Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 118

 Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 118

 Wiele krajów rozwijało się i wpadło w kryzys a po nim była już tylko trwała stagnacja. Marzenia o bogactwie i  dobrobycie prysnęły jak bańka mydlana.
 Propaganda dyktatury sanacyjnej twierdziła że jesteśmy Silni, Zwarci i Gotowi. Była niedługo największa w dziejach narodu i państwa katastrofa zagrażająca nawet biologi narodu.
Propaganda sukcesu I Sekretarza Gierka twierdziła że jesteśmy 10 potęgą gospodarczą świata. Był po tym koszmarny kryzys bez końca.
Sanacja i gierkowski PRL zbroiły się na kredyt.
Obecnie premier Tusk twierdzi że za kilka lat będziemy zamożniejsi niż Brytyjczycy. Niektórzy „ekonomiści” twierdzą że prześcigniemy niedługo Japonię.
Zbroimy się na kredyt !
Nominalny PKB kraju  w mld $ / PKB pc czyli $ na głowę
Polska   880 / 23434
UK 3495 / 51075
Japonia 4409 / 35385
Atutem Polski była Tania Siłą Robocza ale już jej ubywa ( kryzys demograficzny ) i nie jest już taka tania.
Grecja pożyczane za granicą waluty przeznaczała na socjal i zbrojenia. Tuby propagandowe Hegemona podziwiały jej wzrost gospodarczy ! Grecja i Turcja są skonfliktowanymi członkami - „sojusznikami” w NATO i Grecja zbroi się w obawie przez akcją Turcji. Tyle warte jest to NATO !
Polska też kupuje dużo broni od USA i stąd propaganda hegemona ochrania rządy prowadzące zabójczą propagandę prowojenną.

 Opublikowane w 2023 roku zestawienie Worldwide Governace Indicators za 2022 rok w odniesieniu do efektywności rządzenia podaje że już blisko 40% krajów świata jest ocenianych lepiej od nas, a jeszcze niespełna 10 lat temu mieściliśmy się w gronie 25% najlepiej ocenianych gospodarek. Realnie oznacza to, że jesteśmy na dobrej drodze do trzeciej ligi. Liczne analizy organizacji międzynarodowych – Bertelsmann Stiftung, V-Dem, World Justice, Economic Freedom, itd. – wskazują na regres instytucjonalny, przejawiający się m.in. dużą zmiennością regulacji, niską jakością stanowionego prawa, przedkładaniem politycznej lojalności nad meritum, zmianą reguł w trakcie gry (patrz  OZE)... Zły jest brak umiejętności budowania politycznych konsensusów. Brak jest średnio i długofalowej przejrzystości wokół kluczowych w kontekście transformacji spraw, takich jak choćby ścieżka dekarbonizacji.
Jakość instytucji ma wielki wpływ na poczucie stabilności i bezpieczeństwa podejmowanych działań, w szczególności w zakresie decyzji inwestycyjnych. Zatem nie dziwi fakt, że według najnowszych unijnych badań (Eurobarometr) w przypadku Polski jedynie 25% ankietowanych firm, przy średniej dla UE na poziomie 53%, wyrażało przekonanie o pewności ochrony przez prawo i sądy dokonywanych inwestycji. Niższy odsetek został odnotowany jedynie na Cyprze.

 "Najgorsze jest to, że niekompetencja, nieudolność, głupota, a czasem różne ciemne interesy
są zawsze podlewane w MON i PGZ obrzydliwym sosem bogoojczyźnianych frazesów. "Dobro sił
zbrojnych", "przyszłość polskiego przemysłu" itd. A tak naprawdę wywalamy dziesiątki
miliardów złotych w błoto lub zgadzamy się na rozkradanie środków budżetowych" - pisał
minister Dworczyk do premiera Morawieckiego.

 Trwa śledztwo w sprawie akceptacji i zakupu mocno wadliwego karabinka Grot. Wady dotyczą wszystkich jego wersji także tych niby poprawionych.
PGZ ubezpieczył za 150 mln trzy nieistniejące fregaty. Osoba która tego dokonała przeszła do oszusta – ubezpieczyciela.
Grupa przestępców wyłudziła 140 mln zł dotacje dla szkół. W wirtualnych ławkach klasowych były
„martwe dusze” czyli nawet osoby zmarłe. W oszustwie na pewno uczestniczyli urzędnicy.

