Nekorektní blog Petra Kubáče na Blog.cz

Už jsem to psal opakovaně. Pokud pořebujete vysílat na vlnové délce 11 metrů nejkratší plnohodnotná anténa je "čtvrt-vlnný dipól" který má dléku 11m / 4 * 0,95 = 265 cm. Jakákoliv kratší anténa má výrazně sníženou účinnost a to tím více, čím je kratší. Důvod snížené účinnosti je ten, že aby anténka kratší než Lambda / 4 rezonovala na vlnové délce Labmda - musí mít v patě cívku, která se pro VF signál tváří jako zbytek délky antény, ale která vysílá jen minimum energie. Z cívky pak jde "zbytek prutu" který vyzřažuje daleko méně energie než prut celý. Už staří radioamatéři ( i když Marconi nebyl vlastně amatér ) si všimli, že prutové antény vyzařují nejvíce u paty, proto je hřích tam dávat nevyzařující cívku. Proto je nutné anténu "prodloužit" jinak a už lidi jako Marconi a jeho následovníci vymysleli "kapacitní klobouk"

"Anténa s kloboukem" tedy vypadá tak, že ze základny antény jde nahoru prut, který ale nekončí jen tak uříznutý, ale na vrcholu antény je nejčastěji kruhová, nebo šestiúhelníková kovová deska případně dráty do tvaru šestiúhelníku, případně drátěné pletivo nebo jiný vodivý materiál dle fantazie. Tomu se říká "kapacitní klobouk", který de-facto tvoři jednu desku kondenzátoru ( druhá deska je matička ZeměKoule ). "Klobouk" zvyšuje kapacitu špičky antény a tím působí, že anténa se pro VF signál jeví delší než ve skutečnosti je, aniž by v patě musela mít cívku ( nebo jen malinkou ).

Za zmínku stojí proč "staří radioamatéři" experimentovali se "zkrácenými anténami". Radioví vysílači z přelomu 19. a 20. století totiz neznali ionosféru, proto se domnívali, že jediná možnost vysílání "daleko za obzor" kolem ZeměKoule je ohybem extrémně dlouhých vln kolem křivky zemského povrchu. Extréně dlouhými vlnami budiž třeba vlnová délka 20-100 kHz, kde je délka vlny 3-15 km a tudíž délka "plnohodnotné" antény 1-4 km. Z neschopnosti postavit 4 kilometry vysoký stožár začali radioví vysílači experimentovat s cívkami v patě ( i ledaskde jinde ) a s klobouky na špici antény.

Jenom pro dokončení pohádky : Frekvence nad 2 MHz byly jako "extrémně krátké vlny, pro profesionální provoz nepoužitelné" předány do užívání opravdovým radioamatérům ( ne Marconimu, který byl "radiový bussinesman" ). Ti velice brzy objevili, že vlny v pásmu 2-30 MHz se šíří odrazem od ionosféry a že na těchto frekvencích se dá vysílat po celém světě zlomkem výkonů které jsou potřeba na velmi dlouhých vlnách. Tak byly "krátké vlny" radioamatérům zase zabaveny a zůstaly jim k užívání jen kratičké úseky pásma kolem 1,8; 3,5;, 7; 14; 21; 28 MHz a některé další úseky.

Tedy k mé konkrétní situaci. Když jsme se stěhovali do nového bytu přidělal jsem na parapet "pánské pracovny" anténu "magnetku" délky 95 cm. Což je cívkou zkrácená anténa na CB pásmo, původně určená k "přimagnetování" na střechu auta, která by měla být dlouhá 265 cm, ale je cívkou zkrácená. Pak jsem dlouho nevysílal a jen jsem občas přes tuto anténu poslechl krátkovlnný rozhlas, ale nedávno jsem na CB pásmu zase začal vysílat, takže jsem koupil novou "magnetku" délky 140 cm která vysílala signifikatně lépe, ale přesto díky její velikosti bylo znát, že signál z ní zbytečně "sákne" do konstrukce budovy. Zachtělo se mi tedy antény délky +- 1 metr, která bude vysílat jako anténa +- 1,5 metru nebo ještě delší.

Takže jsem začal postupné vylepšování "magnetky". První vylepšení byla civkou laděná a prodloužená protiváha. A pak už zbývalo jediné - prut antény fyzicky zkrátit, aby signál nešel do budovy a přitom elektricky prodloužit - z důvodu zachování účinnosti nejlépe kapacitním kloboukem.

V otázce kapacitních klobouků vládne trochu zmatek. Američani, kteří i dnes tuto technologii nejčastěji používají ( pro radioamatérské vysílání z auta ) totiž poměrně benevolentně zacházejí s pojmy "poloměr" a "průměr". Na Internetu je tudíž pestrá škála článků od těch které tvrdí, že kapacitní klobouk virtuálně prodlouží anténu o DVOJNÁSOBEK svého POLOMĚRU až po čánky které tvrdí, že kapacitní klobouk prodlužuje anténu o TROJNÁSOBEK svého PRŮMERU. což vynásobeno sebou navzájem je rozdíl až v poměru 1:6.

Pokud tedy máte anténu délky 1,4m která s cívkou v patě rezonuje na 27,4 MHz a chcete ji zkrátit jen na 1 metr asi byste udělali to co já a postupovali "konzervativně" a tedy udělali kapacitní klobouk spíše větší. Moje první verze byla o průměru 40 cm na metrovém prutu našroubovaném místo původního 1,4m prutu. Výsledek : anténa se nedala naladit do rezonance na žádném kmitočtu, který je dostupný na mých radiostanicích.

To mě přesvědčilo, že mé obavy o "nenaladitelnosti" takových antén jsou blízké pravdě, proto jsem se rozhodl postupovat ještě konzervativněji malými krůčky a udělat kapacitní klobuk nejprve "maličký" a pak jej postupně zvětšovat. Hned druhý pokus tedy byl čtvereček materiálu na plošné spoje velikosti 95x95 milimetrů. S tímto čtverečkem se původní rezonance 1,4m prutu dostala z 27,4 na 25,3 MHz. "Klobouk" velikosti 95x95 mm tedy virtuálně prodloužil anténu o 220 mm.

Touto informací vybaven jsem uřízl nový prut délky 1400 - 220 = 1180 mm a naivně jsem si myslel, že takto dosáhnu s provizorním kloboukem rezonance na požadovaných 27,4 MHz. Realita je samozřejmě složitější a vliv kapacity kloboku na elektrickou délku antény se mění s poměrem velikosti klobouku k velikosti antény. Složité ? Klobouk stejné vedlikosti má relativně větší vliv na kratší antény než na delší. Můj nový prut jsem tedy musel uřezávat a uřezávat až jsem dosáhl těchto parametrů :

Navzdory tomu, že anténa byla v rezonanci neměla ještě ideální impedanci. tak jsem vymyslel ještě druhou fintu :

Antény typu "rovný dipól" mají vstupní odpor ( impedanci ) kolem 74 ohmů ( proto televizní koaxy na 75 ohmů ) Antény typu "prut nad vodivou plochou" mají impedanci poloviční = 36 ohmů. Proto kompromisní výstupní impedance radiostanic = 50 ohmů. A proto se taky používá finta, že rovný dipól se ohne pod úhlem 120 -135 stupňů a tím se dosáhne impedance 50 ohmů.

Opravdoví radioamatéři by vám řekli, že dipól je anténa symetrická a má být i symetricky napájena, ale my vidláci-prasáci to děláme takto : jednu polovinu dipólu napojíme na střední žílu koaxu a považujeme ji za zářič. Druhou polovinu dipólu napojíme na stínění koaxiálního kabelu a považujeme ji za "protiváhu". Na koaxiál jdoucí do stanice pak nacvakáme feritové filtry známe z komerční elektroniky aby se nám VF energie nevracela do baráku po stínění koaxu. Takyže tomuto řešení říkají bratři Anglosassové "ugly balun" - otrocky ( inženýrsky ) přeloženo "škaredý symetrizační člen".

U dipólů je ( teoreticky ) jedno která polovina je napojená na střed koaxu ( považovaná za zářič ) a která polovina je napojena na stínění koaxu ( považována za protiváhu ). takže jsem uvažoval takto - když mi protiváha visí kolmo dolů mohl bych kapacitním kloboukem opatřený "zářič" vyhnout pod úhlem 45 stupňů od kolmice směrem od baráku ven. A tím bych zabil hned dvě mouchy jednou ranou - zlepšil impedanci antény a navíc dále snížil množství VF energie, která se zbytečně absorbuje ve zdivu. Jelikož "prut" atnény byl mé výroby a nebylo mi jej líto ohnout - okamžitě vyzkoušeno a provedeno s pozitivním výsledkem.

Výsledný "hybrid" vidíte na obrázku. Po noci experimentování mnou ráno cloumá paní Kubáčová, které nebyl vysvětlen smysl ohnutí "zářiče" : "Vstávej, vstávej ! Vítr ti chce ulomit anténu !!" A ptáte se na signál ? +1S tedy o 6dB navíc neboli 2x takové napětí mého signálu na anténách stanic, které mám kolmo na stěnu domu a +2S tedy 12dB neboli 4x takové napětí na anténách stanic, které mám "ve směru zdi". To není špatné, pokud uvážíme, že prut antény je o 40 cm kratší a že "kloboukové" antény v mém provedení zdaleka neřekly poslední slovo, protože tu základnu se ztrátovou kompenzační cívkou jsem v patě antény zatím ponechal.

