close
Vážení uživatelé,
16. 8. 2020 budou služby Blog.cz a Galerie.cz ukončeny.
Děkujeme vám za společně strávené roky!
Zjistit více

Vážení uživatelé,
16. 8. 2020 budou služby Blog.cz a Galerie.cz ukončeny.
Děkujeme vám za společně strávené roky!

Vidlákovo Elektro

Vidlákovo elektro 73. Fázové komparátory 1.

20. března 2014 v 5:13 | Petr
Na úvod tradiční varování - porovnávání fáze dvou signálů je - matematicky vzato - operace zahrnující násobení jednoho signálu druhým - což v rámci hesla "všechno tak nějak se vším souvísí" je zase totéž co řízení zesílení, nebo taky mixování o kterých vyšly články už v minulosti. Dokonce pod kterýmsi článkem vypukla disuse co je a co není mixér. Takže opakuju na plnou hubu - můžeme začít od prosté diody - což je nejjednodušší mixér - a skončít u nábojové pumpy z několika klopných obvodů a přitom se celou dobu budememe pohybovat mezi obvody, které jsou vzájemně tak silně příbuzné, že rozdíly mezi nimi jsou sotva postřehnutelné - podobně jako jsem u zesilovačů předváděl v "tranzistorové násobilce"


Takže vo co go ? Když máme PLL alias "smyčku fázového závěsu" alias Phase locked loop. Tak máme "napětím řízený oscilátor" a to "napětí" pro něj vyrábí "fázový komparátor". Takže do fázového komparátoru vstupuje na jedné straně frekvence která je odvozena (třeba dělením) z frekvence napětím řízeného oscilátoru a z druhé strany vstupuje referenční frekvence, která je nejčastěji odvozena od referenčního krystalu. Tyhle dva signály se (provonávají / mixují / násobí) a výsledkem je sginál jehož filltrací dostaneme potřebné DC napětí, které nám řídí oscilátor.

Už teď je zcela jasné, že do fázového komparátoru musí vstupovat signály, které mají předem známou a konstatntní amplitudu (aby výsledek nezávisel na jejích změnách) a taky je vhodné když oba signály mají stále stejný tvar. Z tohoto hlediska je patrně nejjednodušší oba vstupní signály vhodně zesílit a ořezat - na pravoúhlé - a dále s nimi pracovat v některém digitálním hradle. Pokud je součástní PLL CMOS oscilátor pierceova typu a dělička frekvence - jejich výstupy už pravoúhlé jsou takže shémátko někdy vypadá jakože sinusovku pro vysílač vyrábjějí samé digitální obvody, protože samotný oscilátor jako "jeden tranzistor" se v takovém schémátku úplně ztrácí.


Tedy máme dva pravoúhlé signály, které potřebujeme porovnat - staří elektronici říkali - "jako fázový komparátor poslouží jakékoliv hradlo". To mě teda lezlo na nervy - jak mohou primitivismus jako NAND hradlo srovnávat s ušlechtilým "skoro-mixérem" jako je XOR hradlo - tak jsem si dal tu práci a vykreslil jsem si závislost výstupního filtrovaného signálu na rozdílu fáze vstupních signálů pro všechny 3 základní typy hradel AND, OR, a XOR. Světe div se - staří elektronici měli pravdu pokud se podíváte na horní tři křivky - tak AND, OR, i XOR poskytují "némlich ten samý" výstup - jenom "ušlechtilé" hradlo XOR má 2x tak velký rozkmit signálu. Totéž pochopitelně platí i pro NAND a NOR, které mají stejný signál jako AND a OR akorát invertovaný tedy NAND poskytuje stejný výstup jako OR a NOR stejný výstup jako AND.

Jestli jste z toho jelení - tak si to promyslete, ale pro mně z těchto grafů vyplývá, že prosté hradlo jako fázový komparátor není nic pro vidláka. Zásadním průserem je totiž to, že každé výstupní napětí platí pro DVĚ vstupní fázové odchylky. Tedy XOR hradlo poskytuje výstup 2,5V pro fázový rozdíl 90 a 270 stupňů a to znamená, že jako fázový komparátor do PLL to bude fungovat, ale mohou být veliké problémy se "zavěšením" takové smyčky PLL.

Příklad: Představte si že jste na tom jako já - že váš napětím řízený oscilátor potřebuje skoro 5V - takže použijete hradlo XOR a doufáte že smyčka se ustálí někde při fázovém rozdílu kolem 180 stupňů - jenomže co čert nechce - smyčka není dokonale stabilní a občas překmitne i přes 180 st. ale tam už hrado XOR neposkytuje NEGATIVNÍ zpětnou vazbu tlumící výchylky oscilátoru ale POZITIVNÍ zpětnou vazbu, která vám oscilátor zcela rozhodí.

Tedy místo vidláckého "sletuju a jede" tu máme spíše staré dobré "ladění tohoto obvodu zvládnou jenom zkušení radioamatéři" - zcela neakceptovatelné. Takže nám zbývá už jenom použítí klopných obvodů, ale pro délku textu to probereme zase příště.

Dnes už zbývá jenom rada pani Kubáčové novomanželkám - přistihnete li manžela mazlit se s dupačkami pro budoucí mimino - je na čase buď porodit, nebo prchnout za jiným.

Vidlákovo elektro 72. Svítivé diody 3.

13. března 2014 v 5:24 | Petr
V Předminulém díle jste si jistě všimli, že materiálem LED diod je i karbid křemíku (SiC) - to je nejběžnější brusný materiál, proto není divu, že svítivé diody byly objeveny právě na něm. V roce 1907 opřel Henry Joseph Round měděný drátek o krabidový krystalek a krystalek kolem drátku začal při průchodu proudu nepředstavitelně slabě žlutě světélkovat.

Pak stejný fenomén paralelně objevili a taky s ním experimentovali Němci, Francouzi a kdoví kdo ještě . Opravdové LED diody se však začaly vyrábět až v 60 letech. Což byly červené diody z Galium Arsenidu (GaAs) nebo Galimu Arsenid Fosfidu (GaAsP). Až do roku 1990 měly LED diody úlohu barevných kontrolek a každý kdo uvažoval o jejich použití jako světelného zdroje byl považován za blázna.
Taky každý kdo uvažoval o modré LED diodě - byl považován za blázna. Jeden z těchto bláznů se jmenova Shuji Nakamura, který v roce 1979 nastoupil jako mladý inženýr do firmy Nichia Corp. Tam se dopustil na japonské prostředí několika zcela nevídaných věcí
  1. Začal pracovat na modrých diodách z Galium Nitridu
  2. Když vyrobil první diody, které tak-tak svítily - dostal od "kreativních manažerů" rozkaz aby z tohoto materiálu zkusil vyrábět tranzistory.
  3. Tento rozkaz byl kravina na kvadrát, ale v Japonsku se o rozkazech šéfů nediskutuje proto pokračoval ve - smysluplném - vývoji LEDek potajmu.
  4. Přeskočil své šéfy a domluvil se přímo s majitelem firmy na pokračování vývoje modrých LEDek
  5. Vyvinul super-svítivé modré ledky z Indium Galium Nitridu.
  6. Protože neposlouchal kravinismy svých bezprostředních nadřízených - dostal se ve firmě do pozice pátého kola u vozu - a to i přesto že převaha zisku vycházela z jeho výzkumu.
  7. Utekl z Japonska do Ameriky, kde začal učit na univerzitě.
  8. Jelikož krom ústrků a mizerného platu od firmy Nichia nic více nedostal - firmu žaloval a vyhrál podíl na zisku.
Takže je vám jasné, že do byrokratické hierarchie Japonské společnosti se už vrátit nemůže, ale my máme modré LED ( a tím pádem i bílé LED ) a jsme happy.