Zaczyna się sezon na wypalanie wielkich dzikich wysypisk śmieci - brudnych plastików i zużytych chemikaliów  przywiezionych z Zachodu a szczególnie Niemiec. To nasza narodowa specjalność ! Kartonowe państwo działa i wdraża program Czyste Powietrze oraz Zielony Ład.
"Potężny pożar wybuchł 10.05.2024  przy ulicy Wyzwolenia w dzielnicy Michałkowice w Siemianowicach Śląskich. Płonie składowisko odpadów. - Znajdują się tam pojemniki z niezidentyfikowanymi chemikaliami - przekazała straż pożarna." Słup dymu widoczny był z odległości kilkudziesięciu kilometrów. Dzień wcześniej wybuchł też potężny pożar śmieci.
Te emisje rakotwórczych toksyn dadzą w leczeniu nowotworów rachunki na setki miliardów złotych. „Służby” są skorumpowane a prokuratura również do rozwiązania.

The Economist twierdzi że liberalne porządki na świecie zaczynają się kończyć i skutki tego dla Zachodu będą poważne..
https://www.economist.com/leaders/2024/05/09/the-liberal-international-order-is-slowly-coming-apart
 Z opublikowanego  raportu na temat postrzegania demokracji w 2024 roku wynika, że popularność Ameryki jako globalnej potęgi słabnie na całym świecie, szczególnie w krajach muzułmańskich. Raport przygotowała   firma badawcza Latana i Alliance of Democracies, na podstawie wyników badania przeprowadzonego wśród około 63 000 respondentów w 53 krajach.
Raport World Happiness Report 2024 ujawnił że Stany Zjednoczone wypadły z listy 20 najszczęśliwszych dla obywateli krajów świata.

 Zgromadzenie Ogólne ONZ w Nowym Jorku przyjęło w piątek (10 maja 2024) rezolucję, która stwierdza, że Palestyna kwalifikuje się do członkostwa w organizacji. Przeciw głosowało tylko dziewięć państw ( USA i przyboczni a w tym Izrael ), a 25 wstrzymało się od głosu. Za były natomiast aż 142 kraje członkowskie. "Izrael jest oburzony wynikiem głosowania w ONZ"

 Miejsce pracy w handlu jest tanie szczególnie gdy używany jest wypożyczony lokal. Tanie są miejsca pracy w usługach. Markety likwidują miejsca pracy w Januszeksach mających o wiele wyższe marże. Zyski marketów odpływają jednak za granicę do właścicieli.
W fabryce mikroelektroniki miejsce pracy może kosztować kilkanaście milionów dolarów. Ale generalnie cenne są miejsca pracy w przemyśle szczególnie gdy dla firmy pracuje rój poddostawców. Wytwarzają one dużą wartość dodaną.
"ABB 9.05.2024 ogłosiła  decyzję o zakończeniu produkcji silników niskich napięć wytwarzanych w fabryce w Aleksandrowie Łódzkim, do końca 2024 r. Decyzja została podjęta w związku ze zmieniającą się dynamiką rynku oraz sytuacją geopolityczną. Jest to decyzja biznesowa, a nie reakcja na ocenę pracy lokalnego zespołu" - napisano w komunikacie. Koncern ma przenieść całą produkcję silników do Chin, gdzie jest już główna fabryka firmy.
W języku dyplomatów "Sytuacją geopolityczna" oznacza tu prowokowanie dalej wojny z sąsiadami. W naszym interesie jest jak najszybsze zakończenie wojny na Wschodzie.
ABB działa w Aleksandrowie Łódzkim od 2010 r. W dwóch fabrykach pracuje ponad tysiąc osób. Lokalny "Express Ilustrowany" pisał jeszcze rok temu, że koncern planuje rozwój w Aleksandrowie Łódzkim.
Potężna ABB powstała z połączenia silnej szwedzkiej ASEA i szwajcarsko - niemieckiej BB. Jej decyzje z pewnością wywrą wpływ na zachowanie innych koncernów i firm.
To pierwsze jaskółki wojny i nowych porządków gospodarczych w UE. Zielony Ład, FF55 i cała klimatyczna utopijna filozofia powodują to, że z powodów rosnących kosztów oraz coraz wyższych i absurdalnych wymagań wobec wszelkiej maści firm produkujących tu (w Europie), działalność gospodarcza w UE zaczyna być nieopłacalna.

