Wzmacniacz. Zrownowazenie

Wzmacniacz. Zrownowazenie

  Gospodarka ostatecznie z pozyskanych surowców wytwarza dla konsumentów

( plus „marnowanie” produktów w obronności i administracji ) coraz to lepsze towary i usługi.

Elektronikę musimy widzieć we właściwym kontekście funkcjonalnym.

Polacy adekwatnie do dochodu narodowego podróżowali pieszo, furmanką, tratwą z eksportowanym zbożem do Gdańska po rzece, dyliżansem, koleją, autobusem, samochodem osobowym i w końcu samolotem śmigłowym i odrzutowym.

Samoloty dla bezpieczeństwa transportu nie mogą się obyć bez złożonych systemów elektronicznych. Na dużym lotnisku o dużym ruchu funkcjonuje skomputeryzowany radar ułatwiający pracę kontrolerom ruchu i zdecydowanie zmniejszający szanse na kolizje samolotów. Systemy automatycznej nawigacji przy lądowaniu czynią je bezpiecznym nawet przy słabej pogodzie. Radar pogodowy pozwala ominąć burze i w razie zagrożenia skierować samoloty na lotnisko awaryjne.

Im bardziej skomplikowane są systemy tym większy jest z nich użytek wyrażony w pieniądzu.

Jakość torowiska wyznacza maksymalną bezpieczną prędkość pociągu. Maszyny służące do konstrukcji podłoża linii a następnie „podbijania” ułożonego toru wyposażone są w sensory położenia na wózkach kołowych, akcelerometr trzyosiowy, dalmierz laserowy mający funkcje wytyczania i żyroskop.

Konstrukcja szybkich japońskich pociągów Shinkansen jest dalece odmienna od tradycyjnego pociągu ale to nie zmienia faktu że potrzebna jest dla dużych prędkości wysokiej jakości linia kolejowa.

Radioodbiornik jest elementem łańcucha komunikacji. Słuchacz odbiera muzykę wytworzoną kiedyś w studiu ( lub na żywo ) lub słuchowisko lub wiadomości. Sygnał trzeba rozprowadzić po terenie kraju i nadać nadajnikami o sporej mocy zasilanymi z sieci energetycznej. W przypadku muzyki jakość techniczna ma bardzo duże znaczenie w przyjemniej recepcji.

Radiostacje dywersyjne w czasie pokoju działają wbrew prawu międzynarodowemu.

Systemy elektroniczne używane są w poszukiwaniu złóż zasobów naturalnych. Rejestruje się sensorami odpowiedz Ziemi na silny impuls czyli średni wybuch. Znacznie zmniejszona jest ilość kosztownych odwiertów badawczych. Do wstępnego typowania rejonów złóż przydatne są dane z satelitów mających liczne, skomplikowane systemy elektroniczne. Na wnioskowanie pozwalają też zbierane latami obszerne dane geologiczne.

Coraz więcej nowoczesnej elektroniki mają systemy militarne. Nie powinniśmy na to przymykać oczu i chować głowy w piasek.

Napoleon Bonaparte: „Kto nie chce utrzymywać swojej armii będzie utrzymywał cudzą”

Maria Konopnicka:

„A najdzielniej biją króle,

A najgęściej giną chłopy”

Polska produkuje i eksportuje na radzieckiej licencji przestarzałe czołgi T-55 ale ich lampowe radiostacje trącą już myszką jako że reprezentują stan wiodącej techniki USA i Niemiec z 1945 roku. Czołg ten w ogóle nie ma elektronicznego systemu kierowania ogniem a w nocy faktycznie jest wobec czołgów USA i Niemiec bezbronny. Ale czołg w ogólności nie jest bronią przyszłości.

Mówienie o sojuszu obronnym z ZSRR ma ukryć nasz totalny brak kompetencji naukowej i technologicznej !

Michał Sałtykow - Szczedrin celnie sarkastycznie pisał o czasach carskich:

"Kiedy zaczynają dużo mówić o patriotyzmie, bogu, honorze i ojczyźnie to na pewno znowu coś ukradli".

Czy coś się w istocie zmieniło ? Teraz zamiast „boga” mamy „braterski sojusz” !