V souvislosti s výrobou modrých/bílých LED a jejich použití jako svítidel si uvědomíte jednu velice problematickou věc. LEDky dneska slouží jako signální světélka i jako sítidla.
Navíc každá barva LEDky používá jiný polovodič, který má jinu fyziku, jiné technologické podmínky při výrobě a de-facto jiná LEDka = jiná fabrika.
Tím se nám původních 5 druhů LEDek rozdělilo na tisíce druhů, s různou svítivostí a různou barvou a každou - de facto - vyrábí někdo jiný.
Tím pádem sehnat sérii 4 barev LEDek - ve stylu Červená, Žlutá, Zelená, Modrá - tak aby všechny byly ve stejném pouzdře, měly stejný úhel vyzařování a dokonce stejnou svítivost - je prakticky nemožný horor.
Dokonce jsme v tak absurdní situaci, že svět ovládají modré LEDky, které vyrábí každý Číňan, který neorá vodním buvolem rýži. Tudíž Modré LEDky jsou laciné a jsou jich kvanta. Ale zkuste sehnat červenou ale zejména ZELENOU LEDku se stejnými parametry. Patrně seženete, ale budete se divit ceně i dostupnosti.

Tím bych seriál o svých milovaných součástkách považoval za definitivně ukončený, zbývá už jenom tradiční rada paní Kubáčové novomanželkám. Až budete vyhrožovat rozvodem, za peníze "prošopované v GM", uvědomte si, za co byly utraceny ? Nevyráběl náhodou manžel blikátka pro děti v celém příbuzenstvu ? A víte kolik stojí slušná zelená LEDka ? Takže projevte se jako žena charakter - lodičky a kabelka v růžové barvě - budou až po příští výplatě !

Vidlákovo elektro 71. Svítivé diody 2.

6. března 2014 v 5:45 | Petr
Pokud považujete dva mé nejoblíbenější výroky tj: "ďábel se skrývá v detailech" a "všechno tak nějak se vším souvisí" za projevy postupné dekompenzace mých psychiatrických chorob - klikněte prosím okamžitě na tlačítko "zpět" protože pokračování "svítivých diod" o ničem jiném nebude.

Takže na jedné straně máme extrém - Schottkyho diodu, která má úbytek v propustném směru 0,2V a na druhé straně tady máme ultrafialovou LEDku, která má úbytek v propustném směru 4V - vyplývá z toho ještě něco ?
Čistě logicky - energetický rozdíl energie elektronů v P a N polovidiči bude u Schottkyho diody extrémně nízký zatímco u UV LEDky bude tentýž rozdíl extrémně vysoký. Prostou analogií s ventilem - pružina zpětného ventilu bude v jednom případě velice slabá a v druhém případě velice silná. ERGO - parazitní proud v závěrném směru bude u jedné z diod (hádejte u které) extrémně velký a u druhé bude zanedbatelně malý - nejmenší možný. Jasné ? Proto taky jsem u analogových obvodů typu Sample And Hold - tedy u "analogové paměti" napětí - dopručoval používat LEDky místo obyčejných diod, protože ano - jejich "zpětný proud" je nejmenší jaký fyzika tohoto vesmíru dovolí.

Příklad 2. Opět jsem to psal mnohokrát a píšu to opět - každý polovodič který má pouzdro, do kterého svítí světlo je na světlo citlivý. ERGO LED která má dokonce optiku která nám na čip zaměřuje světlo z venku- funguje zároveň jako fotodioda. A teď si představte že máme IR lLEDKu s úbytkem v propustném směru 1V a vedle ní UV LEDku která má úbytek 4V. obě jsou zapojeny jako fotodiody - to jest polarizovány v záporném směru. Která potřebuje více energie dodat elektronům, aby přeskočily zpět "proti směru" proudu ? Ano - opět máte pravdu IR LEDka je mnohem lepši fotoidoda než UV Ledka - ač jsem to nikdy neměřil - dovolil bych si spekulovat. Pokud LEDka vyzařuje na 940 nm (infračervená) - jako fotodioda bude reagovat na všechny vlnové délky od jejího vyzařovacího maxima směrem ke kratším vlnovým délkám. Tudíž IR LEDky reagují na "celé spektrum a ještě kus" zatímco modré a UV LEDky jsou citlivé jenom na "krátkovlnný konec".


Příklad 3. Když použijeme LEDku jako LEDku - tj. necháme ji svítit - jaké jsou vlastnosti jejího světla ? Jelikož energetický přechod mezi dvěma hladinami má u dané LEDky téměř konstantní energii - Každá LEDka svítí prakticky jen na jedné vlnové délce - světlo je téměř monochromatické - se ctyřmi výjimkami

A. Bílé LEDky - jsou něco jako zářivky - to jest UV zářič s luminoforem a svítí polychromatickým světlem.
B. Některé LEDky na krátkovlnné straně spektra 405 nebo 470 nm vyzařují ještě na "druhé harmonické" tj. v pásmu 800 - 940 nm - což je v IR oblasti, proto to výrobci nijak neřeší, ale čidlům vašich robotů to může vadit.
C. Naopak některé IR ledky svítí na hlavní vlnové délce 880 a mimo to ještě na "druhé harmonické" 440 nm. Viditělně modře svítící IR ledka by asi dělala zákazníkům "psychologické potíže" proto ne IR fotodiody, ale paradoxněIR LEDky mají často tmavý IR filtr.
D. Některé LEDky pro dalekou IR oblast 1064 nm - svítí na své "vyšší harmonické" na frekvenci 532 nm více než na fundamentální frekvenci - což je princip zeleného laserového ukazovátka.

Poslední praktická poznámka : my nevidíme světlo IR ledek, ale ubohá WEBkamera z Alberta za 199, nebo nejlacinější mobil s foťákem - jej vidí skvěle - proto vždy při ladění stávkujícíh čidel s IR ledami radím - koukněte mobilem do LEDky.

Rád bych pokračoval dále, ale pojednání, které chci rozvinout je na poslední odstavec poněkud dlouhé, takže mohu jenom navnadít na příští díl, který bude o pohnuté historii LEDek a o jejich pohnuté současnosti.

Pro dnešek už si dáme jenom radu paní Kubáčové novomanželkám: Pokud váš manžel miluje LED diody - nepřipusťe, aby s nimi spal v posteli - místo toho využijte jeho úchylku kreativně a rozkažte, aby vyrobil nějaké "blinkenlichten pro dětičky".