 W całej technologi mikroelektronicznej najważniejsze są maszyny do fotolitografii. „Why The World Relies On ASML For Machines That Print Chips”
https://www.youtube.com/watch?v=iSVHp6CAyQ8

Tranzystory mocy Si, SiC, GaN do energoelektroniki stanowią 11% wartości sprzedaży światowej mikroelektroniki.  
Na filmie pokazano operacje rzekomo największej fabryki nowoczesnych dyskretnych półprzewodników Nexperia na świecie.
https://youtu.be/cy23S3PLMJo

Ciekawe informacje o półprzewodnikach podaje Bosch
https://www.youtube.com/watch?v=c9arR8T0Qts

Fabryka półprzewodników ma m.in. złożoną infrastrukturę. Musi mieć bardzo niezawodne zasilanie energią elektryczną. Potrzebna jest czyściutka i zdemineralizowana woda oraz czyste powietrze o odpowiedniej temperaturze i wilgotności. Kontrolowanych jest ponad tysiąc procesów.
„Inside Micron Taiwan’s Semiconductor Factory | Taiwan’s Mega Factories”
https://www.youtube.com/watch?v=WKHKy89QaV0


Sprawdzenie.
1.Konstrukcja transoptora jest prosta i dekadami spadały ich ceny.

 W tabeli [za Sharp 1994] wymieniono zastosowania Transoptorów.

-W ciągu 30 lat pojawiły się nowe ich zastosowanie. Wymień te zastosowania.

2.W tabeli  wymieniono zastosowania Transoptorów Szczelinowych. 

-W ciągu 30 lat pojawiły się nowe ich zastosowanie. Wymień te zastosowania.  

3.-Wymień zastosowania transoptorów odbiciowych.

4.W tabeli  wymieniono zastosowania Transoptorów z wyjściowym Triakiem SSR ( Solid State Relay ) na napięcie sieciowe.

-W ciągu 30 lat pojawiły się nowe zastosowanie SSR. Wymień te zastosowania.

5.Na schemacie pokazano załączanie przy użyciu SSR rewersyjnego silnika asynchronicznego na przykład do serwozaworu.

-Do czego służą rezystory R1 i R2 ? Jakie inne elementy mogą być zamiast nich zastosowane ?
-Jaki i z jakich powodów jest minimalny czas przerwy w wysterowaniu SSR-ów ?
-Jakie musi tu być minimalnie napięcie nominalne SSR ?

6.W tabeli ( Toshiba 1992 ) podano zastosowania silniczków BLDC (=Hall Motor), silników krokowych, DC i Voice Coil.

 

-W ciągu minionych 30 lat przybyło zastosowań silniczków BLDC i silników krokowych. Wymień nowe zastosowania.


Ćwiczenie:
1.Przy napięciu 30Vdc z zasilacza zmierzono DVM (i zaokrąglono) prąd wsteczny różnych diod z rozdzielczością 100 pA. Temperatura otoczenia wynosi 22 C. Podano katalogowy prąd nominalny diody w A / napięcie w V / katalogowy czas odzyskania zdolności zaworowej w ns i zmierzony upływ.
UF4004         1/400/50    6 nA
BY550-1000 5/1000/4000    10 nA
BYV27/200  2/200/25    210 nA
BYR29-500  8/500/50    250 nA
PBYR1645   16/45/-        7400 nA
1N4007         1/1000/2000    4 nA
60APU04      60/400/50    15 nA
RHRP15120 15/1200/65    16 nA
BAV21          0.25/200/50    12 nA
BAT86          0.2/50/4        720 nA
1N914           0.2/75/4        12 nA
1N4148         0.2/75/4        11 nA
BAS45          0.25/125/1500    0 nA
Część tych diod występuje też w obudowach SMD.
Prąd upływu B-C tranzystorka bipolarnego BC547 oraz JFet BF245 (G /D+S) wynoszą tu 0 czyli mniej niż 100 pA.   
Prąd upływu diod Schottky jest duży. Diody Schottky mają fizycznie zerowy czas trr i chyba dla diody BAT86 podano go omyłkowo. Ale mają sporą pojemność która daje podobny efekt !
Diody Ultra i Hyper Fast dotowane złotem i platyną mają duży upływ. Okropnym błędem będzie zastosowanie do ochrony czułych obwodów sygnałowych diod rodzaju 1N4148. Do tego służą diody o małej upływności takie jak BAS45 ale są one wolne. Dioda B-C tranzystora ma upływ proporcjonalny do powierzchni tranzystora ale jest oczywiście wolna chyba że tranzystor jest dotowany złotem ale wtedy ma upływ. Najmniejszy upływ ma dioda z JFeta z D połączonym z S. W temperaturze pokojowej upływ małego JFeta jako diody może być <0.1 pA.
Rewelacyjne wtedy diody Motoroli serii 1N4001-4007 z 1963 roku ( liczne patenty ) są typu PIN a nie PN (!)  i taka była i jest ogromna większość diod, szczególnie szybkich. Także tranzystory w małych obudowach plastikowych mocno obniżyły wysokie kiedyś ceny.     
Upływ Warystora 431D14 wynosi tu 2 nA. Jest on do ochrony obwodów na napięcie pracy 275 Vac a przy prądzie pomiarowym 1 mA napięcie na nim wynosi 430 V (=431). Ma średnice 14 mm. W katalogu podano że wykładni funkcji potęgowej aproxymującej prąd w funkcji napięcia wynosi 37.  

