Dnešní měřicí systémy s podporou počítače odměří charakteristiky samozřejmě také a nabídnou k tomu i matematické a grafické zpracování dat i s barevným tiskem. Zde bych chtěl vyzdvihnout výukový systém RC2000. K tomuto systému (původně RCdidactic) se ještě několikrát vrátím podrobněji. RCéčko měří v podobných režimech jako jsou základní SPICE analýzy DC,AC a Transient, ale přímo na součástkách v reálných obvodech. Původní osciloskopické řešení zobrazení charakteristik bylo ale takové řekněme online - po připojení byly výsledné charakteristiky okamžitě k dispozici. Nicméně je vidět, že je to přístroj čtyřicet let starý, jak potvrzuje web Radiomuseum .
Princip měření je přitom velmi jednoduchý. Je to osciloskop s větší CRT obrazovkou zapojený v režimu X/Y a zobrazuje se napětí na součástce a proud součástkou převedený na napětí na snímacím odporu podle Ohmova zákona. Osciloskopické zobrazení jedné výstupní charakteristiky tranzistoru bylo ukázáno na videu v závěru předchozího článku. Kroucením knoflíku napětí zdroje se přes větší odpor reguloval proud do báze a v režimu X/Y se snímalo kolektorové napětí a kolektorový proud. Je na tom vidět hlavní výhoda řešení, tj. okamžitá reakce na změnu v obvodě. Ale je tam i nevýhoda (řešitelná) a to rozdvojení charakteristiky v oblasti kolena výstupní charakteristiky– hystereze. Maďaři nebyli samozřejmě jediným výrobcem zobrazovače charakteristik, ale povedlo se jim to docela dobře. K přístroji byla i spousta příslušenství a když se characteriscope náhodou objeví v inzerci, tak je tento zajímavý retro přístroj zpravidla okamžitě pryč.
Vyhrabal jsem zaprášené staré přístroje a sestavil si doma provizorní pracoviště, abych demonstroval, jak snadno lze charakteristiku diody zobrazit. Stačí k tomu libovolný střídavý zdroj malého napětí samozřejmě s transformátorem uvnitř, třeba i nějaká starší napájecí kostka do zásuvky by se dala použít, pokud má střídavé a ne častější stejnosměrné napětí. A samozřejmě je zapotřebí pořídit starý osciloskop. V inzerci či na aukru se staré CRT osciloskopy objevují často a levně a to v cenách od tisíce korun.
Napaječ modelové železnice je skoro šedesát let stará konstrukce a tenkrát se ještě nedělala spotřební elektronika ve smyslu rychle spotřebovat a vyhodit. Samozřejmě na transformátoru, selenových diodách a bimetalové pojistce s žárovkou se toho nemá moc co pokazit. Ale drží i mechanické části a po tolika letech se kupodivu nerozpadá ani plastová krabice. Použití napaječe má tu výhodu, že má regulovatelné dvoucestně usměrněné nevyhlazené napětí a ještě se snadnou změnou polarity (dopředu/vzad pro PNP/NPN tranzistory). Přepínání polarity je realizované pertinaxovým komutátorem, který je ovládán otáčením regulačního knoflíku přes střední polohu. To je asi jediné slabé místo, protože kontakt ohýbaných plíšků ke kovovým kolíčkům už po tolika letech není dokonalý a asi by to chtělo rozebrat a vyčistit.
Protože doma nemám skoro nic a i ten multimetr jsem si odnesl do práce, tak jsem kontroloval nastavovaný proud obvodem stařičkým avometem. Pomocí lineárního potenciometru zapojeného jako regulační odpor jsem proud diodou nastavil na necelý miliampér, aby byly pěkně prokreslené oblasti kolena PN přechodu a Zenerova průrazu. Je vidět, že průraz je mnohem ostřejší než otevírání diody v propustném směru. Je to Zenerka 3V funkčního generátoru z prvního článku. To se ukázalo výhodné, protože prahové napětí 0,7V a Zenerovo 3V jsou blízko sebe a obrázek charakteristiky je jak z učebnice. K dokonalosti stačí otočit osciloskop naštorc (i to jsem kdysi dělával). Pro vlastní zobrazení je ampérmetr zbytečný a může se vypojit. Pro nelineární tvarovač trojúhelník/sinus funkčního generátoru byl využit ostrý Zenerův průraz. Moc to nevypadá, že by se tento lom blížil sinusovce a je zřejmé, že nastavit pracovní bod tvarovače se musí trefit hodně přesně. Přes BNC téčka (asi ze starých počítačových sítí) je paralelně připojen druhý osciloskop. Ten zobrazuje průběhy napětí a proudu, které kreslí charakteristiku.
Videokamera v mobilu má příliš krátký čas elektronické závěrky, takže je na videu vidět jak se paprsek vykreslující průběhy pohybuje zleva doprava a přeskakuje ze stopy na stopu. Na výřezu z fotky v nočním režimu fotoaparátu to díky dlouhému času a možná i průměrování z více snímku čára splyne a odpovídá to vjemu lidského zraku. V reálu se samozřejmě kromě setrvačnosti oka více uplatňuje i dosvit obrazovky, ale kvůli expozici byl jas paprsku stáhnut. Snímač fotoaparátu je totiž na svítící zelenou hodně citlivý a bylo by to na fotce přezářené.