Poznámka při druhém čtení - použití IR ledek jako fotodiod zavání radě "šílence šílencům", ale není tomu tak - IR ledky fungují jako fotodiody výborně - menší ciltivost padá plně na vrub menšímu čipu a na rozdíl od "opravdových fotodiod" mají výhodu v tom, že vždy mají optiku (úhel citlivosti při příjmu odpovídá úhlu vyzařování), často mají vestavěný IR filtr a díky IR ovladačům pro televize jsou i lépe dostupné a mnohem lacinější. Krom toho je tu i možnost, že vytáhnete z krabice dvě stejné IR LEDky - jednu připájíte v propustném směru jako "vysílač" a druhou, stejnou ale v závěrném směru, jako "příjímač".

Vidlákovo elektro 70. Svítivé diody 1.

27. února 2014 v 2:04 | Petr
Jelikož máme jubilejní 70. díl vidláků je na čase zabývat se taky nějakým slavnostním tématem.
My všichni, kteří jsme se pokoušeli bastlit za bolševika máme nepochybně mimořádný vztah k LED diodám. Představte si situaci, že v obchodech není nic - jako neochmýřený puboš chodíte každý týden do Tesly a ptáte se pořád na to samé : Máte "KáCé 508" ? Máte "eLQvé 100" ? A stále se dovídáte to samé - Nemáme přijďtě "po zboží". A kdy budete "mít zboží" ? Za půl roku !

Tak jsem na kole šlapal kopec z Místku na Frýdecké náměstí pořád znovu a znovu a pořád nic. V "den zboží" jsem zjistil, že není taky nic, protože všechno už bylo předem "zadáno" a za patřičný úplatek "z pod pultu" dávno rozprodáno. Kdyby soudruzi věděli, že tohle je větší lekce politické výchovy, než diplom ze Soutěže "o zemi kde zítra znamená již včera" - asi by na tu elektronickou výrobu více přitlačili. Takhle se prostě velmi velmi občas (v mém životě asi jenom jednou) stalo, že systém zaskřípal a LED diody LQ100 - sotva svítící červené "ďubky" v pozlaceném poudře opravdu byly. Tak jsem jich koupil 5 - více mi nechtěli prodat - a měl jsem z toho nepřetržitý orgasmus v délce několika měsíců.


Tudíž jste jistě pochopili, že svítivé diody jsou moje veliká láska, což se na první pohled pozná, tím, že absolutně každá elektronika, kterou jsem dopodud vyrobil má nějaké ty esteticky blikotající "blinkenlichten". Navíc LED Dioda je skoro jediná věc na světe, kde může běžný vidlák vstoupit do kontaktu s kvantovou fyzikou.


Princip je totiž v tom:
V pradávných dobách fotografie se zjistilo, že největší citlivost mají filmy s emulzí uvařenou ze želatiny z kravských kopyt krav z jednoho konkrétního údolí ve Švýcarsku. Skoro 100 let byla tahle věc velikou záhadou až se zjistilo že půda v tomto údolí ma neobvykle vysoký obsah prvku India - které "znečišťuje" želatinu a způsobuje že krystaly chloridu stříbrného ve filmové emulzi stávají se nestabilními a tím mnohem citlivéjšími na světlo, nez když je želatina z kopyt nějaké obyč. kráv y z Horní Dolní.

Přesně tak je to i s polovodiči - křemík má 4 "valenční elektrony" které nabízí k tomu aby byl "polovodivý" - my můžeme křemík nenápadně znečistit třeba hliníkem, který má jenom 3 valenční elektrony a tím v krystalové mřížce zbydou "díry", které se chovají jako částice s pozitivním nábojem a výsledkem je polovodiř "typu P" - jako Pozitivní vodivost. Nebo můžeme křemík znečistit třeba fosforem, který má 5 valenčních elktronů, tím nám v krystalvoé mřížce bude jeden elektron přebývat a vznikne polovodič "typu N" jako Negativní vodivost.

Když dva kousky P a N polovodiče přitiskneme k sobě vznikne dioda - součástka která teče li proud od N k P tak elektrony i díry jsou drženy u "své elektrody" a vlastně nic neteče. Teprve když teče proud od P k N elektrony i "díry" jsou přitahovány k protější elektrodě a proud teče.
Potud fyzika pro průmyslovky. Pokud se na diodu podíváme porobněji jedna věc je jasná - aby dočlo k přenosu proudu od P k N (dož znamená přenos elektronů od N k P) musí na rozhraní P-N "elektron skočit do díry". Aby to skutečně udělal - musí to pro něj být "energeticky výhodné". Tudíž Elektron v N polovodiči musí mít vyšší potenciální energii než elektron "v díře" v P polovodiči.
Ani to si není těžké představit - V N polovodiči je elektronů přebytek - a vzájemně se odpuzují a vytlačují z orbitalů kolem atomů. V N polovodiči je elektronů nedostatek - elektron "spadne do díry" a více se ani nehne. Jasné. V praxi se to projevuje tak, že energetický rozdíl mezi elektronem v N a P polovodiči nám sežere část napětí - což je onen notoricky známý 0,7V "úbytek na diodě".

OK - kam zmizí ta energie o kterou elekton přijde - projeví se jako vibrace ostatních elektronů a potažmo atomů v mřižce - tedy jako teplo. Takže v rámci mého oblíbeného bludu. že "všechno souvisí se vším" můžeme říci, že i obyč usměrňovací dioda je svítivá, akorát svítí někde v daleké IR oblasti na vlnové délce 10um ;-))).

Pak máme diody nikoliv křemíkové, ale z "divných polovodičů" jako je Galium Arzenid, Galium Fosfid, Galimum-Indium-Fosfid. To jsou diody, u kterých energetický spád je tak velký, že ztráta energie formou tepla není možná - a pokles energie elektronu se vyzáří jako světelné kvantum -alias foton.

Barvavlnová délka (nm)Napětí (V)Látka
Infračervenáλ > 760ΔV < 1.9GaAs
AlGaAs
Rudá610 < λ < 7601.63 < ΔV < 2.03AlGaAs
GaAsP
AlGaInP
GaP
Oranžová590 < λ < 6102.03 < ΔV < 2.10GaAsP
AlGaInP
GaP
Žlutá570 < λ < 5902.10 < ΔV < 2.18GaAsP
AlGaInP
GaP
Zelená500 < λ < 5701.9[2] < ΔV < 4.0InGaN/GaN
GaP
AlGaInP
AlGaP
Modrá450 < λ < 5002.48 < ΔV < 3.7ZnSe
InGaN
SiC
Si
Fialová400 < λ < 4502.76 < ΔV < 4.0InGaN
Červená/modrá + fialový luminofor
Ultrafialováλ < 4003.1 < ΔV < 4.4Diamant (Vlnová délka: 235 nm)[3]
Nitrid boru (Vlnová délka: 215 nm)[4][5]
AlN (Vlnová délka: 210 nm) [6]
AlGaN
AlGaInN - (Vlnová délka: pod 210 nm)[7]
BíláCelé spektrumΔV = 3.5Modrá/ultrafialová + žlutý luminofor

Už jem líný a sprostý jako hrom tak tady je tabulka - kompletně ukradená z WIkipedie. Nicméně povšimněte si jak dokonale nám ta kvantová fyzika funguje - čím je vlnová délka světla kratší tím je energie fotonu vycházejícího z LED diody větší a tím je i spád napětí na diodě v propustném směru Větší. Jasné ?