-W jakich technologiach wykonane są zmierzone diody ? Co cechuje te technologie ?
-Jaka jest przy napięciu 275Vac moc strat w tym warystorze ? Na jaką wartość wykładnika wskazuje zmierzony prąd upływu ?

2.Czas odzyskania przez diodę własności zaworowych Trr zależy od prądu i czasu jego przewodzenia, szybkości opadania prądu w fazie Ta, napięcia wstecznego w fazie Tb i temperatury. Trr(...) jest zatem funkcją wielu zmiennych a nie skalarem !
Z punktu widzenia dynamicznych strat mocy w aktywnym kluczu ( tranzystorze ) Trr jest równie istotny jak wsteczny ładunek Qrr. Generalnie Trr i Qrr rosną z napięciem nominalnym klucza i z temperaturą pracy.
Podawane w Data Sheet wartości Trr z reguły są mniejsze niż uzyskuje się w konkretnych zastosowaniach.
Na wykresie pokazano własności diody antyrównoległej w IGBT typu FGL40N120AND. Podniesienie temperatury do 125 C zwiększa jej czas Trr z 75 do 130 ns a Qrr z 300 do 845 nC !

Specjalistyczne przyrządy do badania półprzewodników dużej mocy są strasznie drogie ale wystarczy do wyjścia generatora sygnału prostokątnego dołączyć szeregowy dwójnik z badanej  diody i rezystora do obserwacji oscyloskopem płynącego prądu.  
Na oscylogramie pokazano zachowanie diody 1N4007 ( rezystor szeregowy 10 Ohm ) mającej katalogowy czas Trr=2 usec. Po zmianie kierunku prądu napięcie na diodzie jest nadal małe (to czas Ta ) i dopiero później zaczyna rosnąć (to czas Tb a Trr=Ta+Tb). Prąd całkowicie zanika tu dopiero po czasie 6 usec !
Gdyby prąd był krócej przewodzony ( wyższa częstotliwość sygnału testowego) czas Trr się skraca czyli występuje zjawisko akumulacji ładunku !

Złącze C-B tranzystorów ( lub z B połączonym z E czyli praca inwersyjna ) wysokonapięciowych jest jeszcze wolniejszą diodą niż wolne/sieciowe diody wysokonapięciowe ! Stąd tranzystor mocy bipolarny jako klucz w inwerterze w żadnym razie nie może nawet w małym stopniu pracować inwersyjnie !  

Czasy narastania i opadania sygnału prostokątnego z generatora wynoszą 80 ns co uniemożliwia testowanie bardzo szybkich diod jak 1N4148. Dioda UF4004 o Trr=50 ns (także BAV21 o Trr=50 ns) jednak wykazuje tu odzyskiwanie zdolności blokowania ! Prąd wsteczny nie osiąga pełnej wartości (jak z 1N4007) bowiem dioda szybciej się wyłącza niż narasta prąd wsteczny.

