Skoro ve všem bývají chyby a je zapotřebí nad předkládaným vždy přemýšlet, aneb “důvěřuj, ale prověřuj“ (prý Ronald Reagan). Minule přitom stačilo jen správně vyhodnotit charakteristiku. Člověk má ale prostě na základě předem vytvořeného názoru tendenci ohýbat fakta tak, aby vyhověla jeho chybné představě.

Na odhalení chyby přitom stačilo přepnout vstupy osciloskopu ze stejnosměrného vstupu DC na zem GND a vystředit knoflíky posuvu bod paprsku do středu obrazovky. Ono ale k chybě svádí už výrazy Zenerův průraz a exponenciální koleno PN přechodu. Abych to neprotahoval, bylo zaměněno koleno otevírání PN přechodu v propustném směru a koleno průrazu v závěrném směru. A ani skutečnost, jak by tak ostré koleno ve funkčním generátoru v úvodu tohoto seriálu mohlo tvarovat trojúhelník na sinusovku, mne netrkla, že je něco špatně. Když přeci to má být průraz a to slovo evokuje zlom a ne zaoblené koleno.

 

 FZ1 PIKO napaječ byl v zapojení nahrazen AC adaptérem 12V/1000mA, který vyhoví stejně dobře. Do konektoru napaječe jde snadno zastrčit redukce malý banánek/zdířka na normální banánek. V nouzi by šlo použít i nějaký hřebík a krokodýlky. A opět chválím patent 40 let starých propojovacích kablíků z analogového počítače MEDA , které šlo připojit na vývody potenciometru i bez krokodýlků. Na konektorech je napsáno 24V, ale už jsem s nimi vedl i tisíckrát větší napětí (samozřejmě bez křížení). Vodiče jsou opravdu dokonalé. Místo invertování charakteristik zrcátkem, které do toho vnese extrémní chybu paralaxy, je dnes rozumnější vyfotit obrazovku kolmo mobilem. Z jednoho dílku v propustném směru jsou totiž kvůli šikmému úhlu pozorování v zrcadle rázem dílky dva. Snímek lze pak dodatečně překlopit okolo svislé osy v nějakém fotoeditoru. Doporučuji mnou oblíbený prohlížeč fotek Irfanview bosenského autora Irfana Skiljana. Budete-li mít příležitost, navštívte cestou k moři i autorovo rodiště, nádherné královské město Jajce. Obrázek vodopádů uvnitř města má autor i v helpu (about). Upravuji s tímto prohlížečem mnoho let všechny své fotky a samozřejmě i obrázky v tomto textu. Drobné grafické úpravy jsou dostupné přes funkční klávesu F12.

Na závěr tohoto rozvláčného úvodu bych přidal ilustrační video, co bylo myšleno tou okamžitou online reakcí osciloskopického charakteroskopu. Zenerovu diodu jsem v zapojení nahradil sériovým spojením zenerek orientovaných proti sobě a paralelně k nim jsem připojil proměnný bočník. Ten vede proud před průrazem diod a zešikmí tak vodorovnou část charakteristik v oblasti před otevřením diod. Jako univerzální přehrávač videí se mi osvědčil VLC player, protože má v sobě kodeky a lze tak přehrát téměř cokoliv a kdekoliv.

Pokud by se stejná optimalizační úloha tvaru převodní charakteristiky řešila moderním počítačovým měřícím systémem, bylo by to zdlouhavé. Znamenalo by to, pohnout jezdcem potenciometru, spustit analýzu, počkat na odměření,  prohlédnout zobrazený graf, zamyslet se, opravit polohu jezdce, spustit analýzu atd. Vidíte ten rozdíl? Takhle šlo pracovat i v simulačním programu Electronics Workbench EWB5.12. Program byl tak populární, že předpokládám, že demoverzi lze ještě někde dohledat. Ale v novějších windowsech už to zlobilo. Po zapnutí obvodu šlo měnit za běhu z klávesnice hodnotu odporu a na obrazovce virtuálního osciloskopu sledovat výsledek. Za blikání stopy na obrazovce osciloskopu ve videu může krátký čas elektronické závěrky videokamery mobilu.