Nějak se mi ten stručný článeček natáhl - takže pro dnešek končíme, pokračování příště a zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám: jestli chcete porodit ještě před vánoci - právě v těchto dnech máte poslední šanci otěhotnět, abyste to stihla.

Vidlákovo elektro 69. Invertované signály

6. února 2014 v 5:25 | Petr
Už jsem se zmínil, že existuje něco jako "svůdnost diferenciálního zapojení", která funguje na tom principu, že dva mizerné obvody zpracovávající signál s opačnou fází jsou odolnější proti rušení a často dávají lepší výsledek než složítější "single ended" obvod. A taky jsem svůdnosti diferenciálního zapojení zcela podlehl, takže při ranním kadění na míse jsem dokonce vymyslel diferenciální blikátko, které bliká LEDkami diferenciálním způsobem, jenom proto, aby za cenu dvojnásobné spotřeby proudu, produkovalo menší rušení.

Tím se dostáváme k problému - pokud chceme používat diferenciální obvody musíme jako když bičem mrská ovládat dvě věci
1. Ze Single ended signálu generovat diferenciální signály s opačnou fází.
2. Z diferenciálních signálů generovat single ended.
Bod 2. Jsme nakousli u homemade operačních zesilovačů, a pokud budu mít náladu budeme se jím zabývat podrobně. Dnes tedy zbývá bod 1, který si rozdělíme ještě na generování invertovaného analogového a digitálního signálu.


Takže nejjednodušší způsob jak se dopracovat k invertovanému analogovému signálu je toto zapojení. Pokud jsou odpory R2 a R3 zcela stejné - protéká jimi téměř stejný proud (až na proud báze, který protéká přes R3 navíc) a signály na výstupech jsou stejné - jen vzájemně otočené.
Aby to nebylo tak ideální tak tady jsou nevýhody obvodu:
  • Oba výstupy se dělí o společné napětí zdroje, což omezuje jejich napěťový rozkmit. Z tohoto hlediska je výhodné, když každý výstup má "svoji polovinu" napětí proto je třeba dělič R1/R4 spočítat tak, aby na bázi tranzistoruu bylo VCC/4 + 0,7 V.
  • Daleko závažnější je druhý problémek - výstupní odpory nejsou stejné protože pro neinvertující výstup je obvod emitorový sledovač s odporem kolem 40 ohm, zatímco pro invertující obvod je výtupní odpor roven R2.
  • Navíc pokud vám nějaký parazitní signál proniká do neinvertujícího vstupu - objeví se tento ZESÍLENÝ - i na invertovaném výstupu - protože obvod funguje i jako zesilovač se společnou bází.
  • Stejnosměrné úrovně signálů nejsou stejné, proto i kvůli předchozímu bodu je vhodné zařadit za tento "obraceč signálu" ještě dva emitorové sledovače, které spraví stejnosměrnou úroveň (přes kondenzátor) a budou sloužit jako zátěž s vysokým vstupním odporem.

Některými z těchto nevýhod není obdařen diferenciální invertor. V tom mají oba výstupy zcela stejné vlastnosti, pokud použijeme v obou větvích stejné součástky, včetně kondenzátorů. Jenom si dovolím upozornit, že Q2 je vlastně tranzistor zapojený se společnou bází.
Napěťový úbytek na R3 značně snižuje možný napěťový rozkmit invertoru - pokud to vadí není probém místo R3 zapojit proudový zdroj na principu proudového zrcadla.



Tím jsme probrali dva nejednodušší způsoby generování analogových invertovaných signálů, zbývá nám otázka digitálních invertovaných signálů, která se zdá dětsky jednoduchá - k čemu máme invertor jako součástku ? Zapojení se zdá tak primitivní, že schéma není snad ani třeba kreslit. Potíž je v tom, že my takto generujeme signál, který má zpoždění rovné zpoždění hradla - což je několik až několik desítek nanosekund. Vadí to ? Jak kde - pokud se jedná o blikání LED diodam 2x za vteřinu nepochybně ne, pokud ale potřebujete hodiny pro mixér na radiové frekvenci, nebo uvažujete o "diferenciálním blikači" - jak jsem jej popsal dříve - tam je zpoždění 10nS tak závažné, že úplně ruší smysl celého obvodu.


Takže pro generování zcela přesně invertovaných hodin používám toto zapojení dze dvou XOR hradel. Je mi jasné, že detailisti mě napadnou, že ani to není úplně přesné, protože hradlo má nepatrně jinou rychlost když přechízí z HIGH na LOW než když jede z LOW an HIGH, ale nic lepšího jsem zatím nevymyslel. Naštěstí se takovému zapojení lze někdy vyhnout, protože řada klopných obvodů má výstup jak přímého tak invertovaného signálu, ovšem se stejnou námitkou že ani tam nejsou hrany signálů absolutně současně.

Tím jsme dnešní dávku informací vyčerpali - zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - až se budete snažit podřidit manželovu finanční situaci své kontrole nezapoměňte na "pravidlo spodního prádla" Čím je na kalhotkách méně látky - tím jsou dražší - s elektronickými součástkami je to přesně stejně - tak nepodlehněte výmluvě svého manžela popisujícího mikroskopické "ďubky v pytlíku" ve stylu - "to nic - to jsou jenom kondenzátory".

Vidlákovo elektro 68. LC oscilátory 2.

23. ledna 2014 v 5:15 | Petr
Kromě schopnosti oscilátorů kmitat je nezbytnou druhou vlastností oscilátoru nechat se přeladit (doladit) na žádoucí frekvenci. Pro frekvenci LC oscilátorů platí notoricky známý Thompsonův vzorec.
Tedy je jasné, že musíme ladit buď změnou kapacity nebo indukčnosti. Pro oba parametry existují mehanicky laditelné kondenzátory a cívky. U cívek se do cívky zašroubovává buď ocel nebo ferit (pro zvýšení indukčnosti) případně měď, mosaz, hliník (pro sníženhí idnukčnosti). Mechanicky laditelný kondenzátor tzv "otočný" kondenzátor jste jistě viděli.
Mezi jedny desky se zasouvají jiné desky a překrývajcíí se plocha určuje kapacitu. Jenomže dneska je "doba tlačítková" takže chceme na displeji mobilu naklikat, které rádio má hrát, takže mechanické ladění je na nic. Nejsem si jist jestli neexistuje nějaká exotická konstrukce elektricky laditelné cívky (poučte mě v diskusi) ale jsem si 100% jist, že existují varikapy - což jsou diody, které se chovají jako kondenzátory.

