Jste zde

SPICE simulace složitějších obvodů

Ing. Robert Láníček, 27. Leden 2014 - 17:17

Slow motion speaker resonance a SPICE model PartSim

Ing. Robert Láníček, 9. Únor 2016 - 0:00

V amatérských podmínkách jsou přesná akustická měření obtížně realizovatelná, protože realizovat bezodrazovou komoru, či umělou hlavu je téměř nemožné a ani přesné širokopásmové mikrofony nebývají zrovna levné. Na druhou stranu některá měření jsou až legračně jednoduchá a troufám si říci i zábavná.

Aktualizováno: Spectrometer Ocean Optics a spektra žárovek, zářivek a LED svítidel

Ing. Robert Láníček, 14. Prosinec 2015 - 9:00

Dá se říci, že konečně je dostupná náhrada za žárovku, která se jí blíží i kvalitou světla a tou je LED. A protože i světelný tok a samozřejmě pořizovací cena začínají být na rozumné úrovni, nastal podle mého laického osobního názoru konečně čas dát sbohem většině zářivkových zdrojů.

EasyEda online SPICE simulator

Ing. Robert Láníček, 13. Říjen 2014 - 0:00

Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis algoritmy byly vyvinuty koncem šedesátých let na univerzitě v Berkley (L. Nagel) a jsou základem prakticky všech simulačních programů pro elektroniku. Důležité je, že tento základ je otevřený a zdarma. Takže i free program by měl dávat stejně správné výsledky jako placené programy. Ovšem důležité je i to okolo. Dnes už asi nikdo nebude tvořit složitější zapojení textovým zápisem netlistu. Použitelnost programu je kromě snadnosti ovládání dále dána zpracováním výsledků a dostupnými knihovnami součástek, příklady zapojení, rozšířením a podporou. To beze zbytku splňuje verze programu Tina-Ti a demoverze MicroCapu. Zajímavý ale bude i nový online projekt EasyEda. Není samozřejmě jediný (PartSim, CircuitLab, Ngspice), ale podle mě je z nich nejpovedenější. A díky tomu, že se nikam nic neinstaluje, je dostupný všude, kde je internet, nemusíme se nikde registrovat a také jeho podpora vypadá slušně, mohl by se docela rozšířit.

Total harmonic distortion sítě na Tina cloudu

Ing. Robert Láníček, 6. Říjen 2014 - 9:00

V zásuvce by měl být harmonický sinusový průběh 230 V / 50 Hz. Skutečnost je už mnoho let jiná. Tvar vlnovky zobrazené osciloskopem vykazuje okem viditelné zkreslení. A nejen že to není pěkné na pohled, ale způsobuje to řadu problému při distribuci elektrické energie. Vyšší harmonické složky se neruší ve středním vodiči, výrazně zvyšují ztráty vířivými proudy v transformátorech, přetěžují kompenzační kondenzátory, ovlivňují funkci proudových chráničů atd. Hlavní příčinou tohoto nežádoucího jevu jsou spotřebiče s neharmonickým odběrem proudu, což jsou řízené usměrňovače, měniče, spínané zdroje ve spotřební elektronice a třeba i elektronika úsporných světelných zdrojů. Proudy protékají impedancemi vedení a v konečném důsledku ovlivní i tvar napětí. Srozumitelně je problematika rozebrána např. na stránkách producentů mědi.

Fourierova analýza na internetovém cloudu Tina

Ing. Robert Láníček, 25. Září 2014 - 0:00

J. B. J. Fourier (1760-1830) byl francouzský matematik, který se proslavil analýzou periodických dějů. Mimo jiné také doprovázel Napoleona jako vědecký poradce při neslavné výpravě do Egypta. Zjednodušeně řečeno: Libovolný periodický signál lze rozložit na součet harmonických složek – sinusovek. Tyto harmonické kmity se liší amplitudami, fázovými posuvy a kmitočty. Kmitočty vyšších harmonických jsou celistvým násobkem kmitočtu první základní harmonické. Základní harmonická má kmitočet shodný s analyzovaným průběhem. Postup lze otočit a naopak z jednotlivých harmonických složek poskládat složitější průběh – syntéza. Analýzu lze provést měřicím přístrojem (i lepším osciloskopem), spočítat analyticky, anebo využít k numerickému výpočtu nějaký simulační program.

