Jste zde

Teorie a praxe

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.

S čidlem CO2 odhalíte dusnou atmosféru. Na výstavě i doma v ložnici

Jan Robenek, 5. Březen 2014 - 0:00
Regulace kvality vzduchu v místnosti je obecným předpokladem nejen pro dobrou pohodu a vysoký pracovní výkon, ale též pro energeticky optimalizovaný provoz ventilačních zařízení. Odborníci bijí na poplach. Znečištění vzduchu uvnitř budov totiž bývá často vyšší než znečištění vzduchu venku.

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].

SPICE model transformátoru

Ing. Robert Láníček, 21. Únor 2014 - 10:40

Transformátor [1] je netočivý elektrický stroj, který lze vyrobit s účinností blížící se stu procentům. Neplatí to sice pro malé transformátory ve spotřební elektronice, ale i tak je to úžasné zařízení, které umožní téměř bezeztrátově měnit dle potřeby střídavé napětí a proud. Díky tomu také Nikola Tesla ve válce proudů [4] poslal Edisonovu stejnosměrnou energetiku na smetiště dějin. Je zajímavé, že stejně jako Edisona preferují v Americe, tak u nás má tuto adorovanou pozici skalní zastánce stejnosměrného proudu František Křižík [2]. Ale to, že máme v našich elektrotechnických dějinách i velikána proudu střídavého Emila Kolbena [3] umučeného na sklonku života v koncentráku, ví málokdo. Přitom střídavé a na pochopení mnohem náročnější obvody dnes vítězí i tam, kde by to člověk nečekal, jako jsou ze stejnosměrných baterií napájené elektromobily a vysokozdvižné vozíky. A naše země stále umí vyrábět jak obrovské elektromotory, tak i ty menší do těch vozíků (na Moravě třeba firmy Siemens Drásov a Juli Motorenwerk). Příkladem dokonalé konstrukce transformátoru je napaječ modelové železnice Piko mechanik Fz1. Tady soudruzi z Endéer rozhodně chybu neudělali. Počínaje plastovým krytem, který ani po padesáti letech nejeví známky stárnutí na rozdíl od dnešních recyklovaných křápoplastů a konče neuvěřitelným předimenzováním a robustností všeho.

High Voltage oscillator a návrh kapacity zdroje

Ing. Robert Láníček, 14. Únor 2014 - 0:00
Konstrukce vysokonapěťového relaxačního generátoru vznikla v předinternetovém pravěku na základě naprostého nepochopení přechodového děje při nabíjení a vybíjení kondenzátoru. Impulsem byla oslava 75. výročí dnes už zoptimalizované průmyslovky, kde v zešeřelém chrámu vstupní haly památkově chráněné budovy posílal k nebi plazmu velký Jakobův žebřík (Jacobs ladder ) [1], který tam spolu s impozantním vysokonapěťovým transformátorem pan profesor Novák tehdy nainstaloval. Byla to úžasná podívaná, výboj se zapálil dole v nejužším místě vidličky a pak pomalu andělsky stoupal nahoru k rozšiřujícímu se konci, kde se zatřepotal a zanikl. Ty internety tenkrát nebyly a ani ve vznikající komerční televizi, která se zaměřila ve vítězném projektu na náročné diváky, nic takového nedávali. A z bezpečnostních důvodů nám o takovém kouzle raději nepřednášeli ani na škole. A tak jako můru přitahuje světlo svíčky, tak správné elektrotechniky lákaly odjakživa blesky vysokého napětí podobně, jako budoucí chemiky domácí výroba výbušnin. Protože slovy paní správcové šplhající na pivovarský komín v Postřižinách, to je to pravé, protože je to nebezpečné.

Sawtooth relaxation generator SPICE simulace s TV neon lampou

Ing. Robert Láníček, 7. Únor 2014 - 0:00
Další součástkou, jejíž sláva dávno pohasla, je doutnavka (neon bulb, glow lamp), která je v zapojení oscilátoru Heathkit IG18 použita jako indikace zapnutí, podobně jako slouží třeba u sporákového třífázového vypínače. Má opačné vlastnosti k žárovce, tj. nepatrnou spotřebu, hnusné světlo a zanedbatelnou setrvačnost.

Stránky