Dovolím si drobné vysvětlení. Didoda má dva druhy polovodiče - s převahou elektronů - N a s převahou "děr" pro elektrony - P - pokud proud teče od P k N tak se elektrony i díry přitahují k protější elektrodě a dioda je vodivá. Pokud pustíte proud od N k P - elektrony i díry se drží své elektrody a dioda je nevodivá. Mezi oblastí P a N vzniká izolační vrstva, která je tím tlustší čím je napětí na diodě větší. To je to samé jako byste od sebe oddalovali a přibližovali desky kondenzátoru - což vede ke změně kapacity diody. U většiny diod je "parazitní" kapacita nežádoucí - u varikapů ji naopak velice chceme.


Drobným problémem varikapů je, že od doby co vykopli Husáka z Hradu - prostě varikapy nejsou (nebyly moc ani předtím). Proto my vidláci používáme jako varikapy kde co. Víceméně cokoliv, co má P-N přechod - už jsem zkoušel obyčejné diody jako 1N4007, Schottky diody jako 1N5408 nebo BAT42, LED diody, moji milovanou fotodiodu BPW34, Tranzistory - prostě všechno. Abyste měli orientační přehled tak jsem doma vysypal krabičku s "bordelem" a co tam bylo jsem přeměřil z hlediska kapacity. (všechny kapacity jsou v pikoFaradech).
Jenom takové poznámky KA261 je komunistický ekvivalent 1N4148. Varikap - to je opravdový varikap - neznámého druhu, který jsem kdysi na jakési burze koupil, ale nepoužil, neb nestavím ze součástek, které nejsou běžné k mání.
Kapacity jsem měřil pri 1 a 5 voltech ladícího napětí - varikapy můžete polarizovat i větším napětím, (opravdové varikapy až do 30 voltů) - ale jednak s rostoucím napětím kapacita už tolik neklesá a navíc kde byste takové napětí v robotech vzali. ( některá rádia měla pro vysoké napětí na varikapech nábojové pumpy).

Jak vidíte je žádoucí aby poměr kapacit byl co největší - a některé tranzistory zapojené jako varikapy se opravdovému varikapu docela vyrovnají. Poslední sloupeček - přeladitelnost - je teoretické maximum ladícího rozsahu, které vám daný varikap umožní - jelikož v Thompsonově vzorci je odmocnina - tak je to vlastně odmocnina z poměru největší a nejmenší kapacity.
Myslím, že když vidíte specifikaci takových rádií pro radioamatéry co naladí 100 kHz - 30 MHz - což je poměr 1: 300 a když vidíte ty ubohé poměry pro ladění varikapem - ztěží 1: 1,5 - tak je vám jednak jasné, že radioamatérské příjímače měly většinou celou sadu oscilátorů a navíc asi není složité pochopit, proč LC oscilátory jsou "z módy" a nahrazují je jiné obvody.


Abych se i přesto s LC oscilátory vyrovnal se ctí - zde je Clapp dle Kubáče - tedy LC oscilátor, který se mi za dobu mé praxe osvědčil nejvíce.
Zase poznámky - ladí se dvěma PNP tranzistory BC327 - to jsou ty co mají stejnou přeladitelnost jako varikap. jsou dva a připojené "předkem k zadku" proto aby se vždy přechod Báze-Emitor spojil paraleleně s přechodem Báze-Kolektor a potlačily se jejich rozdílné vlastnosti. Odpor R7 stejnosměrně "uzemňuje" varikapy - protože proud reverzně polarizovanými tranzistory je skoro 0 je odpor 10K z hlediska varikapu "zkrat na zem" ale z hlediska cívky je to (skoro) nekonečný odpor, který příliš neodsává energii.
Povšimněte si že kondenzátory C1, C2 a C3 jsou opravdu obrovské. a až budete počítat potřebnou kapacitu ladícího kondenzátoru Thompsonovým vzorcem - vemte v úvahu že k ladícímu kondenzátoru je do série zapojena "mrtvá kapacita" asi 95 pF - což je sériová kombinace C1+2+3 - ve které samozřejmě největší úlohu hraje nejmenší C1.

takže příklad - máme ladící kapacitu varikapu 10 pF což znamená reálnou kapacitu
(10 * 95) / (10 + 95) = 9,04 pF
Jasné - pochopili proč je dobré v Clappu mít kapacity kolem tranzistoru co největší ? A navíc povšimněte si že sériově zapojená mrtvá kapacita změní ladící kapacitu jenom o pár procent, zatímco i ten nejlépe udělaný Colpitts má mrtvou kapacitu kolem 10pF kerá jakožto paralelní se připočítává k ladící kapacitě a mění ji - klidně i dvojnásobně. Pokud budete potřebovat taky něco připočítat k ladící kapacitě - není problém připojit paralelně k R7 další kond.
Za oscilátorem následuje vazební kond C4, který je velice malý aby nepřetěžoval oscilátor - a pak je oddělovací stupeň s emitorovým sledovačem. Tak jak je obvod nakreslen - kmitá kolem 15MHz - při napětí TUNE 5V.

Opět jsem já i téma zcela vyčerpán - proto zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - po svatbě je čas myslet na nové děti s novým manželem. Pokud tak činíte - dělejte to prosím doma v posteli, na židli, nebo v křesle. Myslet na tyto věci při chůzi v kozačkách na jehlovém podpatku - ze schodů - může znamenat, že si rozbijete .........

Poznámka při druhém čtení : Používat LEDky nebo fotodiody jako varikapy je lákavé - klidně to udělejte, ale budete je muset držet ve tmě (v krabičce, nebo zapatlané černou barvou) - protože jako obvykle u polovodičů s průhledným pouzdem mění se parametry s osvětlením (bacha třeba i na diody ve skle jako je 1N4148).

Vidlákovo elektro 67. LC oscilátory 1.

16. ledna 2014 v 5:21 | Petr
Předem mého blogu musím poznamenat, že oscilátory jsem probíral už zde - díl : 1 - 2 - 3 - 4. Nyní však nastalčas probrat LC oscilátory - tedy oscilátory s cívkou. Jelikož můj názor je , že největším pokrokem moderní elektroniky je likvidace jakýchkoliv cívek ze zpracování signálu stejně nakonec dojdeme k názoru, že LC oscilátory jsou úplně k ničemu. Pokud ale nějakou věc nepoužívám je třeba detailně vědět proč a v rámci "poznej svého nepřítele" je dobré i o obvodech "k ničemu" vědět, protože "výjimka potvrzuje pravidlo" a někdy mohou takové obvody být k něčemu.

Pokud jste viděli jakýkoliv (alespoň částečně realistický) film o Titaniku - jistě vás zaujme že radisti od firmy Marconi vysílali SOS "jiskrovou telegrafií" s Wagnerovým kladívkem - což je totéž jako byly staré zvonky. Paličkou se přerušoval proud v primárním vinutí, tím se v sekundárním vinutí naindukovalo obrovské napětí a délka jiskry v jiskřišti spolu s rozměry antény určovala frekvenci. Tedy signál takto generovaný byl z hlediska frekvence "od Šumavy k Tatrám" - a taky si můžete být jisti, že telegrafisti, kterých bylo po celém světě jen pár se slyšeli skoro všichni navzájem.