Filament LED a spherical integrator

Ing. Robert Láníček, 18. Září 2014 - 8:40

Tento rok se začala prodávat LED žárovka, která konečně žárovku opravdu připomíná. Má skleněnou baňku stejné velikosti jako klasická žárovka a uvnitř jsou „vlákna“ či spíše tyčinky sériově spojených ledek, takže to vypadá jako wolframová žárovka před zavedením dvojité spirály vlákna. Pravděpodobně se jedná o variantu UV ledek s luminoforem a světlo má teplou barevnou teplotu jako žárovka 2 700 K s ještě přijatelným indexem věrnosti barev CRI >80. Existují i varianty s jednodušší elektronikou (srážecím kondenzátorem) a ta se pak zcela vejde do kovové patice a to i u varianty s malou objímkou E14. Ze zvědavosti jsem na ebay.de zakoupil filament LED E27 8 W/800 lm, a E14 4 W/360 lm a porovnal je s obyčejnými žárovkami.

Simulace x/y projektoru pomocí CD audio a osciloskopu

Ing. Robert Láníček, 10. Duben 2014 - 0:00

Od roku 1964 se u nás prodává úžasná hračka - magická tabulka Grafo, což je v principu jednoduchý ploter. Princip kreslicí tabulky procvičující koordinaci rukou je jednoduchý. Jednou rukou se ovládá svislý pohyb a druhou vodorovný pohyb pisátka. K dokonalosti chybí jen zdvih pisátka – přerušení stopy. K ovládání kreslicího paprsku lze využít i osciloskopickou obrazovku, tak jak to těsně po válce ve svých abstraktních oscillons předvedl malíř Ben Laposki [1] (úvodní ilustrace). Dnes tento princip vektorové grafiky přichází opět do módy, protože jsou dostupné výkonné lasery a stačí jen zrcátky vyřešit rozmítání ve vodorovném a svislém směru. Vychylovací zrcátka upevněná na ladičkách a místo laseru paprsek z petrolejové lampy použil poprvé ke skládání harmonických kmitů i francouzský matematik J. A. Lissajous [3]. Velmi pěkný laser projector řízený Atmegou má na svých stránkách japonský inženýr ChaN [2]. A z jeho stránek byl stažen i frame editor mkv2.exe pro převod bodů obrázku do tabulky x/y hodnot.

Operational amplifier v RC generátoru Heathkit IG-18

Ing. Robert Láníček, 27. Březen 2014 - 0:00

Jako vždy je možné začít armádou, protože přesně počítat potřebovalo nejen dělostřelectvo, ale i letectvo potřebovalo rychle spočítat přesné svržení bomb. Takže za války nebyla jen Enigma ale byl už i supertajný analogový počítač Norden bombsight [1]. V té době rychlé výpočty kromě čistě elektromechanických řešení už začínala umožňovat i elektronika prostřednictvím analogových počítačů. A základem analogového počítače je speciální zesilovač pro matematické operace. Tyto operační zesilovače [4] se vlastnostmi blíží ideálnímu zesilovači napětí a jejich vlastnosti určují zpětné vazby. Zesilovače se zápornou zpětnou vazbou v roce 1927 vynalezl Harold Stephen Black a je to pěkná historka. Za prosluněného rána v 8:15 1. srpna 1927 si na trajektu do práce na zakoupené noviny New York Times načmáral princip a odvodil známý Blackův vztah pro zesilovač se zápornou zpětnou vazbou [2]. Na konečné realizaci zpětnovazebního zesilovače se pak podíleli i jeho kolegové, inženýři Bellových laboratoří Harry Nyquist a Hendrik Bode. Ke konstrukci operačního zesilovače bylo zapotřebí dořešit ještě vstupní rozdílový stupeň a pak samozřejmě nahradit elektronková (1941) a později tranzistorová diskrétní řešení (1961) integrovanými obvody. První integrovaný operační zesilovač μA709 ve firmě Fairchild pak zkonstruoval Robert John (Bob) Widlar spolu s Davidem Talbertem (1963) [3] a vzápětí v roce 1967 pak i první integrovaný stabilizátor napětí µA723 [6].