Diody 1N4001-4007 są diodami PIN a nie PN ! Diody PIN używane są jako przełączniki i tłumiki w układach RF. Ale diodzie 1N4007 przy częstotliwości testowego sygnału prostokątnego >1 MHz wystarczy dodać w generatorze odrobinę offsetu DC by napięcie zmienne na diodzie spadło do bardzo małej wartości ! Zakumulowany przy przewodzeniu (plus offset DC) ładunek nie jest do końca rozładowany przy przewodzeniu wstecznym. Dioda nadaje się zatem do przełączania sygnału radiowego dużej mocy !
 Oczywiście możemy porównywać właściwości diod o podanych katalogowo zbliżonych parametrach. Diody UltraFrast i HyperFast bywają bardzo drogie.
-W jakich technologiach wykonane są wszystkie wymienione (w wątku upływu) diody ? Co cechuje te technologie z punktu widzenia Trr / Qrr ?  Co cechuje te technologie z punktu widzenia ceny chipa ? Dlaczego diody Ultra i HyperFast miewają małą zdolność przeciążeniową i trzeba komplikować układ aby je chronić ?

3.W układzie monolitycznym po połączeniu C z B tranzystora uzyskujemy diodę bardzo szybką ale o napięciu wstecznym tylko Uebo czyli w najlepszym razie 6-7 V. Po połączeniu B-E napięcie wsteczne wynosi duże Uceo ale tranzystor pracując – przewodząc  inwersyjnie jest rozpaczliwie wolny !
W układzie testowym doskonale widać zachowanie tranzystorów jako diod.
Tranzystory do kluczy nasycanych dotowane złotem połączone w diodę „inwersyjną” (B połączone z E ) są szybką diodą ! Ich wzmocnienie inwersyjne wzmocnienie prądowe jest mniejsze od 1 !  

Prosty miernik DVM podaje wzmocnienie prądowe tranzystora zwykłe / inwersyjne. Inwersyjne po zamienieniu C z E. Wzmocnienie to faktycznie jest o 1 mniejsze co ma tu znaczenie przy pracy inwersyjnej !
2N2222A 225 / 3 Producent A
2N2222A 190 / 21  Producent B
2N2907A 128 / 16
BC414C   390 / 13
BC337     360 / 32
2N2369A 118 / 1   Au doped
BSX59    43/ 1  Au doped

Tranzystor 2N2222A od producenta  A o mniejszym wzmocnieniu inwersyjnym połączony w diodę „inwersyjną” jest znacznie szybszy niż od producenta B !
 
Niechciane inwersyjne przewodzenie tranzystora bipolarnego bywa bardzo nieprzyjemną niespodzianką w układach monolitycznych.
Klucze monolityczne bipolarne dalej używane są w scalonych mikro inverterach do sterowania silników BLDC i sterowania mikrokrokowego silników krokowych.
Antyrównolegle do każdego tranzystora - klucza dana jest dioda na chipie lub dioda zewnętrzna. Niestety gdy przewodzi ta dioda skutkiem obecności Rbe dla tranzystora mocy przewodzi on też trochę inwersyjnie  i gdy drugi klucz półmostka poda mu (czyli do wyjścia) napięcie zakumulowany ładunek wywołuje duży szkodliwy impuls prądu kolektora. Rezystor Rbe jest konieczny dla szybkiego normalnego wyłączania ale im mniejszy jest Rbe tym mocniej załącza się tranzystor inwersyjnie !  
Jako testowana „dioda” dana jest dioda 1N4148 (katalogowe Trr=4 ns) z antyrównoległym tranzystorem z potencjometrem jako rezystorem Rbe. Czasem żadna wartość Rbe nie jest dobra i „dioda” bywa  z niektórymi tranzystorami wolna czyli stratna. Z dotowanymi złotem tranzystorami 2N2369 i BSX59 w ogóle nie ma dynamicznie szkodliwego efektu. Stosowany w historycznych układach TTL rodziny 74XXX wejściowy wieloemiterowy tranzystor ma wzmocnienie inwersyjne rzędu 0.02 ! Tranzystor 2N2222A producenta A jest o wiele lepszy niż producenta B. Z diodą Schottky o małym napięciu przewodzenia tranzystor się nie złącza inwersyjnie co jest jej ogromną zaletą. Stąd też często są wykonywana w chipie diody Schottky lub takie dołączane są z zewnątrz.
Oczywiście zamiast rezystora Rbe stosowane są też dziwnie wyglądające ( schemat ) sterowane układy aktywne i uzyskane efekty są bardzo dobre.    
-Jaki ma być projekt monolitycznego tranzystora mocy do mostka aby był mało stratny dynamicznie z rezystorem Rbe.
-Ile dodatkowych operacji technologicznych trzeba zastosować aby wykonać antyrównoległe diody Schottky górne / dolne lub obie razem ?