Zmínil jsem se, že jsem opět začal sem tam vysílat na pásmu občanských radiostanic zvaných CB pásmo. Zmínil jsem se též, že jsem toto zneužil jako příležitost ke koupi nové - leč náhražkové antény "magnetky" na kterou právě koukám jak si stojí na parapetu za oknem. Jelikož jsem se dlouho nezabýval opravdovou analogovou elektronikou mám poněkud hlad, a proto ženě, dvěma psům a dítěti navzody začal jsem tak zlehka bastlit.

Tedy : Koupíte anténu a aby se do ní dalo vysílat je třeba ji "naladit" - tedy přinutit alespoň přibližně reznovat na vysílací frekvenci. Jelikož většina mého CB vybavení pochází z dob kdy můj plat činil 5158 kč mesíčně a cena ( laciné leč dobré ) radiostanice byla přátelských 4999 kč, i vybavení pro ladění antén je této kategorie a je to ubožácký PSV-metr už před lety ve slevě za 399.

Nebudu teď zabředávat do teorie co je to PSV alias poměr stojatých vln a jestli to je správný parametr podle kterého se orientovat. Aby bylo vůbec co ladit je třeba nejprve zjistit kde anténa vlastně rezonuje - což se činí tak že vyberete nějakou frekvenci PSV metr přepnete do režimu REFERENCE - zavysíláte a potenciometrem nastavíte ručku měřidla na 100%, pak přepnete do režiimu MĚŘENÍ a zavysíláte znovu aby vám ručka ukázala PSV na dané frekvenci. Pak zjitíte, že na této frekvenci anténa nerezonuje, takže přeladit o pár kHZ vedle a znovu a znovu a znovu.... Po půl hodině máte pocit, že vám upadne prst, PSV metru přepínací čudlík a navíc že přijede odposlechová služba Gestapa - nyní zmáma jako Český Telekomunikační Úřad, neb vás někdo udal pro zbytečné "klíčování na pásmu".

Je tedy třeba na to jít jinak - je třeba koupit "anténní analyzátor", který připojíte k anténě a on vám bude všechny křívky frekvenčních průběhů antény kreslit sám. Jenomže zase paní Kubáčové sdělit, že utratíte pár tisíc ( do 10 000 ) za přístroj na jedno ladění antény za pár let a zbytek doby bude "geret" ležet v krabici ? Ergo jsem vymyslel něco jiného a to celkem 2 varianty :

Jelikož varianta 2 vyžaduje vyrobit měnič na 100 voltů, což samo o sobě je dosti "sexy" a navíc se nanosekundový generátor dá použít k rušení všeho možného jako jsou mobily WiFi radiové klíče k autům atd. - je jasné, která varianta vyhrála. Úkol č. 2- postavit "avalanche generator" neboli "lavinový generátor".

Zde tedy celé zapojení "patřičně vidlácky udělané" dle mého oblíbence Jima Williamse. Přesněji řečeno až po R5 je to můj samokmitající "vidlácký spínaný zdroj". Tedy Tlumivkou L1 protéká postupně se zvětšující proud přes tranzistor Q1 do země. Zároveň napětí přiváděné na bázi Q2 přes odpory R2 a R4 otevírá tranzistor Q2, který v určitém okamžiku zkratuje bázi Q1. Ten se zavře a kolabující magnetické pole v tlumivce se jako proud začne tlačit přes diodu D1 do zásobního kondenzátoru C2. Odpor R3 má celkem 3 úlohy - brání saturaci tranzistoru Q1, který se díky tomu uzavře pěkně rychle a napěťová špička na tlumivce je proto patřičně vysoká. Navíc omezuje proud tlumivkou a ještě poskytuje část napětí do báze Q2 k rychlému uzavření Q1. Pokud se ptáte proč jsem použil obyč. usměrňovací diodu 1N4007, kterou je ve spínaných zdrojích téměř zakázáno používat - pak je to proto, že jinou, která by v závěrném směru snesla přes 100V jsem v šuplíku neměl.

Při napájecím napětí kolem 15V bere toto zapojení 18mA a na kondenzátoru C2 je až 140V. Pak nastává filtrace přes R5 a C3 a pak se přes veliký R8 nabíjí kondenzátor C4 až na napětí někde kolem 100V kdy dojde k lavinovému průrazu VF tranzistoru Q3, tím se náboj C4 prudce vybije do odporu R6 tím vznikne puls, který má vzestupnou hranu v trvání jen pár desítek piko-sekund. Tranzistor se tak malým nábojem nezničí a C4 se začne nabíjet znovu a znovu k dalším a dalším pulsům. Celkově tedy signál vypadá tak, že několik stovek mikrosekund se neděje nic - a pak jehlový nanosekundový puls a zase nic. Místo svorky V_Out dáte pár centimetrů drátu, sloužícího jako ( záměrně ) neladěná anténka, aby jediný rezonující prvek byla zkoumaná anténa - a jede se.

Ba dokonce původní autor - Jim Williams doporučuje pomocí takto strmých pulsů měřit šířku pásma osciloskopů. Tedy můj osciloskop zpracoval puls tak, že se jeví, že jeho náběžná hrana je 4 nano-sekundy. Tedy šířka pásma analogových obvodů by měla být

Což je v mém případě 87.5 MHz - patrně zcela v souladu se specifikacemi mého osciloskopu, který je do 60 MHz.

Pokud se ptáte proč na obrázku není "jeden puls a dost" - jak by to teoreticky mělo být. Pak je to proto, že práce se signály této rychlosti je věc na které profesóóři dělají profesůůry a docenti docentůůry, takže nechtějte po mně - vidlákovi - abych doma měl všechny vysokofrekvenční koaxy, bezindukční terminátory, SMA konektory, nízkoimpedanční sondy k osciloskopům v ceně uhlobaronské vily atd. Když vedete takový signál zvonkovým drátem s banánkem dochází k odrazům a zákmitům jako na obrázku. Protože nevyrábím radar, nebo "reflektometr" na kabely, ale rušítko na VF pásma - zákmity stejné nevadí.

Ergo - zapnete tento "pekelný stroj". Na mobilech a WiFinách v širokém okolí poklesne signál o dvě čárky a kdybyste na "V_out" přidali nějaké to zesílení, tak by bezdrátové komunikace zmizely docela. Pak vezmete stařičký skener Yaesu VR500 - připojíte na něj CB anténu, naladíte na 27.205 MHz což je "kanál 20" - střed pásma a zapnete funkci "Band Scan" - výsledek je na obrázku nahoře - "ďubka" dole uprostřed je centrální frekvence 27.205 MHz a kolem vidíte celkem 900 KHz nahoru i dolů a podle tvaru křivky vidíte, že moje anténa je naladěna "výše" - úmyslně jsem ji ladil někde na 27.4 MHz, protože tam mají radio-důchodci "kolečka", která občas poslouchám. Z měření však vyplývá, že ve skutečnosti rezonuje ještě výše někde kolem 27.7 MHz, což jsem v době montáže nezjistil - jsa zcela vyčerpám cvakáním čudlíkem na PSV-metru mezi REFERENCE a MĚŘENÍ.

OK tedy po jedné probdělé noci vše funguje jak má - teoreticky bych mohl doporučit "dělejte to jako já", ale pokud budu zcela upřímný musím napsat pravý opak. Pravděpodobnost, že dospějete k funkčnímu lavinovému generátoru je téměř nulová. Takže naopak NEDĚLEJTE TO JAKO JÁ. Důvody jsou cekem dva :

Tedy můžete postavit zdroj na 300V nebo ještě více a nechat se pořádně kopnout. Lépe je si však zvyknout, že technologickou "štábní kulturu" elektrotechnického průmyslu dnes určují čínští manažeři polovodičové výroby, kteří v 50 letech věku, neumějí žádný cizí jazyk, a nevědí jediný důvod, proč by se jej měli učit. Jejich hlavní vzdělání je orání rýže vodním buvolem, od kterého utekli před 30 lety do otrocké fabriky v Shen-Zenu, ve které se vypracovali až na "experta". Výsledkem jsou "moderní" tranzistory BF199 nebo třeba celá produkce firem jako je BAOFENG, sestávající z 20 verzí stejné radiostanice zapojené dle katalogového listu centrálního DSP čipu.

Zcela obecně : Až budete něco konstruovat - raději se nepohybujte mimo "katalogová" zapojení, nepoužívejte exotické vlastnosti součástek, zejména ty o kterých se dá odhadnout, že je Číňan považuje za "škodlivé". Že to je značné omezení možností "technického řešení"? Sáhib si nějak poradí ! A navíc - každá trafika vám přece prodá "perly moderní technologie" - čínskou elektroniku nejasných parametrů s nedodělaným firmwarem, který vás sudé dny práská Applu a Googlu a liché dny UV-KSČíny. Ničeho jiného přece člověku netřeba že ?!

Věc se má takto : Evergreenem tohoto blogu ( a zejména některých čtenářů ) je "kojíci lampička" - což je LED světlo - nyní dislokované v "pánské pracovně" svítící dveřmi do chodby, aby paní Kubáčová viděla pod nohy, když celou noc kmitá ( kmitáme ) na trase ložnice - dětský pokoj, abychom nějak "zpacifikovali" dceru, která má potřebu spánku asi 2x20 minut denně. Když jsem lampičku postavil - živil jsem ji z laboratorního zdroje, který má klidovou spotřebu bez zátěže kolem 10W. To se lakomému vidlákovi zdálo mnoho tak jsem lampičku přepojil do "vysílačkového" zdroje, který je stavěn na dlouhé hodiny "na příjmu" a má klidovou spotřebu bez zátěže jenom 2W, což u lampičky s vlastní spotřebou 4W je výrazný rozdíl.