  

Simulace charakteristiky pomocí analýzy Transient je jednoduchá. Zvolil jsem obyčejnou diodu, aby bylo na rozdíl od předchozí zenerky naprosto jasné, co je propustný a co závěrný směr. Sériový odpor 1kW je dost velký, takže vynikne exponenciální koleno diody při malém proudu diodou. V T&M nabídce přístrojů je i X/Y plotter, ale nikdy se mi nepodařilo jej zprovoznit. Uvnitř obrázku jsou modře vypsány kroky, jak lze z časových průběhů na obrazovce podivně řešeného virtuálního osciloskopu dostat pěknou voltampérovou charakteristiku diody. Ke stejnému výsledku se dá dopracovat i pomocí postprocesoru v okně grafu průběhů. Červeně označený napětím řízený zdroj napětí ve schematu zapojení představuje tlačítko INVERT uvnitř osciloskopu. Použité osciloskopy možnost invertovat signál v režimu X/Y nemají. Napětím řízený zdroj je ideální napěťový zesilovač s nekonečným vstupním odporem a libovolným zesílením. V default stavu má řízený zdroj nepochopitelně přednastavený nulový přenos. SPICE algoritmy znají i další ideální řízené zdroje (I na I, U na I a I na U).

Následuje klasické zapojení připomínající tranzistorový zesilovač v zapojení se společným emitorem (SE). Společná zem je umístěna do kolektoru tranzistoru a proti ní se snímá správným směrem napětí na odporu, které odpovídá podle Ohmova zákona proudu a opačným směrem kolektorové napětí. Takže charakteristika bude převrácená podle svislé osy. Posuv charakteristiky lze realizovat buď změnou odporu do báze, nebo lépe změnou napětí zdroje. Rozmítání je realizováno diodovým můstkem dvoucestně usměrněným napětím zdroje. Takovéto napětí je v napaječi určené k pohybu vláčků. Simulace odpovídá už jednou uvedenému videu s tím rozdílem, že v rozvodné síti je sinusovka hodně zkreslená oproti ideálnímu průběhu v simulačním programu.

Následující úloha ukáže, co by se stalo, kdyby elektrárna zabrala a svá soustrojí výrazně zrychlila, teda kdyby to šlo J. Nebo-li, jak by to vypadalo, kdyby se místo napaječe PIKO FZ1 vzal pro rozmítání generátor s výkonovým zesilovačem a výrazně se zvedl kmitočet třeba na konec akustického pásma (20kHz). Můžete zkusit v obvodu dále zvýšit kmitočet zdroje na 100kHz a zopakovat simulaci při vyšším kmitočtu.

Stejnosměrné zdroje nemívají kostřenou zem, ale u většiny generátorů to neplatí a proto bylo zapojení modifikováno do tvaru použitého při předchozím zobrazení charakteristiky Zenerovy diody na osciloskopu. Pak zdroj jakoby vodorovně visel zavěšen mezi snímací odpor pro proud a měřenou součástku proti společné zemi. To umožní později připojit uzemněný generátor. Pro přehlednost zapojení byl jako rozmítací zdroj použita sinusovka podložená stejnosměrným napětím Součet napětí nejde do záporných hodnot a kmitočet byl stažen zpět na 50Hz. Takhle se u zesilovačů třídy A nastavuje pracovní bod. Stejnosměrná úroveň se zadává v dialogovém okně zdroje jako DC level a je třeba ji pro případné další zdroje změnit zpět na nulu, protože jinak zůstává nastavená i pro příští vložení dalšího zdroje. Pro zobrazení dvou charakteristik současně byl místo baterky zapojen generátor obdélníků a opět posunut stejnosměrnou úrovní do kladných hodnot. Toto řešení jsem použil i při zatím poslední realizaci charakteroskopu, ale s posuvem do mínusu, protože tranzistor KD617 je PNP.