V roce 1906 Lee de Forest vynalezl elektronku. Je paradoxní že fyzikální princip vlastního vynálezu až do smrti nepochopil - tak je jeho autorství trochu pochybné, ale to není problém. Vtip je v tom, že výrobci rádií zajásali, protože konečně byl k dispozici prvek použitelný jako zesilovač. Doté doby byly všechna rádia de facto krystalky, které navíc místo diod používaly k detekci nepochopitelnou obludnost jménem koherer. Takže ihned po vynálezju elektronek nastala honba za zesílením VF signálu, která brzy skončila tím, že vysoce zesilující zesilovače se rozkmitaly. Vtip byl v tom, že některé zesilovače kmitaly a jiné nekmitaly - a dokonce kolovala hořká poučka - "chceš - li oscilátor stavěj zesilovač". proč tomu tak je nebylo příliš známo až to v roce 1921 rozetnul Heinrich Georg Barkhausen.

Musím přiznat, že kromě Barkhauzenovy teorie stability zesilovačů existuje i Nyquistova teorie a ještě Rough-Hurwitzova teorie. Jako vidlák matematiku neovládající uvíznul jsem v roce 1921 a Barkhausenova teorie mi zatím stačila. Vtip je v tom, že pokud u nějakého obvodu (zesilovače) existuje bod, kde fázový posun proti vstupu dosahuje 360 stupňů a zesílení v tomto bodě je větší nebo rovno 1 - zesilovač se rozkmitá na této frekvenci. Dokonce se dá říci, že pokud je zesílení přesně 1 obvod produkuje sinusovku (harmonický oscilátor) pokud je (významně) větší obvod produkuje více nebo méně lichoběžníkový až obdélníkový signál.

Jenom taková odbočka Schmidtův klopný obvod má hysterezi - což matematicky vzato je ekvivalent nekonečného zesílení, proto pokud u něho spojíte vstup s výstupem aby vzniklo alespoň nějaké fázové zpoždění bude kmitat VŽDY a vždy to bude OBDÉLNÍKOVÝ signál.


Takže od roku 1921 máme teorii, která rozetla do té doby jednotnou skupinu elektrických obvodů na zesilovače a oscilátory. Na pomezí této skupiny byly zesilovače s pozitivní zpetnovu vazbou - kdy jedna cívka chytala užitečný signál jako anténa a druhá cívka vracela malou část signálu do první cívky - čímž se obrovsky zvedlo zesílení ( a selektivita obvodu) od takových obvodů je jenom krok k jednomu z nejstarších LC oscilátorů - Hatleyově oscilátoru, který vidíte na obrázku. Doufám že je vám to principiálně jasné - JFET tranzistor pumpuje proud do dolní části vinutí cívky a tím celá cívka funguje jako autotransformátor takže na horní části cívky se nakmitá o něco větší napětí, které nám žene GATE - BÁZI - MŘÍŽKU zesilujícího prvku. Cívka s kondenzátorem tvoří paralelní LC obvod, který má na frekvencí rezonance největší odpor protí zemi a na této frekvenci taky oscilátor kmitá.
Samozřejmě, že v rámci fóbie z cívek - motat dneska cívku - dokonce s odbočkou - je něco nepředstavitelného, proto o tři roky později byl vynalezen Colpittsův oscilátor, který je naprosto stejný, akorát místo cívky s odbočkou má "kondenzátor s odbočkou" - a protože kondenzátor s odbočkou vlastně neexistuje - má vlastně kondenzátory dva. Sám nerozumím tomu jak to funguje - ale prý je to zcela stejné jako u cívkové verze - tedy tranzistor "pumpuje" proud do dolního kondenzátoru a tím se na horním kondenzátoru "nakmitá" napětí - jak je to možné, když mezi kondenzátory není vazba elektromagnetickou indukcí - ví snad jedině pan inženýr Colpitts. Nícméně jsem tento oscilátor opakovaně stavěl a opravdu kmitá - jak má.
Colpitts je již postavitelný, z jistého důvodu ale není můj oblíbený. Tím je Clappův oscilátor, který je podle schématu Colpittsu velice podobný, ale ve skutečnosti se svými vlastnostmi od něj liší jako den od noci. Kdykoliv čtu knihu o elektronice tak podle toho jak autor vnímá rozdíl mezi těmito dvěma oscilátory poznám jestli je někdy stavěl nebo ne.
Varováním nám budiž tento studijní materiál ČVUT, odkud je obrázek, na kterém autor nepochopil, že oba oscilátory jsou Colpitts jenom ten vlevo by nikdy nefungoval, protože cívka stejnosměrně zkratuje bázi tranzistoru. Tedy CLAPP je oscilátor kde kondenzátor je MEZI CÍVKOU A ZEMÍ ne na horním konci cívky. Jistě vám právě z mého detailismu dochází trpělivost. Tedy princip je v tom, že Colpitts je řízen PARALELNÍM LC obvodem zatímco CLAPP je řízen SÉRIOVÝM LC obvodem. To stále nevypadá jako zásadní rozdíl, ale je. U Colpittse jsou kondenzátory C1, C2, C3 paralelně s cívkou a tudíž vytvářejí "mrtvou kapacitu" která nám akorát ztězuje ladění. Mrtvou kapacitu vytvářejí i všechny parazitní kapacity na plošném spoji atd. Tudíž máme snahu aby C1, C2 i C3 byly co nejmenší jenom aby oscilátor tak tak kmital.

U Clappova oscilátoru o frekvenci jednozačně rozhoduje kombinace C0, L. Ostatní kapacity, včetně parazitních jsou "v sérii" s LC obvodem - tudíž máme zcela opačnou motivaci - snažíme se aby C1, C2 i C3 byly co největší - jenom aby oscilátor tak tak kmital. Tím se nám s velikými sériovými kapacitami malé parazitní kapacity úplně ztratí. Díky tomu můžeme využít i varikapy (porobereme později) s nepatrnou kapacitou a můžeme konstruovat LC oscilátory vysoce stabilní - to jest typu "obrovská indukčnost a malinkatá kapacita".

Formálně vzato jako základní se považují ještě Armstrongův oscilátor s VF transformátorem a Vačkářův oscilátor - ten je zapojením i vlastnostmi podobný Clappu akorát nevyužívá jako zesilující prvek emitorový sledovač, ale klasický zesilovač se společným emitorem - na tomto blogu též známý jako "nejubožejší".

Pro dnešek jsme opět vyčerpali téma i mně proto zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - až bude manžel namítat, že jste se po svatbě přestala "dobře oblíkat" - nepouštějte se do argumentace jestli je to pravda, nebo ne, chytrá žena místo toho lakonicky prohlásí "kup mi, co chceš abych nosila" - jemom by tahle dohoda měla mít nějakou pojistku, aby vás pak na ulici nesbalili policajti za "ohrožování mravnosti".

Vidlákovo elektro 66. VCO

9. ledna 2014 v 5:15 | Petr
Udělám svoji obvyklou chybu - tentokrát patrně záměrně a to že skočím doprostřed věcí místo abych začal nějak systematicky. Patrně budu nucen postavit DPLL - tedy digitální smyčku fázového závěsu. Což je obvod, který na základě frekvence referenčního oscilátoru produkuje frekvenci, která je násobkem, nebo podílem této reference.

