyenáramú munkaponti jellemzőinek mérésére, a nyitott hurkú (hurokerősítés, átviteli tényezők, fázis- és amplitúdófeltétel), valamint a zárt hurkú – oszcillációs – (hurokerősítés, átviteli tényezők, fázis- és amplitúdófeltétel) mérésekre, a szoftverhasználati kompetencia fejlesztése és a monotonitás elkerülése érdekében minderre két programot is alkalmazva (Tina-TI és LTSpice).

Tekintettel arra, hogy a szimulációs mérések ideje rövidebb, mint a műszeres mérésekre fordítandó idő, így nyílik lehetőség több típus szimulációjára, valamint a mérési dokumentáció órai elkészítésére. Dönthetünk azonban úgy is, hogy a tanulók (füzetbe történő) eredményrögzítése után (a dokumentáció elkészítését otthoni feladatként meghatározva, az egyes exportállományokat flash drive-ukra mentve) közös munka keretein belül megbeszéljük a tapasztalatokat, kiértékelhetjük eredményeket, a hibák okait. Mivel egyéni munka folyik, a képességek és a kompetenciák közötti különbségek miatt más-más ütemben haladnak a tanulók. Ennek okán nem kell minden tanulót egy időben instruálni, például elakadás esetén, ez tovább növeli a felzárkóztatás lehetőségét. A jobban haladó tanulók bevonhatjuk a tanítás folyamatába, szakértővé téve őket, teret adva a tanítva tanulni módszernek, segítve az oktatói munkát, melyből ők tovább profitálhatnak. Lehetőség teremtődik ezáltal a társas kompetenciák, az egymás iránt érzett felelősség kialakítására, fejlesztésére. Általános megfigyelés, hogy a fesztelenebb kortársi interakciók hatékonyak, hiszen a tanulók készségesebben fordulnak – sok esetben – egymáshoz, így egy-egy aktuális kérdésre gyorsabban érkezik meg – az amúgy korrekt – válasz.
MIKE GÁBOR: SZINUSZOS OSZCILLÁTOROK - MUNKAANYAG