Na vysílačkový zdroj je ještě pořád napojena vysílačka - CB rádio Dragon 485 - dlouhodobě vypnutá, kterou jsem nedávno zkusil zapnout. A kupodivu - lidi jsou otráveni cenzurou a intrikařením na Facebooku do té míry, že alespoň v našem regionu "pásmo občanských radiostanic" zvané Cymbál opět ožilo a to nejenom důchodci. Moje první vysílání po letech skončilo studenou sprchou, kdy jsem dostal report : "Pěkný čistý signál, ale žádná modulace" - jakože vysílám jenom ticho. Vytáhl jsem někde staré schéma radiostanice, a z toho vyplynulo, že v mikrofonu je trimr, který bude patrně mít zoxidovaný jezdec, takže se signál z mikrofonu nedostane do stanice. Kouzlo je v tom, že moji radiostanici jsem koupil někdy v prosinci 1998 ( cestou a v euforii ze své první biochemické přednášky "v Karlově Studánce" ) a do roku 2007 s námi jezdila po expedicích. Plast mikrofonu byl neustálým držením ve zpocených rukou natolik zkřehlý, že místo odšroubování šroubku se mikrofon prostě rozpadl, jako kdybych píchnul šroubovákem do vajíčka.

Proto jsem koupil nový mikrofon, na kterém lze objasnit vojenský termín "ojebávka". Například mikrofon měl mít "dynamickou mikrofonní vložku". Tudle nudle Smolíčku Pacholíčku - místo dynamického mikrofonu je uvnitř jen plechové kolečko, aby se za mřížkou "něco lesklo" a zvuk snímá klasická ( a nejlacinější ) elektretová kapsle, která ani nemá připojené napájení, takže pokud máte stanici bez napájeného mikrofonního vstupu - půjde z mikrofonu zase jen ticho. Výsledkem je, že z mikrofonu po "přestavbě" zbyla jenom podsvětlená tlačítka a celá ostatní elektronika uvnitř je z "mých vývojových dílen". Za mikrofon jsem dostal "pochvalu nepochvalu" jakože moje modulace je příjemná, pro moji stanici typická, avšak nikoliv "expedičně uřvaná", což je ten ideál, kterého se všichni snaží dosáhnout.

OK to by byla otázka mikrofonu - zbývá však otázka antény. "Nejlepší anténu v okrese" - Ringo Ranger - vysoko nad městem s volným obzorem 360 stupňů dokola jsem nechal "na starém bytě". Když jsme se stěhovali, přidělal jsem na parapet za okno nového bytu anténu "magnetku, aby mi to nebylo líto", protože jsem s žádným vysíláním ani nepočítal. V pradávných dobách jsem dělal furianta. Na "dobročinné dražbě" antén - jejíž výtěžek šel na nějakou charitu, jsem "vydražil" tolik antén, že dodnes mám plný sklep, včetně exotických jako je, lodní anténa typu "broomstick", atd. Problém však je s kokotovitými sousedy ( čest výjimkám, abych neurazil ), díky kterým zůstanu u "magnetky za oknem" dokud současný byt ( s gustem ) neprodáme obchodíkům s chudobou, výrobcům pervitinu, pěstitelům marihuany nebo prostitutce s prošlou expirací a nepřestěhujeme se jinam.

ERGO jsem spíše ze sportu začal studovat jak vyrobit "nejlepší možnou magnetku" - tedy anténu, která se původě přidělávala velikým placatým magnetem na střechu auta a plech auta sloužil jako "zemníci rovina" alias "protiváha". U vysílacích antén samozřejmě nelze použít "prut jakékoliv délky" - anténa musí být přizpůsobena vysílací frekvenci a při vysílání se na ní "nakmitá" slušné napětí ( v tisících voltů ). Koho kopla vlastní anténa když omylem zavysílal do prutu, jehož kovové části se dotýkal - určitě mi to potvrdí. Obecně platí že "základní anténa" se kterou se porovnávají všechny ostaní je "půlvlnný dipól". Vysíláním do tohoto dipólu se na koncích dipólu nakmitá vysoké napětí a uprostřed dipólu, v místě napájení je maximum proudu ( vizte obrázek nahoře ).

Dipól je možné obrátit i svisle a dokonce jednu jeho polovinu nahradit "nekonečnou dokonale vodivou plochou" ( to jako "protiváhou" = střechou vašeho auta ), ve které se druhá půlka dipólu "virtuálně zrcadlí". Tím vznikne "anténa čtvrtka" neboli čtvrtvlnný dipól a ten už má zatraceně blízko k "magnetce na střeše". Problém "čtrtvlnného dipólu" na střeše je v tom, že pro CB pásmo má tento délku ( u běžné tloušťky tyčky s obvyklým zkracovacím koeficientem ) - 265 centimetrů, což nebrání některým Američanům takovou anténu na autě vozit. My ostatní máme raději antény kratší. Nicméně je nutno poznamenat, že účinnost antény kratší než 1/4 vlnové délky klesá s druhou mocninou délky ( velmi přibližně ) podle vzorečku

Kde L je fyzická délka "prutu" v metrech a F je frekvence v MHz. Tedy elegantní "magnetka" délky 30 cm "pobere" jen kolem 1% signálu své velké 2,65m kolegyně. Ergo "moje magnetka" za oknem má 145 centimetrů což odpovídá 26% signálu ze "čtvrtky".

Anténa je LC obvod. "Cívka" v tomto obvodu je ten drát, a kondenzátor je kapacita proti zemi - ergo když je anténa krátká znamená to, že je "drátu málo" a tudíž převládá kapacita antény. Aby se taková anténa jevila radiostanici jako mnohem delší - musí se někde do antény zamontovat cívka, která "dodá indukčnost". Problém takové cívky je, že sice něco málo vyzařuje, ale rozhodně ne tolik jako anténní prut. Pro výpočet indukčnosti cívky jsou sloužíté empirické vzorce, ze kterých vyplývá, že čím je cívka blíže hornímu konci antény tím její indukčnost musí být větší. To naznačuje, že "ne všechny prutové atnény jsou stejné". Což naznačuje, že mému vozorečku navzdory budou některé "zkrácené" antény účinnější než jiné - i při stejné délce.

Radioamatéři válčili s délkou antén od nepaměti, proto už v roce 1953 vyšel článek, který mě osvítil. Pokud máme řadu antén stejné ( zkrácené ) délky pak nejlépe vysílá ta, kde průběhy proudů a napětí nejlépe kopírují půlvlnný ( čtvrtvlnný ) dipól. Je tedy žádoucí aby v patě čtvrtvlnné antény byla kmitna proudu a zároveň na konci antény byla kmitna napětí ( jako u poloviny dipólu ). Běžná "magnetka z obchodu" toto nesplňuje, protože ( kvůli nejmenší indukčnosti a tím nejlacinější výrobě ) má v patě cívku, která téměř nevyzařuje, proto ten vzoreček s druhou mocninou.

ERGO - výsledek mého bádání : Pokud máte anténu kratší než 1/4 lambda jsou 2 možnosti jak ji učinit "nejúčinnější možnou" :

Znamená to že "drátek" délky 30 cm s cívkou nikoliv v patě, ale ve výšce 15 - 20 cm bude vysílat jako 265 cm dlouhý prut ? Tušíte na 100% že odpověď je NE. Protože jedna věc je, že začátek i konec proutku rezonují přesně stejně jak by rezonovala "anténa čtvrtka" a druhá věc je že tato rezonance se odehrává 9x blíže u sebe než u "čtvrtky" a tudíž nezanedbatelné množství energie se zničí interferencí, která u antény plné délky naopak signál zesiluje.

Ergo doporučení pro kupce "magnetky"

A když už jsme u toho - zcela stejná pravidla platí i pro "pendreky" do ručních radiostanic, protože i tam se u CB jedná o "zkrácené čtvrtky" jenom jako "zemní rovina" alias "protiváha" slouží sama radiostanice a vaše ruka.

Jasné ?

Dnes mám téměř chuť udělit nějakou "radu pro blondýny" jako v dávných dobách. Místo toho jenom dotaz : Tušíte, co znamená, když si radio-důchodce na pásmu stěžuje : "protiváha mě nechce putit do hospody ?" Jenom napovím, že zaujetí ARRL příručkou v tom není.

Ani nevím odkud začít - třeba jak jsme si na Robotickém dnu v roce 2015 dělali legraci, že britské ministerstvo školství rozdává mladým, muslimům časovače k bombám, nebo jak se mě jistý kolega na letošním robotickém dni ptal : "děláš ještě roboty nebu už jen psy a děti ?" Výsledek byl ten, že jsem paní Kubáčové v zácpě na D1 cestou do Frydku suše oznámil: "Koupím si nové procesory a nebudeme o tom diskutovat !!"