Taková věc má jako základ VCO což je voltage controlled oscillator - oscilátor řízený napětím, pak většinou je nějaká dělička frekvence, fázový komparátor a dolní propust, která produkuje napětí řídící VCO. Analogové smyčky fázového závěsu - většinou pracují s jednoduchými LC oscilátory. Kdybych zavzpomínal na svoji radiovou minulost mohl bych jmenovat Colpitts, Hartley, Clapp, Vačkář - byla to kdysi velká věda, protože oscilátor byl základem kvality rádia.

Mně ale čeká Digitální fátový závěs - tedy pravoúhlý signál jde dovnitř a pravoúhlý signál jde ven - takže používat k tomuto účelu oscilátory s cívkou ??? Proto jsem se zanořil do literatury a jako obvykle jsem narazil na tuny balastu. Postavit z toho "co dalo GM" RC oscilátor který zvládne frekvence nad 40 MHz - a nebude obsahovat příliš mnoho "černé magie" ? Přitom je jasné že něco takového je běžné, protože Internet je plný článků typu "puboš přetaktoval AMD na 8GHz". Takže je jasné, že přímo uvnitř procesorů je VCO které umožňuje frekvence - od obvyklých, nebo energeticky úsporných 1 GHz až po rekordních 8 GHz. Přitom to určitě nebude LC oscilátor, protože dělat na chipu procesoru cívku (lze provést) a tím si do procesoru vestavět anténu chytající "elektromagrentické peklo" uvnitř moderních procesorů - to by udělal jedině blázen.
Nakonec jsem objevil tento článek, který mě nasměroval na "current depleted ring oscillators". Tedy věřte nevěřte v procesorech kmitají takové řetězce (kruhy) z lichého počtu hradel s tím, že jim dvěma dalšími tranzistory škrtíme proud (jedním ze zdroje a druhým do země) tak můžeme ladit frekvenci tohoto obvodu až o řád. !!! Kam se vidláci hrabou na stavitele procesorů !!
Přece jenom - kruh z inverotrů - to zavání ještě přiliš velkou černou magií - hlavně teda hrozí, že vezmete hradla od jiné firmy a ony budou kmitat na úplně jiné frekvenci což smyčka PLL nestačí dorovnat. Proto jsem zkusil totéž ale s mým oblíbeným oscilátorem ze 74HC14 - tam přece jenom frekvence záleží především na hodnotě odporu a kondenzátoru. A vstkutku - funguje to jako báseň.
Při 5V kmital pokusný obvod na 35 MHz.
A tentýž obvod jenom změnou napájecího napětí klesl při 1.6V s frekvencí na 7.4 MHz. To je pro mé potřeby více než slušné a jenom přestavěním obvodu na DPS se zbavím parazitní kapacity kontaktního pole a frekvence bude na mnou požadovaných 43MHz. Samozřejmě je otázka proč se s tak elementárním obvodem nesetkáme na prvních stranách učebnice pro průmyslovky ?
Patrně je to proto, že ovlivňovat jakýkoliv obvod změnou napájecího napětí je považováno za '"nečestné a nesportovní" potom - študáci by se asi bouřili učit se vzoreček pro frekvenci tohoto oscilátoru, který je f=1/(R*C), kdyby věděli, že to vlastně není pravda. A potom jsou tu dva opravdové problémy - pro vytvoření jednoho VCO "vyplýtváte" celý integrák s 6 invertory. A poslední problém - s měnícím se napájením se mění i amplituda a střední hodnota generovaného signálu - potřebujete tedy navíc ještě nejméně 2 další hradla - 1 na obnovu stejnosměrné úrovně a amplitudy a druhé jako buffer.

Než skončíme - pokusím se fantazírovat jak to vlastně funguje - u "current depleted ring oscillator" je mi to relativně jasné - tam s omezením proudu do invertorů ovlivňujete rychlost přeběhu signálu a tím celkovou frekvenci. U oscilátoru ze Schmidtova klopného obvodu jako je 74HC14 k tomu přistupuje ještě to, že hystereze tohoto obvodu patrně závisí na vlastnosteh polovodičů uvnitř a mění se mnohem méně než odpovídá změně napájecího napětí - což jinými slovy znamená, že neklesající hystereze při klesajícím napájení de-facto relativně roste a s ní i perioda kmitání.

To byl vidlácký oscilátor řízený napětím - zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám ..... DNEŠNÍ RADA PANÍ KUBÁČOVÉ BYLA PANÍ KUBÁČOVOU CENZUROVÁNA, ABY TCHÝNĚ, KTERÁ PRAVIDELNĚ ČTE TENTO BLOG NEPŘIŠLA O POSLEDNÍ ILUZE .... takže tak ....

Vidlákovo elektro 65. kaskódové zesilovače 2.

2. ledna 2014 v 5:31 | Petr
Velmi brzy po začátku internetu jsem objevil stránky radioamatéra vysílajícího ze Švédka pod značkou SM0VPO - Angličana Harry Lyhalla, který pracoval pro Švédský Ericsson tak dlouho až se oženíl a zakotvil ve Švédsku. Vlastně, kdyby to nehrozilo urážkou řekl bych, že je to můj duchovní učitel a "pra-vidlák". Nyní tedy POVINNĚ všichni přestanou číst tento blog a prostudují CELÉ jeho stránky ....
Našli jste to tam - geniálně jednoduché kaskódové zesilovače ? Je mi jasné, že "mravy upadají" a tak se nikdo nenamáhal na link kliknout. Takže jak se postupně pracovní frekvence mých čidel přesouvala do radiové oblasti a operační zesilovače už se nedaly použít začal už minule zmíněný "hlad po zesílení" spojený s "ďáblem co se skrývá v detailech" a díky parazitním paramentrům vám obvody buď rozkmitá nebo jinak pokazí. V této situaci byl zesilovač z dílny SM0VPO, který je na obrázku nahoře jako ten horní - darem z nebes - 1000X zesilující absolutně stabilní. Se součástkami jak jej vidíte ideální pro radiové mezifrekvence na 455 kHz.

Je mí jasné, že jste ze schémátku jeleni, neboť to nevypadá jako klasická kaskóda - spíše jako trojice "nejubožejších zesilovačů", které jsem pro srovnání nakreslil dole.
Takže vykládáme postupně : Stejnosměrný proud prochází přes Q1, pak přes R6, pak přes Q2, R5, Q3 a do země. Tedy Q1 - který zesiluje nejvíce má vskutku monstrózní - kaskódovou - emitorovou degeneraci a "emitorovou stabilizaci" pracovního bodu. Q2, který zesiluje méně má menší a Q3 žádnou....
Z hlediska "střídavého signálu" - ten jde úplně jinou cestou - vždy z kolektoru Q3 na bázi Q2 atd... jako v "nejubožejším zesilovači". Zároveň emitory všech tří tranzistorů jsou buď přímo, nebo přes C4 a C5 zkratovány na zem.

