TinaPro má virtuální wattmetr, takže lze snadno zkontrolovat i výkony na jednotlivých prvcích v obvodu. Pro jednoduchost to zkusíme na horní a dolní propusti s poklesem o 3 decibely na dekádu (tj. klasický integrační a derivační článek) a stejně navrženou pásmovou propust (1/(2pifC)=R=2pifL).
Asi odhadnete, že když bude napěťový přenos jedna (0dB) tak by při vstupním napětí 1 volt efektivní měl reproduktorem s odporem 10 ohmů protékat 0,1A. Po vynásobeni je to 0,1W. To nevychází, ani když se u sinusového zdroje nastaví amplituda a ani přepočítaná efektivní hodnota. Prostě je v programu chyba. Naštěstí jsou průběhy jinak dobře a dá se to opravit nastavením amplitudy sinusového zdroje na dva volty. Po spuštění simulace se zobrazí přenos vzhledem k vstupnímu napětí a to nechceme. Klikne se tedy na svislou osu a nastaví se ji lineární měřítko. Nedá se tomu rozumně nastavit rozsah osy, protože si to svévolně program mění. Po zobrazení křivek výkonu se správným maximem 100mW můžete zkontrolovat, že při křižování křivek hraje každý polovinou 50mW. Pomocí Post-procesoru lze známým způsobem výkonové křivky sečíst (jasně modrá vodorovná linka). Je vidět, že takhle navržená výhybka je typu Butterwhorth s útlumem 3dB při lomovém kmitočtu.
Protože nemám čas na zdlouhavé vypisování rovnic pomocí modulu Microsoft Equations, tak předhodím trochu kocouřího škrabopisu dokazujícího, že při volbě prvků na stejný mezní kmitočet se bude celá soustava chovat jako kmitočtově neutrální odpor a z logiky věci tedy bude mít i stále stejný elektrický příkon, když se impedance celého zapojení chová jako kmitočtově nezávislý odpor. V obrázku je to modrá čára součtu všech wattmetrů. A reálná činná zátěž je určitě výhodná i pro výstup výkonového zesilovače. Pokud se zapojí kapacitní RC kompenzace indukčnosti reproduktoru (Zobel network), tak to bude platit i pro reálnou soustavu, kdy nelze zanedbat indukčnost vinutí reproduktoru. Je to tam jakoby dvakrát vnořené do sebe. Takže odvozené vztahy platí i pro návrh kapacitní kompenzace indukčnosti reproduktoru
Stejným způsobem jde odvodit i včerejší zapojení impedance modelu reproduktoru, protože je to jen jednoduché spojení náhradního modelu cívky LsRs (indukčnost a odpor vinutí) a přepočítaného paralelního mechanického rezonančního obvodu. Klasické odvození impedance dá určitě logičtější složkový tvar, ale programový modul symbolické analýzy to určí pro libovolné zapojení ve tvaru přenosové funkce K*(P(s)/Q(s) a nesplete se ani při dosazování časových konstant z hodnot prvků v zapojení. Navíc, když se použije stejné označení součástek (stejné prvky) tak program umí krátit i symboly.
Zajímavá je i otázka maximálního přenosu výkonu. Na rozdíl od předchozích úvah se zesilovač nebo generátor nechová jako ideální tvrdý zdroj, ale jako zdroj s vnitřním odporem. U zesilovačů to může být různé, ale u generátoru, protože je to měřicí přístroj, je odpor pevně daný. Dřív to byla nejčastěji impedance 600 nebo 75 ohmů a dnes je častější hodnota 50 ohmů. Klasický generátor je tedy měkký zdroj. Vnitřní odpor generátoru si můžete snadno ověřit změřením zkratového proudu. A ve shodě s počítačovou simulací se dnes u digitálních DDS generátoru nenastavuje efektivní hodnota jako dříve u klasických generátorů, ale amplituda. Je to asi z důvodu, aby se sjednotilo zadávání i jiných než harmonických průběhů. Doporučuji to ale kontrolovat osciloskopem, protože náš Tektronix má u nastavení amplitudy obdélníků chybu.
