기초전자실험 with PSpice(플립러닝으로 배우는)

오늘날 4차 산업혁명은 우리 사회의 전반에 걸쳐 많은 변화와 혁신을 인도하고 있다. 특히 대학교육 분야에서도 플랫폼 기반의 창의·융합 인재 양성이 크게 대두되고 있으며, 이러한 시대에 교수학습 방법에서도 크게 변화하여 플랫폼 기반의 교육과 과제 중심 또는 문제 중심, 그리고 학생 주도적 학습 등 비중이 늘어나고 있다. 또한 전공 분야의 학습역량 및 실무능력 강화를 위해 개방소스 HW/SW 플랫폼 기반의 교육이 더욱 강조되고 있다. 특히 전자, 전기, 정보통신 분야의 이론 및 실험 교육에서도 학생들의 자기주도 학습과 플립드(flipped)-러닝을 도입하여 수업의 효율성과 성취도 제고 등 전공 이론 및 실무 지식을 함양하고 있다.

이러한 교육 패러다임 변화에 능동적·선제적 대응을 위해 전자, 전기, 정보통신 분야의 전자실험 교육에서도 실험에 필요한 기초이론, SW 기반 시뮬레이션, 그리고 보다 이해하기 쉬운 실험전개 등을 고려한 교재 개발의 필요성이 대두되어 왔다. 이를 위해 저자는 대기업 및 대학에서 오랫동안 연구개발 및 강의를 한 경험을 바탕으로 이 시대에 부합하는 플랫폼 기반과 실험 교육의 수월성을 목적으로 본 교재를 집필하게 되었다. 따라서 실험에 필요한 회로의 기본 법칙 및 원리, 적용 방법 등 학습을 통해 기초지식 함양은 물론, 지속적 학습동기를 유발하여 전공역량을 강화하고 자신감을 가질 수 있도록 내용을 구성하였다.

본 교재는 실험에 필요한 기본 이론, PSpice 시뮬레이션, 그리고 주제별 실험을 포함하며, 특히 자기 주도적 플립드-러닝이 가능하도록 내용을 구성하였다. 본 교재가 지향하는 목적은 다음과 같다.

첫째, 회로 해석에 필수적인 법칙 및 정리 등을 실험을 통해 검증하고, 계측 및 데이터 분석, 보고서 작성 등 실무능력을 함양한다.
둘째, 실험에 필요한 기본 이론을 이해하고, 실제 문제의 이론적 분석과 PSpice 시뮬레이션의 결과와 비교 등 고찰 능력을 함양한다.
셋째, 내용 구성이 자기 주도적·선제적 학습이 가능하도록 되어 있어 실험의 효율적 전개 및 학습의 수월성을 인도한다.

본 교재의 특징으로는 다음과 같다.
⑴ 실험 주제에 대해 필요한 기초이론을 간결하게 핵심적 내용으로 정리하였으며, 또한 이론적 이해를 돕고자 간단한 실제 문제 및 풀이를 포함하였다.
⑵ PSpice 활용 방법을 전개하고, 실험 주제의 회로에 대해 시뮬레이션 결과를 이론적 분석과 검토 등을 실시하였다.
⑶ 자기 주도적 플립드-러닝 기반의 PSpice 시뮬레이션이 가능하여 실험 수업의 효율성과 성취도를 제고하도록 하였다.
⑷ 실험을 보다 쉽게 전개할 수 있도록 회로 구성, 실험 과정, 결과 검토 등의 내용으로 구성하였다.
⑸ 실험 전과 후에는 각각 예비 및 결과(실험) 보고서를 작성하며, 또한 실험 주제의 학습 점검을 위해 학습 진단(quiz)을 수행함으로써 종합적인 학습정리가 되도록 하였다.