Tedy shrnuji princip:
  • Proud, který spotřebuje jeden stupeň klasického zesilovače - je zde rozdělen mezi tři stupně.
  • Tranzistory si vzájemně stabilizují napětí na kolektorech i emitorech, a proto jsou rychlé jako kaskódové.
  • Tranzistory jsou z hlediska užitečného signálu zapojeny jako INVERTUJÍCÍ, avšak z hlediska budícího proudu jako NEINVERTUJÍCÍ zesilovač - takže pokud se zesilovač chce rozkmitat tak tyto dvě vazby mezi stupni jdou PROTI SOBĚ a zesilovač stabilizují
Jasné ? A to vše pouze za cenu dvou kondů navíc (C4, C5). Naopak pokud byste chtěli ušetřit a postavit zesilovač jako ve spodní polovině obrázku - tak vězte, že to není zesilovač, ale obvod, který v 99% případů bude fungovat jako oscilátor, na některé vámi nechtěné frekvenci, protože na obvody tohoto typu se zle podíváte, nebo prsatá blondýna od sousedů kýchne - a už kmitají.
Samotný Harry Lythall patrně měl na "záhadný obvod" hodně dotazů. proto po létech přišel s updatovanou verzí, která je jednak "nakreslena více pro blbé" a jednak je doplněna ještě jedním výstupním stupněm. Vzhledem k tomu, že jsem původní verzi opakovaně a bez problémů používal, o funkčnosti této verze taky nemám pochybnosti.

Tím jsme nahlédnutí do kaskódových zesilovačů ukončili zbývá už jenom rada paní Kubáčové novomanželkám - pokud jste od manžela pod stromečkem očekávala erotické prádlo a sdělila mu, že nosíte "80D" - nedivte se že byl zmatený a místo podprsenky koupil "Dupačky číslo 80" - moderní obchody typu H&M nebo C&A totiž zákazníky matou tím, že tyto sortimenty skladují v regálech těsně vedle sebe - tak kdo se v tom má vyznat...

Vidlákovo elektro 64. Kaskódové zesilovače 1.

26. prosince 2013 v 6:02 | Petr
Jestli máte pocit, že vidláci se zvrhli do výkladu velice podobnému elektu na průmyslovce, tak se velice pletete. Problém je totiž v tom, že udělat mizerný obvod s pár součástkami, nebo průměrný obvod s milionem blbostí není problém, problém je v tom vyrobit něco ucházejícně fungujícího s pár komponenty. Drobný problém takových obvodů pak je v tom, že člověk se podívá na schémátko, které je jednoduché a jasné a řekne si - proč, pro boha, nad tím "dědek" bádal tak dlouho ?

Takže právě nyní se naplnilo mé před-předminulé tvrzení, že budeme potřebovat znát "zesilovače se společkou bází". Problém vidlácké elektroniky je v tom, že pokud pracujete s megahertzovými frekvencemi (kde se nedají použít rozumně dostupné operační zesilovače) máte neustálou nouzí o napěťové zesílení.

Jednou jsem ze soufalství vyhlásil mezi borci na HW-Listu, kteří se tváří, že mají elektroniku v malíčku, soužtěž kdo vymyslí obvod, který má největší zesílení na jeden použítý tranzistor. "Nejlepší" konstrukce měly napěťové zesílení kolem 40x na jeden tranzistor a - upřímně - v životě bych je do robota nedal, leda bych měl v úmyslu postavit robota, který díky kmitajícím čidlům funguje jako sebevražedný atentátník.
Takže opáčko - zde máme "nejubožejší lidstvu známý tranzistorový zesilovač'.
A zde "divný zesilovač se společnou bází".
A teď je spojíme dohromady - nikoliv ovšem klasickou cestou metodou Výstup - oddělovací kond - vstup ale prostě je slepíme "nad sebe". Doufám že vidíte "se společnou bází" zapojený Q1 a "nejubožejší" Q2.
Takže tohle je onenn "magický" kaskódový zesilovač. Od "tatínka nejubožejšího zesilovače" se společným emitorem mu zbyly některé negativní vlastnosti jako je (téměř) nulový vstupní odpor a výstupní odpor roven R1. Na druhou stranu má napěťové zesílení kolem 80 a frekvenční pásmo (tak jak ne nakreslen) 1KHz -100 MHz !!!. To jsou parametry, nad kterými byste se opravdu zapotili pokud byste je měli dosáhnout pomocí dvou tranzistorů jakkoliv jinak.

Pokud bychom jenom očkem nahlédli "v čem je pes zakopaný" tak je to v tom, že napětí v kolektoru Q2 je téměř konstantní a tudíž R3 je jen velmi slabá zpětná vazba. Díky tomu se prarazitní kapacity uvnitř Q2 nemusí opakovaně nabíjet a vybíjet a Q2 je tím páden neobvykle rychlý. Na druhé straně negativní vliv zpětné vazby na zesílení Q1 je omezen zkratovacím kondenzátorem C1 tudíž napětí do báze Q1 je téměr konstatní a vliv prarazitních kapacit Q1 je taky minimální možný.
Kaskódový zesilovač
Jinak kaskódové zesilovače jsou opět tak trochu "zlaté tele" moderní elektroniky, protože je velmi snadné je vytvářet na čipech integrovaných obvodů, takže literatury je kolem nich spousta, ale na rozdíl od ostatních "zlatých telat" se nemusíte bát je použít, neboť díky systému zpětných vazeb uvnitř jsou značně "blbuvzdorné" a díky obrovské rychlosti tohoto zesilovače i značně odolné proti rozkmitání. Že neusí být jenom jednostupňová kaskóda vidíte na obrázku nahoře - zesilovač pro vysoká napětí (vyšší než napětí kolektor-emitor kteréhokoliv z použitých tranzistorů).
Gilbert cell mixer
Už dlouho jsme neměli oblíbené "okénko pro šílence" též zvané "všechno tak nějak souvisí se vším". Takže tady je - pokud C1 (kond do báze "horního" tranzistoru) místo na zem přípojíte na zdroj druhého signálu bude vám kaskódový zesilovač fungovat jako primitivní mixér - podobný "Dual gate mosfetu". Vlastnosti takového mixéru ovšem nejsou nic moc, takže se můžete pokusit jej vylepšit tím, že jej zapojíte jako diferenciální pár zesilovačů. A jak tak budete motat dráty - vyvstane problém co s čím vlastně diferenciálně spojit. Tak ze zoufalství přijdete na princip "všechno se vším" a tím pravděpodobně skončíte u starého známého Gilbert cell mixéru (viz horní obrázek), protože to je způsob jak pan Jones (nikoliv pan Gilbert) na to přišel.

Jsem zcela vyčerpán, zbývá jenom tradiční rada paní Kubáčové novomanželkám - pokud váš manžel je právě v konstrukčním zápalu a žádá po vás cokoliv - sponku do vlasů vatičku do ucha, odličovací tampóny, lak na nehty, menstruační tampón - nebo cokoliv jiného dejte mu to neprodleně a nepátrejte k čemu to potřebuje - jestli nemáte pozitivní vztah k žíravinám a těkavým rozpouštědlům - zjistíte, že není cesta jak se nedozvědět něco šokujícího, co se vám bude zjevovat ve snech (nebo na desce kuchyňské linky) ještě dlouho....
 
 

Reklama