Řešení vypadá jednoduše, ale má jeden vadu. Když se podíváte na časové průběhy, tak vidíte, že k přepínání mezi charakteristikami by nedocházelo na konci čar (nejlepší je samozřejmě počátek), ale někde uprostřed. Export dat sice neudělá blbost jak je napsáno v obrázku, ale přehnaně zvýrazní podobně jako na digitálním osciloskopu přepínací šmouhy. Analog by to samozřejmě kvůli rychlosti přesunu paprsku zamaskoval nižším svitem stopy. Při simulaci jsem se změti čar vyhnul vhodným nastavením měřítka na osciloskopu, takže přeskoky jsou mimo obrazovku virtuálního osciloskopu.

Při realizaci byla pro zjednodušení zapojení použitá černá kostka střídavého adaptéru s parametry 9Vef/1A místo napaječe FZ1 a samozřejmě bez stejnosměrného posuvu. Charakteristiky proto sahají i do záporných hodnot a dokonce dochází i k průrazu stejně jako u zenerky. Tuto nezajímavou část charakteristiky jsem změnou citlivosti (volty/cm) a stejnosměrnými posuvy odsunul mimo obrazovku. Robustní drátový odpor je samozřejmě nesmysl, ale doma jsem nenašel nic lepšího. A opět si všimněte, jak elegantně lze pomocí MEDA banánků připojit výkonový tranzistor i bez krokodýlků. Levný čínský DDS digitální generátor generuje obdélníky s kmitočtem 50 Hz a je možné snadno kroucením knoflíky měnit amplitudu a stejnosměrný posuv a tím měnit proudy do báze. To umožňuje charakteristiky posouvat po obrazovce a měnit jejich vzájemný rozestup.

Jak při simulaci, tak i při realizaci se ukázalo, že bude vhodné vrátit se k dvoucestně usměrněné sinusovce. Usměrněná sinusovka by se nejsnadněji zadala matematickým zápisem jako absolutní hodnota ze sinus. V dialogovém okně zdroje je ale u verze TinaPro TI tato možnost zablokovaná. Aby bylo zapojení na pohled přehlednější, zkusíme vytvořit makro – podobvod (subcircuit). A protože jednoduchá volba tvorby ze schematu přímo z nakresleného zapojení je opět ve free verzi TinaPro TI neaktivní, obejdeme toto omezení exportem do textového zápisu obvodu, tzv. netlistu SPICE. Postup je naznačen v obrázku.

Po otevření tohotoexportovaného netlistu PIKOFZ1.CIR nějakým čistým textovým editorem lze textový zápis obvodu okopírovat přes schránku Windows a vložit přes otevřený textový blok (ikona T) zpět do okna schematu obvodu. Zapojení napaječe je jednoduché, má jen 4diody, jeden odpor a dva sinusové zdroje. Součástky mají jméno, uzly zapojení a hodnotu. Uzly mívají čísla s tím, že pro zem je vyhrazená nula, ale jak je vidět tento program pracuje i se zvolenými názvy uzlů. K diodám je ještě dole přiřazen model s parametry. Zápis obvodu končí příkazem END.