Než se tedy dostaneme k Micro:Bitu neboli těm "novým procesorům" - zde lehká zmínka o "Arduínu" neboli "starému procesoru" jehož móda mě zcela minula. Někdy v roce 2000 jsem hledal který mikrokontrolér budu používat do svých tehdy ještě nepostavených robotů. Na výběr tehdy byly Microchip PIC a Atmel AVR. Vybral jsem si AVR, protože svojí konstrukcí silně přimomíná "na 8 bitů ořezané velké RISCocé procesory" a má kráásný školsky jednoduchý assembler. Takže jsem do všech robotů strkal AVR a mezitím nějací Taliání vymysleli Arduíno a strčili do něj AVR taky. Takže jsem se pak dostával do zvláštních situací, kdy se mě různí joudové ptali : "A je váš robot kompatibilní s Arduínem ?" Na to jsem odpovídal "Uvnitř není Arduíno, ale je tam stejný procesor" a na to oni ode mně utíkali jako od prašivého : "Ani Arduíno neumí používat !!".

Jenom taková poznámka Michrochip koupil Atmel takže dneska PIC i AVR jsou "stejná firma". Kromě příšerných PIC 16 dnes těžíště "picek" je v daleko programovatelnějších PIC 18 a dokonce si můžete koupit PIC32 což je jediný 32 bitový MIPS procesor, který sežene v trafopájkou pájitelném DIL pouzdře. Navíc mám neblahou tuchu, že Microchip se bude snažit AVR postupně zbavit, takže dnes by volba PIC, nebo AVR nebyla zdaleka tak jednoduchá, ale o tom dnešní pohádka není.

Tam kde žáčci v komunistickém česku zápasili s doutnajícím klunkrem IQ151 tam mají Angličani mají dlouhou tradici kvalitních "školních počítačů" BBC Micro s procesorem 6502, potom Acorn Archimedes - "otec architektury ARM", Raspberry Pi, které nebylo pod patronací dvojice firem ARM + BBC a možná právě proto teď je na řadě Microbit, též psáno jako Micro:Bit. Co tedy dostanete za necelou pětistovku : 16 MHz 32 bitový ARM procesor na destičce s legračním displejem 5x5 "pixelů" z červených LEDek + 2 tlačítka + Akcelerometr + Magnetometr alias "elektronický kompas" + Bluetooth verze 4 + jednoduchý teploměr a indikátor intenzity světla - vše jako preriferie toho 16 MHz ARMu to vše na destičce velikosti poloviny papírové vizitky s konektorem na který se dají "přicvaknout" krokodýlky a dokonce se do něj dají zastrčit banánky.

Je nutné poznamenat, že BBC + ARM + Univerzita v Lancasteru udělaly maximum, aby Micro:Bit byl maximálně přístupný žáčkům školáčkům.

Způsob programování : ZDE si klinkěte na "vývojové prostředí" a začněte psát program. Až budte mít napsáno "v obrázkovém programovacím jazyku" prostě připojíte svůj microbit k USB portu, ten se přihlásí jako USB Flash disk, na který nahrajete *.HEX soubor, který si stáhnete s "vývojového prostředí" a vše je naprogramováno. Vskutku Micro:Bit má online "cloudové" vývojové prostředí a "javascriptový" kompilátor kódu. Ba dokonce zdrojový text programu je uložen v samotém *.HEX souboru, který je tedy jediným souborovým formátem, se kterým žáčci pracují, takže rádi odpustíme, že "blikání LEDkou" má 560 kiloByte a že délka tohoto HEX souboru se s délkou programu prakticky nemění.

Pokud by se vám nelíbil obrázkový programovací jazyk ( je skvělý ) můžete programovat ještě v JavaScriptu a Pythonu. "Velcí ajťáci" asi více milují Python, ale ten je interpretovaný, pomalý a tak-tak se do Microbitu vejde, protože zdrojový text k interpretaci se ukládá do RAM, které nemá Micro:Bit nazbyt. My vidlácí máme mnohem raději Java Scritpt, který je kompilovaný, a spolu s runtime knihovnami ( proto má HEX pořád 560 kB ) se ukládá do FLASH paměti, kde je místa více.

Když jsem dopsal sem ujasnilo se mi proč můj vztah k Arduinu je o tolik méně vřelý než k Micro:bitu. Arduino je totiž prakticky holé AVR s USB portem s Bootloaderem a s "takovými těmi ajťáckými perireriemi", kterým veřejnost nerozumí jako je I2C, SPI, UART atd. Tedy Arduino je uděláno přesně k tomu účelu, který má plnit - to jest svádí k nákupu "čtyřdírkových modulů" z Číny. Teprve jejich připojením k Arduínu - chumlem drátů - něco vznikne. Micro:bit je pravý opak - pan učitel vám dá destičku s procesorem, na které je tolik perfierií, že si vyhrajete celý školní rok a můžete vytvářet programy ve stylu "blikající srdíčko" a vzhledem k onlinovém vývjovému prostředí a způsobu programování "jako Flah Disk" můžete tyto blbůstky velice rychle programovat třeba i na návštěvě u známých.

Stálí čtenářové mého blogu právě vrtí hlavami - jak si přítel "holého železa" a nepřítel "softwarových serepetiček" může koupit školní hravý rádoby-počítač velikosti 4x5 cm ? V mém případě byl rozdhodující asi tyto faktory :

Následuje odstavec - chvála 32 bitových Timerů. Ano časovač je "Ajťácká periferie, které veřejnost nerozumí" ale pokud porovnáme 32 bitový timer v Microbitu (ARMu) se 16 bitovým timerem v AVR - nebe a duddy. Zejména pokud si hrajete s analogovou elektronikou a mrcha piezzoelement vám rezonuje na nějaké nemožné frekvenci ve stylu 40.073 KHz a vy už jste popsali dvě stránky Excelových tabulek úvahami jak nastavit Timer v AVR aby tuto frekvenci vyrobil s přijatelnou chybou. Zde prostě nastavíte jedním příkazem frekvenci s maximální chybou 1/2³² a pokud chcete ještě nejaké divoke plnění PWM ve stylu 39,9% taky není problém. Možná vypadám jako blb, ale 32 bitové timery na mně udělaly dojem ve stylu "neuvěří, kdo nevyzkoušel" a pokud vezmeme v úvahu, že k microbitu se dají připojit banánky a krokodýlky - jednoduchoučký generátor přesných frekvencí je otázkou pár minut programování v "obrázkovém jazyku".

Následuje odstavec - Hana Micro:Bitu : Microbit má zvláštní konektor, ke kterému je těžké sehnat protikus. Navíc z 80 pinového konektoru vám leze jen 19 výstupů, což je způsobeno tím, že celá jedna strana konektoru Micro:Bitu není nikam zapojená což je "blbuvzdornost proti zasunutí Micro:Bitu obráceně" Na internetu najdete obrázky jak žáčci mají microbit "přibitý hřebíky" do svého obvodu. Za nevýhodu se též považuje 3,3V "palubní napětí". Jako člověk, který vyrábí vlastní většinou analogové periferie to nepovažuju za problém, co mě ale štve je zatížitelnost pinů 0,5 mA, pouze 3 piny přepnuté do režimu "High current" - jehož aktivace není nikde pořádně popsaná mohou dávat 5mA. Obojí je pro "vidláckou elektroniku" směšně málo.

Tedy abych nějak skončil - Zkoumáte-li jak mají děcka zapojené roboty na Robotickém dnu - zjistíte že to je chaotická směs různých modulů původně vymyšlených v Evropě a USA za $19.9 nyní však nedokonale číňanem padělaných za $1.99 spojených přes kontaktní pole zvonkovým drátem. Nepřítomnost promyšleného konceptu z toho sívítí na kilometry. Zde jsem se po dlouhé době setkal s "Anglickou konstrukční elegancí" ve stylu stíhačky de Havillandu Mosquito, nebo prvních ARMů a navíc je tato konstrukční elegance zabalena do formy, která neuvěřitelně svádí ke hraní i elektro-dědky stižené syndromem vyhoření ( =mně ), což je doufám dostatečná chvála, abyste tuto blbůsku taky vyzkoušeli.

V pradávných dobách jsem spekuloval o výrobě "kojící lampičky" - LED světla, které bude aktivováno na dálku nejlépe zvukem a pak bude svítít a postupně uhasínat, aby se člověk nezabil ve vlastní ložnici, při kojení robátka - děťáka. Tato idea se tak chytla že význačný čtenář tohoto blogu "elektrodůchodce" "pan Grey" opakovaně žádal o schéma lampičky, kde drát z mikrofonu vede rovnou do procesoru ( neumí namalovat vodorovnou čáru ? ) Spíš to bude v tom, že mu ušlo, že od dob Jakeše a Bilaka, jsme přešli z elektronek na tranzistory, pak integrované obvody TTL, pak integrované obvody CMOS a dokonce procesory BiCMOS, které některé dokonce mají analogové předzesilovače rovnou na čipu ( pokud je tam potřebují ).

Takže jsem ideu zvukem aktivované "kojící" lampičky přednesl paní Kubáčové a ta prohlásila : "dělat hluk v místnosti se spícím kojencem ?!?" - A bylo po ptákách. Takže jsem alespoň vzal všechny bílé LEDky z pytlíku v počtu asi 40 ks a zapíchal je s příslušnými předřadnými odpory do kontaktního pole, aby toto světlo šlo z "robotické pracovny" na chodbu našeho bytu, aby se člověk nepřerazil o botník a tak. Jenože ty ledky byly z historických zásob - ubohé kvality a ubohého namodralého spektra. Takže následující požadavek paní Kubáčové byl : "nemůžeš udělat něco, aby to světo tak nebilo do očí" - Takže jsem koupil 1W "teple bílé" 120 lumenů 120 stupňů vyzařující LEDky. Ledky, kterými teče 350 mA samy o sobě dost "topí" a co teprve když stabilizaci těch 350 mA má dělat odpor na kterém se přebytečný výkon "pálí". Bylo tedy jasné, že "lampičce" bude nutné postavit spínaný budič.