실험에 관한 일반적인 사항

PARTⅠ PSpice와 직류 기초이론 및 실험

1장 PSpice 활용법 및 시뮬레이션
1.1 학습 목표
1.2 기초 이론
1.3 실제 문제 및 분석
1.4 시뮬레이션 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

2장 저항과 멀티미터
2.1 학습 목표
2.2 기초 이론
2.3 멀티미터와 브레드보드
2.4 실제 문제 및 분석
2.5 시뮬레이션 및 고찰
2.6 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

3장 전원 및 옴의 법칙
3.1 학습 목표
3.2 기초 이론
3.3 실제 문제 및 분석
3.4 시뮬레이션 및 고찰
3.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

4장 저항의 직·병렬 및 전압과 전류의 분배 법칙
4.1 학습 목표
4.2 기초 이론
4.3 실제 문제 및 분석
4.4 시뮬레이션 및 고찰
4.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

5장 키르히호프의 전압 및 전류 법칙
5.1 학습 목표
5.2 기초 이론
5.3 실제 문제 및 분석
5.4 시뮬레이션 및 고찰
5.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

PART Ⅱ 회로망 이론 및 실험

6장 중첩의 원리 및 가역의 정리
6.1 학습 목표
6.2 기초 이론
6.3 실제 문제 및 분석
6.4 시뮬레이션 및 고찰
6.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

7장 테브난의 정리
7.1 학습 목표
7.2 기초 이론
7.3 실제 문제 및 분석
7.4 시뮬레이션 및 고찰
7.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

8장 노턴의 정리
8.1 학습 목표
8.2 기초 이론
8.3 실제 문제 및 분석
8.4 시뮬레이션 및 고찰
8.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

9장 최대전력 전송정리
9.1 학습 목표
9.2 기초 이론
9.3 실제 문제 및 분석
9.4 시뮬레이션 및 고찰
9.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

10장 2-포트 회로망의 행렬
10.1 학습 목표
10.2 기초 이론
10.3 실제 문제 및 분석
10.4 시뮬레이션 및 고찰
10.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

11장 휘스톤 브리지 회로
11.1 학습 목표
11.2 기초 이론
11.3 실제 문제 및 분석
11.4 시뮬레이션 및 고찰
11.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

PART Ⅲ 교류회로 이론 및 실험

12장 오실로스코프와 파형 발생기
12.1 실험 목적
12.2 실험 준비물
12.3 오실로스코프
12.4 파형 발생기(Function Generator)
12.5 프로브 교정
12.6 실험 과정 및 결과
■ 학습 진단 / 예비학습

13장 교류 전압 및 전류
13.1 학습 목표
13.2 기초 이론
13.3 실제 문제 및 분석
13.4 시뮬레이션 및 고찰
13.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

14장 인덕터와 커패시터
14.1 학습 목표
14.2 기초 이론
14.3 시뮬레이션 및 고찰
14.4 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

15장 RL, RC 회로 및 전력
15.1 학습 목표
15.2 기초 이론
15.3 실제 문제 및 분석
15.4 시뮬레이션 및 고찰
15.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

16장 RL, RC 과도응답과 미·적분 회로
16.1 학습 목표
16.2 기초 이론
16.3 시뮬레이션 및 고찰
16.4 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

17장 RLC 직렬 공진회로
17.1 학습 목표
17.2 기초 이론
17.3 실제 문제 및 분석
17.4 시뮬레이션 및 고찰
17.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

18장 RLC 병렬 공진회로
18.1 학습 목표
18.2 기초 이론
18.3 실제 문제 및 분석
18.4 시뮬레이션 및 고찰
18.5 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

19장 필터 회로
19.1 학습 목표
19.2 기초 이론
19.3 시뮬레이션 및 고찰
19.4 실험 및 고찰
■ 학습 진단 / 예비학습

부록 오실로스코프와 파형 발생기
기초 이론
1 오실로스코프
2 파형발생기

서경환 경북대학교 공과대학 전자공학과 공학사
한국과학기술원 전기및전자공학과 공학석·박사
삼성전자 정보통신본부 수석연구원
현재: 강남대학교 전자공학과 교수