Já pro takovéto operace používám ze setrvačnosti čtvrt století starý freeware souborový manažer Servant Salamander 1.52, protože jsem se kdysi naučil pár klávesových zkratek ještě z DOSovského modrého Norton Commanderu. Ale použití Salamandru v novějších Windowsech je už hodně problematické. Stejně dobře ale vyhoví i nový Norton Commander, případně jakýkoliv textový editor, když zachová čistý text. Mimochodem Norton commander existuje i jako aplikace do mobilu. Buď v textovém editoru anebo až v textovém okně simulačního programu se pak umažou přebytečné řádky. Označení textu zkratkou CTRL A myslím v okně nefunguje, takže je zapotřebí označit text myší. Jako nejschůdnější cesta v omezené verzi programu se jeví využít nějaké jiné makro – integrovaný obvod z knihoven programu. Od dob, kdy bez vloženého obvodu TI simulace nešlo spustit,  mám ve zvyku brát pro tento účel regulátory napětí Texas Instruments. Pro tvorbu makra napaječe vláčku PIKO FZ1 jsem proto vzal druhý obvod znabídky, který má tři vývody. První regulátor používám pro vlastní model žárovky, tak aby se mi to nepletlo. Pro jednoduchost jsem střídavý zdroj pro výhybky a dvoucestně usměrněný zdroj propojil na společnou zem. Dvojklikem na žlutý obdélníček stabilizátoru (Enter Macro) se zpřístupní editor. Obsah uvnitř okna se označí myší, smaže se a překopíruje se místo něj upravený netlist našeho zapojení a uloží se. Myslím, že po chvilce přemýšlení správně přiřadíte styčné uzly podobvodu k výstupům stabilizátoru TLE2425. Ukončení editacčního okna makra je nesmyslně umístěno do levého horního rohu.

Po smazání původního textu netlistu vložte naše zapojení PIKO FZ1, tj. následující text

* CONNECTIONS:   INPUT

*                |       COMMON

*                |        |  OUTPUT

*                |        |    |

.SUBCKT TLE2425  vyhybky -zem +vlak

VACvyh      vyhybky -zem DC 0 AC 1 0

+ SIN( 0 22 50 0 0 0 )

VU          4 5 DC 0 AC 1 0

+ SIN( 0 18 50 0 0 0 )

R1          +vlak -zem 1MEG

D4          -zem 5  D_1N1183_1

D3          -zem 4  D_1N1183_1

D2          5 +vlak  D_1N1183_1

D1          4 +vlak  D_1N1183_1

.MODEL D_1N1183_1 D( IS=36N N=1.6 BV=50 RZ=10 IBV=5M

+      RS=2M CJO=460P VJ=550M M=440M FC=500M

+      TT=434.7N EG=1.11 XTI=3 KF=0 AF=1

+      )

.ENDS

Podobvod nekončí příkazem .END ale .ENDS (subcircuit). Samozřejmě by asi šlo doladit makro k dokonalosti včetně grafiky značky, ale zpravidla, když jsem zkoušel jiný postup, skončilo to nějakou chybovou hláškou. Modifikace stávajícího zapojení je spolehlivou a rychlou cestou k výsledku.V uloženém souboru obvodu, se automaticky uloží i změna netlistu, tj, náš vytvořený napaječ. Při tvorbě nového souboru pro kreslení dalšího zapojení zůstává v makru netlist původního integrovaného obvodu, takže o integrovaný obvod nepřijdete. U makra se dají pomocí zvolených parametrů jednoduše nastavovat i vnitřní hodnoty zapojení, například napětí zdrojů. Pro jednoduchost to tentokrát nebylo využito, ale bude to demonstrováno na obvodu s makrem žárovky.

Takhle by vypadala simulace obvodu s makrem, do kterého byly schovány dva zdroje a usměrňovač. Velký odpor byl přidán, aby se měl kudy uzavírat proud usměrnovače při simulaci průběhů. Zapomněl jsem zdůraznit důležitost přítomnosti země GND v každém schematu. Program počítá metodou uzlových napětí a pokud ve schematu tato zem chybí, nemusí být výsledek simulace správně a program na chybu neupozorní. Upozorní ale na volný nezapojený vývod (zde uzel výhybky). Toto hlášení není chyba v zapojení a je ji proto možné ignorovat.

Vytvořený makromodel napaječe FZ1 zapojíme do obvodu a spustíme simulaci. V okně časových průběhu zvolíme Edit-Postprocessor a kromě Outputs odtržítka kvůli přehlednosti zrušíme. Vpravo vyberme More a dole XY Plot. Levou šipkou dolů dostaneme veličiny pro zobrazení do jednotlivých oken. Do okna Y plot je předtím zapotřebí kliknout myší a nestisknout pravou, ale opět levou šipku dolů. Pravá šipka přidává matematické funkce ze skrytého seznamu. Zde bude stačit násobit –1 krát, aby se charakteristika natočila do správného kvadrantu. Alternativně se k charakteristice dá dostat i přes export dat z osciloskopu z nabídky T&M, tak jak jsme to udělali předtím u diody.