Prohledával jsem internet, který je plný marketingového bullshitu ve stylu "98% efficiency S-M driver". ( S-M jako Switched Mode neboli spínaný ) A k tomu integrovaný obvod, kterého vám prodají nejménší balení - kontejner skladem v Rotterdamu. Zkoušel jsem některé "Belza" obvody. Nakonec vyhrálo "vidlácké zapojení" na obrázku. Hlavní výhodou je, že funguje téměř s každou tlumivkou ( v mém případě s úplně každou ) kterou máte v krabici na "elektroodpad".

Jak tedy celá věc funguje Q1 a Q3 tvoří svérázný klopný obvod, který díky proudu z R2 startuje v pozici, že oba tranzistory jsou otevřené. Proud přes R1, Q1, a L1 postupně narůstá až dosáhne přibližbě 400 mA při kterém začne Q2 "škrtit" bázi Q1 - tím se nastartuje pozitivní zpětná vazba, kdy pokles proudu na cívce způsobí prudký pokles napětí v kolektoru Q1 ( bázi Q3 ), což vypne Q3 a dvojice Q1 Q3 se uzavře. Díky magnetickému poli cívky pokračuje proud do LED přes BAT48. V okamžiku, kdy magnetické pole cívky zcela zanikne Q1 a Q3 se opět otevřou proudem z R2.

Obvod je "samokmitající" a funguje s jakkoliv špatnou tlumivkou - zkoušel jsem od 10 mikroHenry do 330 mikroHenry kdy pracovní frekvence obvodu se mění přibližně od 200 do 10 KHz. Proud LEDkou je přibližně 300 mA a dá se měnit změnami R1, kterým ovšem musíte přizpůsobit tranzistor Q1 a "rekuperační" schottkyho diodu D1. Při proudech bližících se 1A se už začíná projevovat ztráta výkonu na R1 který se musí tomu náležitě dimenzovat, nebo použít jiné zapojení. Pro proudy 50-500 mA je však tento obvod ideál z krabičky s odpadními součástkami.

Jediný problém použití "odpadních" tlumivek je jejich vnitřní ( ohmický ) odpor. Ten tvoří "napěťový dělič" s R1 a to způsobuje, že obvod odmítá kmitat pokud napájecí napětní není alespoň o 2-3 V vyšší než úbytek napětí na LEDce. I nekmitající obvod LEDku rozsvítí a dokonce udržuje jakýs takýs proud, ale Q1 se při tom neúměrně hřeje, protože na něm se nyní pálí veškerý přebytečný výkon. Obvod je tedy vhodnější pro "radioamatérských" 13,8 V ( odkud jej taky napájím ) než pro napájení z 5V USB nabíječky.

Poslední nepatrná poznámka. Vzhledem k použítým tranzistorům, které mají "mezní frekvenci" až ve stovkách MHz můžete použít opravdu jakoukoliv tlumivku. použití velkých tlumivek ( přes 200 mikroHenry ) nedoproučuji jednak kvůli vysokému vnitřnímu odporu a jednak kvůli nizké pracovní frekvenci, která spolu s mizernou kvalitou tlumivky může vést k "pískání" tlumivky na akustické frekvenci pod 20 KHz, které může být slyšet a ukrutně rušit ( Kojenci a též psi slyší obzvláť dobře a obzvlášť vysoké frekvence. ) Použítí příliš malých tlumivek ( pod 20 mikroHenry ) nedoporučuju rovněž, kvůli vysoké pracovní frekvenci, která vede ke ztrátám výkonu a "topení" diody D1. Na schémátku uvedených 100 uH vede k frekvenci kolem 30 KHz, která je ideální kompromis.

Účinost obvodu se mění podle použité tlumivky a diody D1 a pohybuje se mezi 60 a 70 procenty, což není žádný zázrak, ale hlavní výhodou obvodu budiž, že je hotový za 5 minut z čehokoliv co doma je, a že krom LEDky se v obvodu žádná další součástka nezahřívá, v širokém rozsahu napájecích napětí od 7 až do 24V. To je tedy pro dnešní ( vzácnou !! ) elektro-kapitolu všechno. Doufám že čtenářům ( panu Václavovi ) nevadí, že žádný drát z obvodu nevede "rovnou do procesoru", protože ten tam ani není potřeba ;-))

Čím usměrníme 220V ze zásuvky ? Graetzem ! Čím usměrníme 20mV z nějakého robotického čidla ? Taky Graetzovým můstkem který má ubytek napětí 2x úbytek na diodě neboli u konvenčních usměrňovacích diod 1,4V ? Asi ne, asi by to chtělo nějakou "superdiodu" která se chová tak jak se na průmyslovce učí, že se dioda má chovat - v jednom směru dokonale propustná v druhém směru absolutně nepropustná.

Kupodivu takové zapojení existuje a dokonce mu bratři anglosassové říkají "Superdiode". Zdá se to být jasné - dioda je zapojená do zpětné vazby operačního zesilovače, takže ať je úbytek na této diodě jak chce veliký zpětná vazba jej kompenzuje. Celé zapojení má celkem 5 problémečků

Jasné ?

Takže takdy máme zlepšenou super-diodu. Záporné půlvlny vycházejí z tohoto zapojení jako kladné ( zapojení je invertující ) a zesílené v poměru -R2/R1. Kladné půlvlny projdou přes diodu D2 beze škod do země a na výstupu se neprojeví. ( projeví se jenom jako nepatrný rozdíl úbytků napětí na diodách D1 a D2 ). Toto zapojení má oproti prvnímu zásadní výhodu, která spočívá v tom, že operační zesilovač má "nějakou" zpětnou vazbu pro obě půlvlny signálu takže divoce nekmitá, ale situace ani tak není ideální - existuje totiž oblast -0,7 až +0,7 V kdy ani jedna z diod pořádně nevede a tuto oblast musí operační zesilovač ukrutně rychle překmitnout. Takže u běžného zesilovače se šířkou pásma 1MHz počítejte s maximální frekvencí tak 100 KHz ale lépe méně. ( pro robotické ultrazvuky na 40kHz to stačí ). Poznámka o mizerném usměrňování signálů pod 5mV platí i tady.

Teď takový příkládek - pokud usmerňujeme signál z robotického ultrazvuku ( protože nejsme ubožáci, co kupují špatně navržené čínské moduly na Aliexspress ) má takový signál 40 kHz střídavých. Pokud ho usměrníme jednocestně, bude základní frekvence takového signálu pořád 40 KHz a budeme muset vymýšlet velmi složité a strmé analogové filtry, které nám z takového signálu vyfiltrují "amplitudovou obálku" a zároveň nám do signálu nevnesou veliké zpoždění - což u ultrazvuku znamená nepřesnost měření vzdálenosti. Fundamentální frekvence dvoucestně usměrněného 40khZ signálu je 80kHz takže dvoucestým usměrnením jsme si vlastně v této úloze dosti pomohli, protože jsme "vynásobili frekvenci" a tím zvýšili nutnou "frekvenční vzdálenost" mezi filtrovaným signálem a propustným pásmem filtru.

Ergo by nebylo špatné umět zapojení, které usměrňuje dvoucestně. A hned si předvedeme jedno "učebnicové zapojení" které jsem, na rozdíl od autorů učebnic, opravdu zkoušel a mé doporučení je UTÍKEJTĚ OD NĚJ JAK MŮŽETE. Rozebereme si proč : První operační zesilovač je jasný - na jeho výstupu jsou jednocestně usměrněné půlvlny. Druhý operační zesilovač sčítá jednocestně usměrněné záporné půlvlny přes odpor R3 s nezměněným vstupním signálem přes odpor R4 a navíc záporné půlvlny přes R3 zesiluje 2x zatímco vstupní signál k tomu přičítá bez zesílení - výsledkem je dvoucestně usměrněný signál - tedy usměrněné kladné i záporné půlvlny.

Tušíte proč se tomuto zapojení vyhnout ? Sčítá se totiž původní NEZPOŽDĚNÝ signál se signálem ZPOŽDĚNÝM prvním operačním zesilovačem - tudíž čím větší frekvenci zpracováváte tím větší fázový rozdíl mezi těmito dvěma signály je a asi tak od 2KHz nahoru ( !!! ) bez ohledu na vlastnosti operačního zesilovače začnou z tohoto zapojení lézt nesmysly jako polo usměrněné do záporné polarity překmitávající "velbloudí hrby" atd. Prostě v učebnicích to je, u zkoušky na VUT to namalujte a pak ZAPOMEŇTE.

Další zapojení bylo mé oblíbené a pro signály nad 5mV a pod 100 kHz je zcela bezproblémové. Obvykle se o něm píše, že R1 a R4 musí být stejné hodnoty kvůli "symetrii diod". Opravdu je nutné aby D1 i D2 byly stejné diody ( to je snad jasné !! ) a zatíženy pokud možno stejnými proudy. Proto je třeba aby R2 a R4 byly stejné R1 si udělejte jak chcete.