Jako jednu z prvních úloh má výkonové přizpůsobení i výukový měřicí systém RC2000. Problematika je poměrně jednoduchá, bude-li odpor zátěže vzhledem k odporu generátoru zanedbatelný, bude to téměř ve zkratu, takže sice poteče velký proud, ale na zkratu je zanedbatelné napětí, takže výkon se bude blížit nule. V opačném extrému, kdy je naopak odpor spotřebiče velký, blíží se režim provozu naprázdno. Na spotřebiči sice bude maximální možné napětí, ale proud bude zase velmi malý, takže výkon opět nebude velký. Jako optimum z hlediska přenosu výkonu se jeví situace, kdy je odpor generátoru (výstupní odpor zesilovače) shodný s odporem spotřebiče (reproduktoru). Pak se přenese maximum výkonu. Při stejných odporech vznikne dělič napětí Ri/Rz s poměrem 1:1 a na spotřebiči bude polovina napětí naprázdno a také polovina zkratového proudu. Analyticky by se taková úloha řešila jako extrém rovnice výkonu pomocí derivace. Ale při měření nebo simulaci to lze zjistit snadno i pohledem na graf výkonu. Je výhodné použít logaritmickou osu pro odpor zátěže, protože pěkně zesymetrizuje průběh výkonu. Zajímavá je i otázku účinnosti přenosu energie do zátěže. Při výkonovém přizpůsobení se totiž polovina energie ztratí na vnitřním odporu generátoru a není to optimální řešení. Největší účinnost přenosu energie se dosahuje při napěťovém přizpůsobení, kdy je odpor spotřebiče mnohem větší než odpor generátoru.
Simulace umožňuje i věci v obvodech nereálné, třeba zapojit wattmetr před vnitřní odpor zdroje. První wattmetr tedy měří celkový výkon odebíraný z generátoru včetně ztráty na vnitřním odporu generátoru a druhý výkon na spotřebiči. Je příjemné, že novější verze simulátoru umožňují při simulaci rozmítat i hodnotu odporu. Byl použit stejnosměrný zdroj, abychom se vyhnuli chybám programu při přepočtu amplituda-efektivní. Hnědá křivka odpovídá grafu z RC2000, ale byla použita lineární vodorovná osa odporu. Po vykreslení průběhů byl pod volbou Edit spuštěn Post-processor. Pokud je v nastavení simulace (options) zaškrtnuta volba ukládat všechny výsledky, tak se zpřístupní další možnosti práce s průběhy. Grafy lze snadno zkontrolovat. Blíží li se odpor spotřebiče zkratu, poteče proud 10/50=0,2A. Takže rychlá kontrola 0,2A*10V=2W (zelená křivka). V režimu zkratu se celý výkon spotřebuje na vnitřním odporu zdroje a na zkratu je výkon i účinnost nulová (modrá). Při jmenovitém zatížení jsou v obvodu dva stejné odpory, protéká jimi stejný proud, takže budou mít stejný výkon a na spotřebiči je tedy jen polovina a účinnost tedy bude 50 procent (0,5). S rostoucí hodnotou se křivky vstupního a výstupního výkonu k sobě přibližují, takže účinnost se blíží jedné (100 procent). Odebíraný výkon přitom ale klesá k nule, protože přestává téct proud (stav naprázdno).
Odsimulované průběhy lze exportovat mimo jiné jako textovou tabulku v okně grafu. Simulační programy sice v postprocesoru zvládají i derivace, ale je lepší použít, když to jde, specializovaný program. Mně se líbí program Graph. Vztah pro výkon na zátěži je triviální a je odvozen v obrázku (modře). Pak se vloží funkce pro výkon a ta proloží přesně importované body výkonu z programu TinaPro. Program Graph umí mimo jiné i vykreslit derivaci funkce. Aby byl lépe vidět průběh derivace, byla následně ještě vynásobena stokrát. První derivace určuje stoupavost grafu, takže když je nulová, tak graf ani nestoupá a ani neklesá. Druhá derivace by pak určila jestli je v daném bodě maximum či minimum, ale tady je to jasné z grafu.
Pro export bylo vhodné zjednodušit zapojení, aby se pak následně nemusela řešit redukce přebytečných sloupečků v textovém souboru. První řádek s hlavičkou je vhodné umazat, třeba až v okně programu Graph. Ten sice striktně vyžaduje desetinnou tečku místo čárky, ale při importu mu čárky nevadí a automaticky si je převede na tečky. Velmi tento program doporučuji, podle mne je mnohem lepší (pro mé účely) než Excel.
A samozřejmě stále probíhá tuning generátoru s diakem. Samozřejmě, že šlo zobrazit x/y i při kolísavém kmitočtu generátoru. Při přepnutí do x/y se ale obraz posunul mimo obrazovku a na obrazovce byl nějaký parazitní flek. U osciloskopu Tesla zase pro změnu zmizí jas stopy a musí se zesílit a kvůli zoxidovaným kontaktům je i s ovladačem časové základny zapotřebí několikrát otočit při přepínání do x/y módu. A na závěr, Myšák si stále myslí, že by se měla dát přednost analytickému řešení impedance reproduktoru před simulací.