Na úplný závěr lze naznačit, jak by to vypadalo při použití generátoru schodů do báze. V programu chybí po zadefinování průběhu dvojicí za sebou jdoucích souřadnic čas/napětí možnost zvolit periodicitu (opakování). Takže nezbylo než pracně zapsat aspoň dvě periody. Je zapotřebí si uvědomit, že je to funkce a horní bod hrany schodu musí být kousek dál než počátek svislé hrany. U digitálních generátorů DDS (Direct Digital Synthesis) s možností nahrání průběhů přes USB se to řeší podobně. V grafickém rozhraní se nakreslí průběh a uloží se na USB klíčenku. Definuje se tvar pro jednu obrazovku, tj. na šířku obrazovky v bodech. Kmitočet už namalovanému grafu generátor pak přiřadí. Nevím jestli i u generátorů, ale u snímání průběhů obrazovky (bitmapy nebo data do excelu) býval problém s fleškami. Starší osciloskopy nezvládnou pracovat s větší kapacitou paměti. Takže si nějakou starou klíčenku pro tyto účely schovejte. Díky mizernému rozlišení je ale lepší obrazovku ofotit mobilem, pokud nechcete data dále zpracovávat v Excelu.

Když se zhasne a v příšeří se aktivuje noční režim snímání mobilu, tak vykreslované průběhy pěkně splynou a obrázek pak odpovídá vjemu lidského oka. V opravovaném schematu na stole pro vykreslení charakteristiky zenerky je chybně  zakreslen NPN tranzistor a zapojen je PNP. Překvapením je průraz v závěrném směru při malém napětí, přestože oproti měření zenerek byl použit AC adaptér s nižším napětím 9Vef. Víc tranzistorů doma nemám, takže nemohu vyloučit zda je to vlastnost typu KD617, nebo vada kusu. Simulace totiž nic takového nenaznačuje. 

Postup X/Y zobrazení VA charakteristiky je stejný jako v přechozím případě. Kdybych takhle postupoval i u zenerky a nejdříve si zapojení odsimuloval a až pak změřil, asi bych se nespletl. Odhadnete jak to patří z následujícího průběhu zobrazené vstupní charakteristiky tranzistoru?

Charakteristika tranzistoru báze-emitor má průraz se kterým nepočítají ani simulační algoritmy. Takže i když je možné, že je poškozený konkrétní kus tranzistoru, přikláním se spíš k názoru, že je to vlastnost. Simulační algoritmy to nezohledňují proto, že se v obvodech nepředpokládá 15 voltů na diodě báze-emitor v závěrném směru. Nicméně nemohu to teď ověřit výměnou tranzistoru za jiný kus nebo typ. Ale když napěťové průrazy nastávají ve výstupních charakteristikách při vyšším napětí při normální orientaci veličin (viz obrázek s historickými characteriscopy), tak asi k podobným jevům dochází i při opačné polaritě. Pomoci Avometu a lineárního potencimetru zapojeného jako proměnný odpor byl opět nastaven proud obvodem přibližně 1mA.

Proudovou převodní charakteristiku tranzistoru na rozdíl od simulace odměřit jednoduše nejde, protože bázový a kolektorový proud nemají styčný bod, proti kterému by se snímalo napětí – zem. U statického měření, což byla ta hora čtyř osciloskopů poskládaných na sebe jsem si pomohl lepším digitálním osciloskopem s oddělenými vstupy od země.

Vím, že do odborného textu nic takového nepatří, ale ani tato doba není normální. A můj šestnáctiletý kocour, jehož kresleným portrétem začíná každý článek, by si svoji fotku na internetu zasloužil, protože za ty roky už elektronice opravdu rozumí.