Zapojení na posledním obrázku původně nebylo mé oblíbené, protože má o jeden odpor více, a to mi jako lakomému elektro - vidlákovi připadal jako neodůvodněné plýtvání součástkami, ale nyní je to moje nejoblíbenější zapojení "precizního dvoucestného usměrňovače". Proč ? Jednak má vlastnosti jako předchozí - to jest pracovní frekvence něco málo pod 1/10 šířky pásma operačních zesilovačů, ale hlavně odpor R1 se může lišit ( být menší ) než ostatní a tak je toto jediný zesilující dvoucestný usměrňovač. Zesílení se s výhodou využije aby se kompenzovala ztráta na výstupním filtru.

Takže nejoblíběnější zapojení je tu, zbývají jenom poslení poznámečky :

Výstupní filtr ? I Graetz. který usměrňuje 220V někde ve spínaném zdroji tak činí tím způsobem, že nabíjí filtrační kondenzátor, který dělá z "tepavého napětí" to pravé DC. POkud byste chtěli usměrňovat 40 KHz ultrazvuk doporučil bych na výstup operačního zesilovače odpor 1K jako "ochranný odpor" pro AD převodník někde v arduínu, a jako filtraci na stranu toho odporu směrem k Arduínu připojit keramický kondenzátor 10nF na zem - tím vznikne RC filtr s dělící frekvecní 16 KHz která vám 80 kHz docela pěkně vyfiltruje.

A poslední poznámečka, kterou v učebnicích nenajdete - měl jsem opravdu všechny zde uvedené obvody zapojené a mám je důkkladně osahané. Mezi předposledním a posledním zapojením je jeden malý, ale důležitý rozdíl. Předposlední zapojení funguje nejlépe když pracuje s diodami, které mají malý úbytek napětí v propustném směru, vhodné jsou tedy Schottky diody třeba má oblíbená BAT48. Poslední zapojení naopak nejlépe funguje s diodami které mají malý ( skoro nulový ) parazitní zpětný proud - třeba 1N4148, i proto je poslední zapojení mé oblíbené, protože mám doma tisíce komunistických ekvivalentů této diody ze zrušené Tesly Rožnov - známé pod jménem KA261.

Jasné ?

Pro "běžného uživatele" Arduina je otázka výběru "analogových součástek kolem" spíše obtěžující. Proto jsem už kdysi "ve vidlácích" prohlásil : najděte si pár oblíbených součástek jejichž parametry budete znát a ty používejte stále dokola. Jistý tajný projekt mě dovedl k precizním usměrňovačům : tedy ke kombinaci diod a operačních zesilovačů a "kombinace diod a operačních zesilovačů" mě zase přivedla k otázce, jestli by nestálo za to probrat myšlenkové pochody běžného elektro-vidláka při volbě diody do elektrického obvodu.

Z pohledu Arduina se zdá být nejlepší "sázka na jistotu" - potřebuju do obvodu, který bere 20mA max při 5V dát diodu ? Volba je jasná - použiju "diodu jako bejk" nejlépe nějakou lacinou od firmy "JingJang" z čínského e-shopu A výsledek je, že beru 15A10G která má závěrné napětí 1000V a propustný proud 15A. Je to tak správně ?

V principu je lepší nějaká dioda, než žádná, ale je třeba počítat s následujícími problémy : Pouzdro takové didody je taky "jako bejk", takže zabere místa jako půlka "Arduina nano". Úbytek napětí v propustném směru obrovský počítejte 0,8 - 1V. Parazitní proud v závěrném směru taky obrovský. A rychlost spínání níc moc, takže síťový usměrňovač při 50 Hz je maximum, ale nikam do žádných "precizních" zapojení ji nestrkejte ani omylem - jasné ?

Tudíž je dobré mít "ve svém" repertoáru více než jednu diodu a osobně nejčastěji používám tuto trojici.

1N4148 - signálová "hrotová" dioda - má nepatrnou kapacitu PN přechodu proto zvládá vysoké frekvence, má relativně vysoký úbytek napětí v propustném směru ( kvůli konstrukci a malé ploše PN přechodu ) ovšem má nepatrný parazitní proud v závěrném směru ( kvůli malé ploše PN přechodu ). Nominální parametry : Závěrné napětí 100V, propustný proud 150mA. Použítí : veškerá "precizní zapojení" - logaritnické zesilovače, limitery signálu, precizní usměrňovače, diodové přepínače do stovek KHz, ochrany proti přepólování malých mikrokontrolérů atd. -

1N4007 - typická usměrňovací dioda. Nominální parametry : Závěrné napětí 1000V propustný proud 1A. Relativně malé pouzdro, relativně vysoký úbytek v propustném směru. Daleko větší kapacita v propustném směru tudíž dalěko pomalejší spínání. Použítí : usměrňování zásuvkových napětí 220 - 380 V, ochrany proti přepólování, diodové přepínače napájení, ochranné diody v napájecích zdrojích a nabíječkách atd. Dvě zvláštní použití, kvůli kterým je dobré ji mít v zásobě : Přepínač vysokofrekvenčních signálů, které nezkresluje kvůli svým PIN vlastnostem. Nouzový varikap alias ladící dioda do LC oscilátorů.

BAT48 - je svými parametry velice podobná 1N4148 až na to že to je tzv schottky dioda. To jest PN přechod je konstruován pro co nejmenší úbytek v propustném směru, cenou za to je nízké napětí v závěrném směru ( jen 40V ) a velký parazitní proud v závěrném směru. Použítní : některá "precizní zapojení" zejména některé "preczní usměrňovače", odchrany proti přepólování, ochranné diody pro menší motorky, usměrňovací diody v menších spínaných zdrojích atd. Je vhodná i pro některá "vysokofrekvenční" použití ( detektor v AM rádiu ) - zejména tam, kde nevadí, že má větší kapacitu PN přechodu než 1N4148 ( tedy nedávat BAT48 třeba do zpětných vazeb operačních zesilovačů, kde vytvoří se zpětnovazebními odpory nechtěnou dolní propust ) .

Je mi jasné, že Arduínoví robotici mají po předchozím odstavci v hlavě zmatek takže se pokusím předvést nějaký "myšlenkový pochod" : Příklad 1: stavím demodulátor pro KV rádio. Jaká vlastnost diody je rozhodující ? Schopnost usměrnit MHz signály - použiju 1N4148 ( pokud ne nějaké ještě více specializované diody ). 1N4007 je pro tento účel opravdu k ničemu a BAT48 se za jistých okolností použít dá. Příklad 2 stavím měnič pro LED baterku kde "napětí na palubě" je 2,4V NiMh akupack. Jaká vlastnost diody je rozhodující ? Nízký úbytek v propustném směru, protože při 2,4V je 0,7V úbytku na diodě drtivá ztráta. Jakou diodu použiju ? ..................... Příklad 3 : Stavím distribuci napájení z centrálního akumulátoru do modulů robota a potřebuju "protiresetovací diody". Jaká vlastnost je rozhodující ? Totální blbuvzdornost ! Jaké diody použiju ? 1N4007 ( pokud ne 15A10G pro motorový modul ;-) )

Jasné ?

Zbývá probrat ještě jemné detaily : Třeba 1N4007 má "sesterské diody" 1N4001, 02 03, 04, 05, 06 stejně tak BAT 48 vlastně existuje BAT 41 - 48. Nechci detailně probírat technické parametry, proto napíšu jen pár obecných závislostí.

Jenom poznámka ke všem bodům - je jistý rozdíl mezi katalogovými parametry diody a jejími vlastnostmi ve skutečném elektrickém obvodu. Třeba bod 5 : pokud máme dvě jinak stejné diody, jednu na 2A a druhou na 10 A pak ta 10A bude mít při stejném proudu menší úbytek napětí než ta 2A. Zcela jiná situace je, pokud "malou" diodou necháte protékat 100mA a "velkou" diodou 5A - pak je reálný napěťiový úbytek na menší diodě menší ( navzodry katalogovým údajům ), kvůli rozdílné hustotě proudu v reálném obvodu. Jasné ?

Zbývá poslední otázka Arduínového robotika - tak kterou diodu tedy dát ( kamkoliv ) ale hlavně jako ochrané diody k motorům a cívkám. Jiří Rotta říkal, že : když vůbec nevíte odkud kam "univerzální dioda na všechno" je UF4007 - dioda, která je "blbuvzdorná" ( skoro ) jako 1N4007 a přitom rychlá ( skoro ) jako 1N4148.

Jasné ? Asi ne, ale lépe to popsat nedovedu.

Poznámka při druhém čtení - možná to lépe popsat dovedu. Vlastnosti diod rozhodujícím způsobem určují dva parametry :

Samozřejmě, že existují kombinace různých velikostí a různých konstrukcí PN přechodu - příklad : malá dioda vysoce dopovaná - 1N4148. Velká dioda vysoce dopovaná 1N4007, Malá dioda nízce dopovaná BAT48, Velké diody nízce dopované - schottky diody z 3.3 a 5V větve PC zdroje atd....

Tak to asi opravdu líp popsat nedovedu....

Nedávno jsem potkal známého "co jsme spolu vysílali" - a ten si trpce stěžoval, že můj blog sice nečte, ale "od jiných slyšel" že se tu probírá už jenom to "prepperství" až se zhroutí civilizace. Nicméně některá témata, která se zhroucení civilizace okrajově dotýkají jsou prostě nepominutelná.