Obrázky pracoviště jsou výřezy z jednoho většího snímku z mobilu, protoře na celkovém záběru bylo vidět příliš mnoho nepořádku okolo a znovu už se mi to fotit nechtělo, takže omluvte sníženou kvalitu. Nicméně je vidět, že je to opravdu velmi primitivní zapojení. U starého osciloskopu Tesla BM556 nefunguje v režimu X/Y invertující tlačítko a je tam ještě problém, že po přepnutí do režimu X/Y obrazovka zhasne a je zapotřebí zvětšit počet elektronů bombardujících stínítko obrazovky ( zvýšit jas). A zlobí i zoxidované kontakty otočného přepínače časové základny, takže je někdy zapotřebí několikrát zakroutit přepínačem. Horní osciloskop Advance Instruments invertování vstupu ani nemá. Ale zato má velkou obrazovku a spodní rozsah začíná už na rozsahu 20V/dílek, což se oproti klasickým 5V/div někdy hodí. Myslím, že je zřejmé, co z toho je průběh napětí na diodě a co průběh proudu. Zkontrolovat se to může zkratováním diody (vodorovná čára). Zkratování odporu bych rozhodně nedoporučoval, viz schema zapojení. Stejným způsobem lze zobrazit charakteristiky libovolného dvojpólu, ale nakonec i toho tranzistoru. Jen se musí vyřešit zdroj proudu do báze. Pro jednu charakteristiku stačí regulovatelný zdroj s větším odporem do báze. Má-li ale být charakteristik víc, musí mít zdroj signálu průběh opakovaných schodů. A správně by místo zdroje schodovitého napětí s větším odporem do báze měl být schodový zdroj proudu. Tak jak to bylo vysvětleno u lineárního nabíjení kondenzátoru pomocí invertujícího zesilovače s operačním zesilovačem v obvodu funkčního generátoru.
Pokud by se udělaly schody pro jednotlivé křivky podle obrázku z researchgate.net (použité odkazy jsou součástí snímků obrazovky), tak při stoupání napětí půlvlny usměrněného síťového napětí by se vykreslila jedna výstupní charakteristika a na konci by paprsek poskočil nahoru a směrem dolů by se vykreslovala vyšší křivka. Toto řešení nebude trpět zmíněnou hysterezí v oblasti kolena charakteristiky. Jednodušším řešením je ale nechat stupeň schodu na celou dobu půlvlny (červené schody). Pro rozmítání by bylo určitě lepší použít místo sinusovky lineární posuv – pilu, Protože u sinusovky se pohyb paprsku v oblasti amplitudy zpomaluje, mají charakteristiky na kraji vyšší jas. U videa se zenerkou jsou jasnější oba konce křivky, protože se použil neusměrněný sinusový průběh. Sinusovka se použije hlavně proto, že je to průběh, který je k dispozici ze zásuvky prakticky s libovolným výkonem a po usměrnění už má i dostatečně vysoký kmitočet, aby to moc neblikalo (dvojnásobek padesáti Hz).
Ve vybavené laboratoři není problém s digitálním dvoukanálovým digitálním generátorem sestrojit obdélník pomocí dvou obdélníkových průběhů a dvou váhových odporů R a 2R, které je sečtou ve funkcí primitivního digitálně analogového převodníku (DAC). Trochu horší je ujasnit si stejnosměrný posuv symetrických obdélníků a nastavit správně amplitudy, obzvláště když generátor Tectronics AFG 3022B má v zadávání amplitudy odélníků v menu chybu. Proto je vhodné při laborování si generované obdélníky zkontrolovat osciloskopem. Generátor má i USB vstup a je možné si namalovat průběh napětí schodů na počítači a pak vytvořený průběh do generátoru z flešky nahrát. Zkusil jsem i tento postup, ale s grafickým rozhraním programu pro kresbu průběhu jsem zápasil a výsledek mne moc nepřesvědčil a ztratilo to kouzlo jednoduchosti řešení. V počítači vytvořený průběh/y by měly tu výhodu, že by se dal kanál schodů generátoru přesně zasynchronizovat na rozmítací napětí a dala by se pak místo usměrněné sinusovky použít pro rozmítání kolektorového napětí i lineární pila, případně trojúhelník. Pravděpodobně má generátor i možnost externí synchronizace na vnější napětí, ale neřešil jsem to a nechal schody nesynchronizované na rozmítací napětí z PIKO napaječe. Přepínání schodů v realizaci proto na videu ujíždí fázově s průběhem usměrněné sinusovky, takže se na digitálním osciloskopu objevují při přeskoku roztomilé krucánky. Oscilograf (primitivní osciloskop) z šedesátých let připojený paralelně k digitálnímu osciloskopu díky analogovému principu tím tolik netrpí. Přeskoky mezi křivkami jsou relativně rychlé a na stínítko tak dopadne málo elektronu a to nestačí k výraznému rozsvícení přeskokové šmouhy.
Zítra ukážu, jak stejnou úlohu odsimulovat včetně rozboru problematiky hystereze křivek a tvorby jednoduchého makra v obvodu (subcircuit). Zdroj je podivně zavěšen mezi součástky, ale je to z důvodu pozdějšího řešení problému se zeměmi generátoru a osciloskopu.