Transistor SPICE model a návrh SE stupně ve třídě A

Ing. Robert Láníček, 7. Březen 2014 - 7:09

William Shockey, John Bardeen a Walter Brattain prezentovali 23. 12. 1947 schopnost polovodičové triody zesilovat napětí. Bellovy laboratoře uveřejnily tento převratný vynález až o půl roku později a J. R. Pierce pak vymyslel nové součástce jméno TRANsfer reSISTOR [1]. Nobelova cena za fyziku byla za tento objev udělena těmto třem autorům se zpožděním až v roce 1956. Už ve vzpomenutém televizním interview pamětníka a nositele Nobelovy ceny G. E. Smitha opatrně zaznělo, že W. Shockley měl sice velké ego, ale hlavním teoretikem a mozkem týmu byl skromný J. Bardeen, který pak obdržel i druhou Nobelovu cenu za objevy v oblasti supravodivosti pro magnetickou rezonanci [3]. Ale stejně jako Edison nevynalezl žárovku, Bell telefon a Marconi bezdrátovou telegrafii, tak i tato trojice tranzistor pouze znovuobjevila. Tím padají i konspirační bláboly, že rozhodně není náhodou, že objev tranzistoru se časově shoduje s pádem UFO v Roswellu. Ale třeba někomu ty talíře padají na hlavu častěji a ostatní incidenty MIB debilizátorem úspěšně maskují. Vynálezcem tranzistoru, který ho nejen patentoval, ale i prakticky sestrojil už v roce 1925 je Julius Edgar Lilienfeld [2]. Byl to univerzální vědec a mimo jiné se podílel i na konstrukcích vzducholodí Graph Zeppelin. K objevu polem řízených tranzistorů ho přivedla jeho práce pro firmu Amrad Ic na tenkých izolačních vrstvách oxidu hlinitého v elektrolytických kondenzátorech. Když už ne slávy, dožil se tento ukrajinský rodák a absolvent Humboldtovy univerzity, který kvůli svému židovskému původu nakonec emigroval do USA, neuvěřitelného rozšíření svého vynálezu, protože umírá až v roce 1963.

Shockley equation PN junction, SPICE model diody

Ing. Robert Láníček, 28. Únor 2014 - 15:31

Dioda je základní elektronická součástka, která vede proud jedním směrem od anody ke katodě (podle abecedy). Pokud proud protéká obvodem, tak podle Ohmova zákona bude na součástkách, kterými protéká proud i stejnosměrné napětí. Takže se diody používají především v měničích střídavého proudu AC na proud stejnosměrný DC v tzv. usměrňovačích (rectifier, AC-DC converter). Diod je samozřejmě řada typů a liší se použitím. Ale s výjimkou tunelové diody vedou proud jedním směrem a pracují tedy jako zpětný ventil v potrubí (žabí klapka). V zapojení RC generátoru Heathkit IG18 [1], které jsem si zvolil jako sjednocující linku tohoto seriálu o simulacích klasických obvodů, je zapojeno diod osm. Pět má usměrňovací funkci, jedna stabilizuje napětí ve zdroji a u dvou diod se využívá skutečnosti, že na rozdíl od mechanického spínače je zapotřebí překonat malé prahové napětí v propustném směru k otevření diody. Toto napětí vytváří předpětí na koncovém komplementárním stupni zesilovače třídy AB a snižuje zkreslení zesilovače. Oblast postupného otevírání diody je zajímavá a má exponenciální průběh popsaný diodovou Shockleyovou rovnicí. Samozřejmě i deset bipolárních tranzistorů v zapojení generátoru má v sobě PN přechody a právě znalost diodové rovnice značně zjednoduší řešení tranzistorových zesilovačů. Exponenciála/logaritma je asi nejkrásnější a nejpoužívanější funkcí v technice. Exponenciální rovnice popisují nejen PN přechody (PN junction), ale i nabíjení a vybíjení kondenzátoru, oteplování a ochlazování strojů, rozpad radioaktivního materiálu, pronikání Rentgenova záření hmotou, ale třeba i růst výkonnosti procesorů je podle spoluzakladatele firmy Intel exponenciální [2].