Příklad - předminulý týden jsem tady probíral, že bych asi měl postavit svéráznou "noční lampu" abych nezašlápnul psa, dceru ani manželku, když se tlačím do postele. Na to mi nějaký rozumbrada dal ohromnou radu : psa utratit, manželky i dcery se zbavit a nakoupit svíčky. To mi připomělo, že už v dávnější minulosti jsem řešil jestli jako světelný zdroj do domácnosti jsou lepší svíčky / lampa-petrolejka nebo baterka a "hafo baterií". V době kdy v baterkách byly žárovky a zinkouhlíkové baterie "Bateria Slaný" to vycházelo tak jednoznačně ve prospěch svíčky, že o baterce jako o zdroji světla ( na delší dobu ) mohl uvažovat jedině šílenec. Dnes je ta doba "lithium iontová" a "LEDková" proto je možná čas udělat ty výpočty znova a vyrovnat se s otázkou, jestli moderní baterie a zdroje světla už zvrátily vývoj, nebo ne.

Získat někde v tabulách výhřevnost parafinu je prakticky nemožné, tak jsem se snažíl nějakou analogií dojít k nějaké hodnotě energie - PETROLEJ - tedy tekutý uhlovodík s řetězci o něco kratšími než má parafín má výhřevnost 43,1 MJ/Kg. POLYETHYLÉN - tedy uhlovodík s uhlíkovými řetězci výrazně delšími než parafín má výřevnost 46 MJ/Kg - odhadovat tedy výhřevnost parafinu na 45 MJ/Kg je podle mně velice rozumné. Ergo 45 MJ/Kg - znamená 45 000 J/g.

Sanyo Eneloop - tedy baterky co mám doma váží asi 25 gramů jedna a mají 2200 mAh při nominálním napětí 1,2 V ERGO 1,2 * 2,2 * 3600 = 9504 Joule v jedné baterce což je 380 joule/ gram,což je 118x menší denzita energie než parafin ve svíčce. Oficiální tabulky z Wikipedie - asi počítají nějak jinak, protože u NiMh uvádějí 288 J/g zato u Li-Ion uvádějí až 880 J/g, ale řádově to sedí, tak bych se v tom s dovolením nevrtal.

Maximální světelný tok, který lze získat u monochromatického světla je 640 lm/Watt, maximální intenzita záření absolutně černého tělesa je 251 lm/Watt, špičkové LEDky mají až 170 lm/Watt. Pokud jsem počítal energetickou spotřebu "taktických baterek" jako třeba Fenix LD41 nebo Thrunite Archer - i se ztrátami v měničích vychází účinost baterek překvapivě podobně kolem 80 lm/Watt. Oproti tomu je svíčka opravdový žabař, neboť dosahuje účinnosti 0,1-0,3 lm/watt - což je překvapivě daleko horší než klasické žárovky s účinností 10-15 lm/Watt.

Nebudu probírat všechny možné kombinace jako - špičková LED s mizernými baterkami kontra mizerná LED s Li-Ion kontra svíčka atd. Poměry účinností svíčky a LEDky se pohybují v rozsahu 1:270 - 1:1700. Poměry energetickýh hustot baterií a prafínu se pohybují v rozsahu 1:50 - 1:160 prostým vzájemným vynásobením extrémů zjistíme, že svíčka je podle konkrétní kombinace 2-35x méně účinná než moderní LED baterky hnané Li-Ion evetnuelně Ni-Mh akumulátory.

Inženýrským pohledem je to jasné - okamžikem příchodu svívých LED jdou svíčky na hřbitov dějin, před radikálním závěrem bych si jenom dovolil upozornit na "ďábly", kteří se skrývají v detailech.

Ergo závěr definitivní : dneska už to není jako před 15 lety, kdy svíčkami - v porovnání s žárovkovými baterkami - mohl pohrdat jedině nějaký techno-magor. Na druhou stranu už dnes lze vidět budoucnost - ve smyslu, že pár solárních panelů na střeše + Li-Ion akumulátor ve sklepě + LED osvětlení v baráku + nějaká ta "měničová bižuterie" zcela reálně může nouzovému svícení svíčkami učinit konec, zejména protože svíčka shoří a musí se někde sehnat nová, zatímco nabíjet Li-Ionky sluncem můžete zadramo každý den - dokud vám někdo nerozbije solární panely.

Tímto blogem se vine názor "cívky jsou nahovno" , pak tu byly články "kondenzátory jsou nahovno" a to keramické i elektrolytické, pak tu byl článek "schottkyho diody jsou nahovno" - tak proč si nezanadávat na "staré zlaté časy, které se nikdy nevrátí" a neprohlásit rovnou všechny diody za součástky nahovno.

Jde o to, že se v domácnosti pravidelně vyskytuje tato situace - jdete v noci ulehnout do manželské postele - noční lampička je asi 3 metry od dveří, ale mezi ní a dveřmi lehává pes, kterého nesmíte zašlápnout. Pokud neleží na zemi leží v posteli ( je to rozmazlenec ), navíc žena v noci kojí a dítě občas zapomene ve velké posteli ( bude to rozmazlenec ). Navíc každý z těchto 3 živočichů lehává v podivných polohách. Takže stojíte u dvěří ložnice, lampa je 3 metry daleko, ale vy jste v situaci jako cyklista v Bosně, který neví jestli škarpa u cesty, kde chce večer zalehnout je ještě zaminovaná, nebo ne.

Tudíž jsem se vrátil k ideji "inteligentní noční lampičky", která by měla fungovat asi takto - vydáte nějaký charakteristický zvuk - jakože si třeba decentně odkašlete - procesor v lampičce to mikrofónem uslyší a pomaloučku, polehoučku rozsvítí na velmi nízkou intenzitu, pokud potřebujete více světla - odkašlete důrazněji, pokud se rozdeřve dítě, rozštěká pes, ozve výstřel na zlodějě - lampička se rozsvítí okamžítě na 100%. Pokud je ticho - lampička po pár desítkách sekund začne pomalu zhasínat až zhasne docela - zásadní idea je že lampička nesmí mít ŽÁDNÝ VYPÍNAČ a nesmí mít ŽÁDNÝ OVLADAČ, jako hardwarovou krabičku, kterou někde zapomenete.

Potom je tu ještě ta věc, že bateriové napájení = žádná šňůra do zásuvky má velikou výhodu - a to ve spojení s bílými LEDkami znamená SPÍNANÝ MĚNIČ. Ony totiž opravdu staré zlaté časy upadají - kdysi brala LEDka 20mA - tak jste do takové lampičky strčili 4 tužkové baterky - to bylo napětí 3,6 - 6 V podle stupně vybitosti. Pak jste spočetli předřadný odpor tak aby diodou ( nebo dioadami ) teklo 10 - 20 mA a hotovo. Jenomže dneska - máte skvělé diody s krásným světlem, které berou 300mA minimálně - a taková dioda vám upeče předřadný odpor. Pokud dáte předřadný odpor "jako bejk" tak pálíte zbytečně energii z baterky nemluvě o tom, že by bylo dobré aby nějaká "inteligence" chránila baterky před hlubokým vybitím ( abyste mohli použít vaše drahé NiMh články ) atd.

JInými slovy - doba vysokých pracovních napětí ( o bóže kde jsou zdroje 13,8V ) a malých proudů - je pryč. Dnes je doba opačná - "velkých proudů a malých napětí". Takže přemýšlíte dále - lampička bude mít spínaný měnič a je zásadní otázka jestli bude mít 4 tužkové a STEP-DOWN měnič, nebo 2 ( nebo dokonce 1 ) tužkovou a STEP-UP měnič. Díky napěťovému rozdlu mezí 4 plně nabitými alkalickými baterkami ( 6V) a téměř vybitými NiMh ( 3,2V ) se dostanete do problému s designem STEP-DOWN měniče zejména když máte 3,2 V z téměř vybitých baterek nějak řízeně převést na 3,3 V pro bílé LEDky ( jenom poznámka - to že měnič bude regulovat proud je jasné, ale problém s napětím to ani tak nevyřeší )

Takže je to jasné - bude to na 2 tužkové a bude to STEP-UP měnič. Když se podíváte jak taková věc funguje - je to jasné tranzistor Q1 se otevře a "nabije" magnetické pole tlumivky L1. pak se zavře a zanikající magnetické pole bude mít tendenci udržet proud ve stejném směru, proto jej protlačí diodou D1. V míste Vin je 2,4V v místě Vout je 3,3V a úbytek napětí na diodě je pro obvod čistá ztráta, která při velkých proudech a malých rozdílech napětí mezi vstupem a výstupem, je dosti drtivá - klidně přes 50%. Jediné rozumné řešení je udělat "aktivní usměrňovač" - tedy místo D1 dát druhý mosfet a ten spínat v době, kdy by měla být dioda otevřená, protože úbytky napětí na mosfetech jsou v desítkách milivoltů.

Tím se dostáváme k jádru věci - mohl bych použít nějaký komerční měnič typu MCP1640 ale tím bych přišel o hlídání baterky a navíc stejně v takové lampičce musí být procesor, který bude celé složité chování lampičky řídit. Výsledkem mé úvahy je tedy absurdní představa "spínaného zdroje" kde spínání řídí procesor - a to nejdůležitější tedy spínací časy obou tranzistorů protě vypočítává PID algoritmem, podle naměřeného proudu LED diodou s frekvencí nad 100 Hz aby nebylo vidět blikotání diody při případné lehké nestabilitě výpočtu.

Je to absurdní ? Je to něco jako Baofeng UVR5, které svým DSP procesorem likviduje "poctivé radiostanice" s dvojím směšováním. Když jsem dospěl k této konstrukci - bylo to jasné. Pro usměrňování 220V při 20mA jsou diody skvělé, protože ztráty na nich jsou naprosto nepatrné, ale v dnešní "lithium-iontové" době kdy každý druhý obvod "žere" několik ampérů při 3.3 voltech - diody neomylně směřují na smetiště dějin. Diody jsou mrtvé - ať žijí integrovaným obvodem ( procesorem ) spínané mosfety - ach jo.....

