Už jsem psal mnohokrát, že elektronický zoufalec, jako já - začne vyrábět čidla - od blikání IR LEDkou na akustické frekvenci, přes vysílání ultrazvuku nad slyšitelným pásmem a skončí u čidel která vyzařují na radiových frekvencích, takže pak může prohlásit, že stavebnice rádia pro "pionýry" je základ každého čidla.
Přece jenom rádion NIVEA je moc moderní, takže si jako základ dnešního výkladu vezměme něco mnohem jednodušší - starou dobrou krystalku v klasickém zapojení. Tedy Cívka a ladící kondenzátor rezonují na frekvenci rádia na středních, nebo dlouhých vlnách, dioda nakmitané VF napětí usměrňuje a nabíjí jím kondenzátor 2N2 a vysokoohmovým sluchátkem stanici posloucháme.
Co to má společného s roboty ? Robotické čidlo vysílá VF energii jako zvuk, světlo radiové vlny - cokoliv - a zpátky ji přijímá. Protože procesor nebude digitalizovat stovky kHz až desítky MHz musíme signál nějak demodulovat. A protože významným zdrojem informace je intenzita signálu - musíme nějak rozumně získat jeho amplitudu.
Takže příklad z krystalky - komunistická "Stanice Hvězda" - dnešní "Radiožurnál" vysílala na dlouhých vlnách frekvence 272 kHz - ergo paralelní LC člen na vstupu musí kmitat na této frekvenci. Šířka pásma pro vysílání na dlouhých vlnách byla 9 kHz a to taky byla maxímální frekvence zvuku, kterou AM modulace přenesla (pokud jste byli opravdu optimisti).
Takže "frekvenční plán" krystalky je jasný - kondenzátor 2N2 spolu impedancí sluchátek tvoří RC (LC) člen, jehož horní mezní frekvence by měla být 9 KHz - z toho hlediska by se kondenzátor dal zvětšit až na 4N7. Jasné ?
A teď robot - vysíláme signál (řekněme) na 100 kHz a potřebujeme udělat 1000 měření za sekundu. Ergo kmitočtový plán je jasný vstupní obvody musí být naladěny na 100 kHz a výsupní filtr musí propustit alespoň 2000 Hz (kvůli Shanonn - Nyquist - Kotelnikovově podmínce musí být šířka pásma 2x šírší).
Protože "ďábel se skrývá v detailech" tak tady analogie robota s krystalkou končí a to protože :
1. Nepotřebujeme propustit do procesoru 1000 Hz sinusovku, ale 1000 Hz ustálený signál.
2. U krystalky je jedno jestli do sluchátka proniká 272 kHz protože ucho to stejně neslyší, ale u procesoru to jedno není, protože frekvence digitalizace se nám může "mixovat" se špatně odfiltrovanou "nosnou vlnou" a může vznikat - falešný signál - artefakt.
Už někdy ze začátků vidláků víme, že "dělcí kmitočet" RC filtru se vypočte jako
f = 1 / (2 * pi * R * C )
Tento dělící kmitočet by báječně fungoval pro sinusovku, ale pokud potřebujeme "ustálený signál" tak de facto skrytě očekáváme, že výstupní signál bude pravoúhlý. Pravoúhlý signál na frekvenci 1000 Hz má výrazný obsah vyšších harmonických kmitočtů a proto aby zůstal alespoň náznakově pravoúhlý musí mít výstupní filtr dělící kmitočet vyšší než 5 x základní frekvence, aby zůstala zachována alespoň 5 harmonická, která nám "dělá hrany" signálu.
Takže vidíme že "zdola" začíná být frekvenčně trochu těsno - máme signál 100 kHz a budeme ho usměrňovat a filtrovat pomocí 5-10 kHz filtrů. Jak to vypadá shora ? RC filtr má útlum 3 dB na oktávu poměr mezi 100 kHz a 5 kHz je 4,3 oktávy - u prostého RC filtru je to útlum 13 dB - veliká bída - u filtrů 4 stupně je to 51 dB - což stále není nijak mnoho - takže vidíme, že i "shora" je frekvenčně nějak těsno.
Určitě jste pochopili kam mířím - často potřebujeme de-facto demodulovat AM signál který se mění tak rychle, že mezi frekvení "signálu" a frekvencí "nosné". není dostatek prostoru pro "pohodlný" návrh frekvenčních filtrů.
Kdybych byl cynik - tak bych teď napsal - prostudujte si vinutí cívek - protože použítí LC filtrů je jedna z cest "ven z problému". Protože robotici mají z cívek nevýslovnou hrůzu - a protože už i mně pobolívá hlava tak si dáme radu paní Kubáčové novomanželkám a pokračujeme příště.
Tedy zmíněná rada - pokud manželovi dojdou odpory 33 ohmů za 60 halířů kus - vaše informace, že jste koupila 50 bambusových plín za 100 kč kus - jej příliš neuklidní....
To jsou dávky po ránu.
Hele, ten kondenzátor v tej krystalce je tam úplně zbytečnej a bude to hrát úplně stejně dobře i bez něj. Dokonce to bude hrát i na 32 ohmová sluchátka od empétrojky, či, po soudružsku řečeno, od volkmena (ale dost potichu, pravda).
Jo, jinak, útlum RC filtru na oktávu je 6 dB. Když mluvíme o decibelech tak vždycky uvažujeme energii. Tedy, na oktávu je to útlum na 50% původní hodnoty signálu, což je 1/4 energie - tedy 6dB energeticky.
Takže sice 10*log(0,5) = -3, ale s tímto zvykem už nic nenaděláme.