Připomenul bych dokonalou technickou hračku svého dětství-magickou tabulku. Spolu s Merkurem a elektrickými vláčky to patřilo k dokonalým výukovým pomůckám budoucích techniků. Už ji nevlastním a i kdybych ji ještě měl, asi  by mi bylo líto ji rozbít. Tak si pomohu cizím videem z Youtube. Na youtube rozebírají kde co (zpravidla heslo teardown). Ale napodobit to samozřejmě můžete, roušku či respirátor už má dneska doma asi každý :-).

V principu se jedná o mechanický plotr-zapisovač kterému k dokonalosti chybí snad jen zdvih pisátka. Do stejného režimu X/Y lze ale přepnout i osciloskop a místo polohy knoflíky určuje umístění bodu na obrazovce dvojice napětí. A u některých osciloskopů jde navíc regulovat jas stopy dalším signálem Z, takže při kreslení lze čáru i přerušit. Někdy se to označuje jako 3D obraz (x,y a jas). Nelíbí se mi mizerný grafický výstup digitálních osciloskopů, ale ten je u levnějších přístrojů dán malým rozlišením AD převodníků. Převodník mívá jen 8bitů, tj. 256 bodů svisle a při poměru stran obrazovky 3:4 o něco víc vodorovně (zkuste trojčlenku). Velmi mne to zarazilo při mém prvním setkáním s digitálním osciloskopem s možností připojení tiskárny, který tiskl větší poštovní známky. Takže na obrazovce osciloskopu je použito zvětšení rozlišení (resize) nahoru a možná nějaká kouzla pro vylepšení obrazu, ale i tak je výsledkem zubatá bitmapa.

Druhý problém levnějšího digitálního osciloskopu je nedostatečná frekvence obnovování obrazu. A opět si pomohu cizím videem. Dnes v době arduin si řada lidí hraje a posílá na obrazovku osciloskopu pohyblivé obrázky. V principu je to, jako by si počítač zapamatoval vaše kroucení prsty při kreslení obrázku na tabulce a pak je posílal ve formě dvou napětí do osciloskopu. Všimněte si, že na youtube, většinou autoři pak použijí jako výstup klasickou Cathode Ray Tube (CRT obrazovku) a ne digitální osciloskop. Problémem je nedostatečná frekvence obnovování obrazu. V následujícím videu si autor dal práci a porovnal řadu osciloskopů z hlediska zobrazení ručiček hodin na obrazovce. Kupodivu docela dobře dopadl stařičký Tectronics TDS210 ještě s monochromatickou obrazovkou, člověk by asi očekával spíš opačný vývoj.

Nicméně klasické analogové osciloskopy se už nedělají, protože digitály mají spoustu jiných výhod a konstruktéři jaksi nepředpokládají, že se na nich někdo bude hrát s obrázky. Dá se to přirovnat k počátkům kódováni hudby do formátu mp3 tehdy s nedostatečným datovým tokem. Jenže digitální princip má na rozdíl od analogu potenciál se zlepšovat, jak ve zvyšování obnovovací frekvence obrazovky tak i v rozlišení drahého AD převodníku. A profesionální a velmi drahé přístroje to tak už určitě i mají. Já za sebe jsem zvolil stařičký čtyřkanálový analog s dvojitou časovou základnou za pár korun z inzerce. Nicméně i na levném digitálu lze vykreslit docela hezký obrázek samozřejmě s omezením nedostatečného rozlišení. Ale musí se jít na to jinak. Digitální osciloskop má funkci regulace doby dosvitu Persist. A dáa ten se dá nastavit na nekonečno. Pak stačí npřepnout vstupy na stejnosměrné DC, zvolit režim X/Y a pomocí dvou proměnných zdrojů napětí, nebo dvou potenciometrů pak lze kreslit úplně jako na magické tabulce v úvodu. Místo štěrchání se pak čmáranina smaže přepnutím do režimu y/t a zpět do X/Y:

Dá se zobrazit i zatěžovací přímka a protože při volbě nekonečného dosvitu (infinity) zůstávají obrázky na obrazovce do vymazání je možné při dostatečném množství osciloskopů pro pobavení vyskládat celou soustavu charakteristik, tak jak bývá po celá desetiletí zvykem ji měřit a zakreslovat do společného grafu

Po odměření charakteristik se pak zpravidla ještš určují sklony stoupání jednotlivých křivek ve zvoleném pracovním bodě, tzv. h parametry. Používaly se pro ruční návrh tranzistorových obvodů pomocí maticového počtu, kdy nelineární tranzistor byl nahrazen ve zvoleném pracovním bodu lineárním modelem se čtyřmi parametry. Z typických průběhů ze zadání úlohy je vidět, že smysl mají především parametry na levé části obrázku. Vlevo nahoře je převodní charakteristika, která převádí vstupní Ib proud na výstupní Ic a dá se z ní určit proudový zesilovací činitel tranzistoru h21. Pod ní je voltampérová charakteristika diody báze-emitor, tzv. vstupní charakteristika u které se vstupní odpor h11 prudce zmenšuje jak se dioda otevírá. Je to téměř lomem, myslím, že exponenciální průběh už dnes zná asi každý. V pravé části obrázku jsou čáry téměř vodorovně, což znamená že parametry sklonu stoupání se blíží nule a často je můžeme proto při návrhu zesilovače zanedbat. Simulační programy mívají pro popis parametrů tranzistoru až 50 parametrů, takže v dnešní době to už tak velký význam h parametry nemají. Ale kdysi existovaly i speciální měřiče h parametrů tranzistoru a řada multimetrů vám odměří alespoň zesilovací činitel h21. V následujícím videu je ukázáno, že měření či zobrazení charakteristik lze urychlit a zobrazovat dvě soustavy naráz.

U osciloskopu to má drobný háček. Komě invertování vstupů, aby se charakteristiky vykreslovaly ve správném kvadrantu, je ještě zapotřebí řešit země. Jen dražší přístroje (osciloskop vlevo nahoře a vzhůru nohama) je mají oddělené. Jinak bývá bohužel zem společná. Moc to omezení nechápu, logické mi to přišlo možná v dobách CRT, kdy je tam vysoké napětí pro napájení obrazovky a krabice je kovová a všechno se z bezpečnostních důvodů kostří. Ale u digitálního řešení v plastové krabičce, což je v zásadě jen lepší multimetr s displejem… Tyto problémy u simulace odpadají. Kdežto u osciloskopickém měření je nutné vždy zvolit společnou zem, což je hezky vidět na zobrazení charakteristiky diaku.

Na zkrouceném papíře je i schéma zapojení měření charakteristiky diaku DB3. Tohle už je opravdové měření protože souřadnice bodu na obrazovce kromě osciloskopu přesně měří ampérmetr a voltmetr. Kanály osciloskopu jsou připojené do levého a pravého rohu schematu zapojení a společná zem je uprostřed. K převedení proudu na napětí slouží odpor 8k2 podle Ohmova zákona. Je zřejmé, že kvůli opačnému směru snímání napětí je nutné invertovat tento kanál v nabídce vstupu osciloskopu. Naštěstí digitální osciloskopy s tím problém nemají. U některých analogových nefungovalo invertování vstupu v režimu X/Y.

Myslím, že pro dnešek stačilo, tak jen první ukázka, jak je to řešeno při simulaci. Volí se stejnosměrná analýza DC. Nejjednodušší součástkou je rezistor. Nastaví se rozsah, ve kterém se má měnit napětí zdroje a dle obrázku se spustí simulace. A můžete mít současně libovolné množství výstupů. Je to vlastně ilustrace Ohmova zákona I =U/R, což je přímá úměra. (I=U/0,5, I=U/1 a I=U/2). Zítra se snad dopracuji i k té soustavě charakteristik tranzistoru. Dvě soustavy se dají stejně jako u osciloskopu odsimulovat současně a pak to slepit třeba v programu malování.