V minulém příspěvku padl dotaz : "Jakou anténu na krátké vlny". Nemám rád když se někdo se srdcem na dlani ptá expertů ( třeba ) : "Jaký koupit foťák ?" A místo odpovědi dostane sprdung jak od počítače ze sovětské sci-fi : "specifikuj co budeš fotit, kdy, kde, proč, nač, zač atd.... " U antén na VKV a vyšší frekvence vycházejí antény malých rozměrů - tudiž jejich konstrukce není zatížena velikými kompromisy a lze prohlásit něco jako "yaginou nic nepokazíš" ( viz střechy domů ) a hotovo.

U krátkých vln vychází fyzikálně dokonalé antény nepostavitelně veliké - proto se dodnes experimentuje s kompromisními anténami - "jestli by to nějak nešlo". Takže ač nerad, musím připustit že otázku "jakou anténu na krátké vlny" - je nutno doplnit minimálně dvěma otázkami : "Kolik máte místa ? " a "Kolik máte peněz ?" ( na anténní farmu ). Tudíž bych otázku krátkovlnné antény nechal na samostudium a vlastní experimentování čtenářů. Osobně vzhledem k mým panelákovým možnostem zatim vystačím s prutem u tranzistoráku. Občas používám CB anténu tzv. "pendrek" nebo "teleskop" nebo "magnetku" ( všechny vlastním ). Ve stísněných prostorech panelákového balkónu bych zkusil vychvalovaný / zatracovaný mini Whip. Případně bych experimentoval s malými smyčkovými anténami. Naopak pokud bych se stal bohatým "majitelem realit" - to by mě teprve přivedlo do rozpaků ! Co vyzkoušet ?? Anténu typu dlouhý drát ? Invertované V ? Windomku ? Vertikál ? Nebo nějaký obrovský zalomený dipól z půdy nemovitosti do rohů zahrady ???

Tudíž nechávám tuto otázku bez jednoznačné odpovědi a pokračuji ( konečně ) k jádru věci a to je poslech krátkovlnného ROZHLASU. Teoreticky jsem mohl na prvním řádku napsat "naučte se rozhlasová pásma" jako když bičem mrská a tím skončit, ale to není způsob jak krátké vlny poslouchám. Jako člověk který vyšel z poslechu radioamatérských pásem se orientuju ne podle konkrétního rozhlasového pásma, ale podle radioamatérských pásem, které leží poblíž.

Jasné zásady poslechu krátkovlnného rozhlasu :

Rozhlasové stanice ( na rozdíl od radioamatérů ) používají jedinou modulaci a to AM a jediný kanálový rastr 5 KHz to znamená že přijímaná frekvence v KHz vždy končí nulou, nebo pětkou a laciné tranzistoráky ( Lídl-tranzistorák ) ani jiné příjmové možnosti nemají.

Ani rozhlasové stanice nemají výjimku z fyzikálních zákonů. Pro šíření krátkovlnného rozhlasu platí tytéž zásady šíření krátkých vln odrazem od ionosféry, které jsme probírali ve 3 dílu. Oběcně je to stále stejné - mezi námi a vysílačem musí být ionosféra dosti ionizovaná, aby se radiové vlny mohly odrazit. Na rozdíl od radioamatérského vysílání rozhlasové vysílání tak trochu počítá s tím, že přijímáte na Lídl-tranzistorák s prutovou anténou, proto mají vysílače výkony ( minimálně ) v desítkách kilowattů a rozhlasové stanice zaměstnávají "frekvenční manažery" - lidi, kteří předem určují ve kterou denní a roční dobu se bude na které frekvenci vysílat, aby signál doletěl do "cílové oblasti" každý "broadcaster" dnes má internetové stránky, kde tento "frekvenční plán" ( anglicky "broadcast schedule" ) zveřejňuje na dlouho dopředu. Přece jenom si zopakujeme dvě nejdůležitější a nejosvědčenější zásady poslechu na krátkých vlnách :

Kromě "frekvenčního rastru" používají rozhlasové stanice i "časový rastr" - pokud například vysílají z pronajatého vysílače mají čas pronajatý tak aby relace začínala i končila v celou hodinu, nebo půl hodiny po celé. Ve "starých zlatých časech" ( před 10 a více lety ) rozhlasová relace dosti často začínala několik minut před celou ( před půl ) vysíláním pilotního tónu a několika-minutovým vysíláním znělky rozhlasové stanice. Dneska už se s takovými "serepetičkami" nikdo nebabrá - relace začne najednou - v půli slova a po vypršení "časového slotu" se zase v půli slova utne. Nerozebíral bych to tak podrobně ale ve zmíněném "třetím díle" jsem dával kontroverzní radu - "nechte automatiku rádia projet krátké vlny". Pokud tak činíte - musíte tak učinit strategicky - to jest těsně po celé, nebo těsně po půl. V připadě "Lídl tranzistoráku" trvá toto skenování asi 6 minut, takže nemá smysl nechat 6 minut ukládat silné stanice do paměti aby vám za pár minut tyto přestaly vysílat na frekvencích, kde je automatika našla žejo !

V následujícím odstavci musím romantiku "poslechu rádia přes celou ZeměKouli" poněkud ( dosti ) rozbít. Jak dostanete audio na druhý konec ZeměKoule dnes v době internetu ? Tušíte správně - pošlete jej jako MP3 stream. Jak dostanete audio do krátkovlnných přijímačů svých posluchačů na druhé straně ZěměKoule ? Pronajmete si vysílací čas na vysílači v blízkosti "cílové oblasti" a audio tam dodáte jako MP3 stream ? Takže - bohužel - naivkové si myslí, že poslouchají vysílače s Asie, protože slyší program z Asie, ale ve skutečnosti poslouchají pronajatý vysílač z Budapešti, nebo z Minsku. Nezanedbatelné množství krátkovlnných relací do Evropy pochází ve skutečnosti ze 3 míst a to je Minsk, Budapešť a Wooferton. Pozná se to snadno - vysílače mají své frekvence pro které mají anténní systém - Minsk kolem 7,1 MHZ, Wooferton 7,2 a 9,4 MHz ( pokud není pronajatý - vysílá BBC World service ) a Budapešť kolem 6,2 MHz. Příznaky že posloucháte MP3, kde jen "posledních 1000 mil" letí éterem jsou 3 :

Mimochodem není marné, když posloucháte krátké vlny pomocí rádia s S-metrem ( měřičem síly signálu ) podle kombinace modulace / frekvence / síla signálu nakonec poznáte každou radiostanici bez ohledu na jazyk, kterým momentálně vysílá. Přitom v éteru dochází k podivuhodnostem, které lze vysvětlit snad jedíně tím, že krátkovlnný rozhlas je téměř vždy státní ( výjimkou jsou náboženské stanice z USA ) a že státní byrokracie nemá tendenci jednat racionálně. Příklad ? China radio International léta vysílala právě z pronajatého vysílače v Minsku, až asi před 3 lety se modulace signálu nápadně změnila, protože si postavili vlastní vysílač v Pekingu - proč - to vědí jenom čínští soudruzi.

Jak identifikovat neznámou stanici ? Osobně používám nevědeckou metodu - zadám frekvenci do Googlu - na Internetu jsou krátkovlnní nadšenci, kteří pravidelně popisují co kde slyšeli, kteří vám nepřímo pomohou neznámou stanici určit. Pokud máte zájem o komplexnější přehled - co se "dá chytit" - osobně používám ( občas ) tyto stránky.

Vykecávat se o "starých zlatých časech" na krátkých vlnách bych mohl ještě dalších 20 dílů, ale už tak jsem přetáhl, takže poslední rada : Radioamatérům se dporoučuje týden před závody pečlivě poslouchat soutěžní pásma a získat tak přehled "co se kde děje". Tato rada není marná ani pro celý krátkovlnný rozhlas - pokud tomu pár dni po sobě věnujete 20 minut - brzy vám budou všichni aktéři vysílaní na krátkých vlnách známí. Přitom je nutné výslovně poznamenat - provozování rozhlasu na krátkých vlnách není laciná záležitost - tudíž motivace k tomuto vysílání ze strany provozovatele musí být silná, tudíž i propaganda, kterou budete slýchat je silná. Některé státy překvapí pozitivně - třeba rumunské vysílání - je překvapivě rozumné a beze stop propagandy. Jiné státy nepřekvapí vůbec - Irán se vychloubá historickým dědictvím, které však nemá s mohamedány nic společného a pak vykládá věci, za které by se nemuselo stydět ani bájné "rádio Jerevan" nebo skutečné bolševické rádio Tirana. Někde uprostřed se pohybují Číňani, kteří vykládají "to svoje" - tedy komunistickou propagandu, ale velice se snaží aby vypadala jen jako prohlášení tiskového mluvčího Ovčáčka.

Tím, se dostáváme k poslední poněkud smutné kapitole - pro diktátorské režimy je krátkovlnné vysíslání s propagandou téměř povinnost, ale i řada demokracií vysílá do zahraničí ( třeba zmíněné Rumunsko ). Proč česko vysílat přestalo - těžko pochopit - patrně by zbylo málo peněz na nějakou "politickou zlodějinu" do stranické kasy.