Historia ma to do siebie że nigdy się nie kończy i nie sposób jest czegokolwiek dokładnie przewidzieć. Jak na to nie patrzeć umiejętność produkcji nowoczesnej broni zawsze jest cenna !

Polsce potrzeba lekarzy i inżynierów do rolnictwa, górnictwa, wszelkiego przemysłu... oraz badań i projektowania. Wielkim nieszczęściem Polski są zbędni absolwenci kierunków „uczelni” nie naukowo – technicznych czyniących tylko zamieszanie i chaos. Sposób kierowania przez tych ludzi przedsiębiorstwami to koszmar. Oczywiście studia naukowo – techniczne są drogie bowiem potrzba sprzętu i laboratoriów i bardzo trudne na tle tych różnych pseudo – studiów ale dają krajowi konkretną korzyść i szanse budowy kapitału technologicznego. Porządek światy jest dynamiczny ale kompetencje technologiczne inżynierów Polsce zawsze będą przydatne w przeciwieństwie do znawców marksizmu – leninizmu.

Złożony system łatwiej jest zbudować stosując scalony mikroprocesor niż „mikroprocesor” będący dużą płytą drukowana z ponad 100 układami scalonymi TTL.

Konstrukcje systemów ogromnie upraszczają też układy analogowe i mieszane jak na przykład przetwornik ICL7106.

Mini i mikrokomputery pracują już w przemyśle podnosząc wydajność pracy.

Komputery w bankowości, biznesie i administracji najwcześniej zastosowano w USA. Radziecki Gospłan podaje że podczas operacji uzgadniania - bilansowania przygotowywanego planu pięcioletniego komputery wykonują łącznie 10e15 operacji. Coraz częściej jednak pisze się o tym że podawane planistom dane statystyczne są nieprawdziwie czy wręcz fikcyjne i taki sam jest powstały plan.

Wzmacniacze operacyjne wykonane na lampach elektronowych miały bardzo duży dryft napięcia niezrównoważenia. Goldman (1949) wejściowe napięcie stałe niezrównoważenia wzmacniacza w konfiguracji odwracającej przetworzył stykami wibratora 60 Hz ( w USA częstotliwość sieciowa wynosi 60 Hz a nie 50 Hz ) na napięcie zmienne, wzmocnił je zwykłym wzmacniaczem napięcia zmiennego, wyprostował synchronicznie drugim wibratorem, odfiltrował i podał do wzmacniacza zmniejszając jego dryft.

W połowie lat sześćdziesiątych wyprodukowano modułowe wzmacniacze z przetwarzaniem. We wzmacniaczach o małym prądzie polaryzacji zastosowano jako modulator diody pojemnościowe.

Ale stosowano też w układach z elementami dyskretnymi wibrujące mechanicznie kondensatory modulatora zmieniające pojemność. Wzmacniacze te szybko zostały wyparte przez lepsze wzmacniacze operacyjne z JFetami na wejściu.

Klasyczne wzmacniacze z przetwarzaniem sygnału mają liczne, poważne wady:

-W zasadzie pracują tylko w konfiguracji odwracającej a konfiguracja nieodwracająca wymaga znacznej komplikacji układu.

-Projektowanie dobrego układu jest trudne ( literatura jest tylko angielskojęzyczna ) a optymalizacja układu jest bardzo trudna z uwagi na wielość aspektów które trzeba brać pod uwagę.

-Przeciek sygnału sterującego klucze modulatora wejściowego do wejścia modulatora i wzmacniacza powoduje pojawienie się prądu polaryzacji wejścia proporcjonalnego do częstotliwości kluczowania i zakłóceń w sygnale wzmacniacza. Zatem częstotliwość kluczowania jest kompromisowo mała i eliminacja szumów typu 1/F jest słaba. W żadnym razie częstotliwość kluczowania nie powinna być wielokrotnością częstotliwości sieciowej aby wszędobylskie zakłócenia sieciowe nie zamieniły się w dryft napięcia niezrównoważenia.

-Pojawiają się intermodulacje składowej zmiennej sygnału błędu wzmacniacza podanego do modulatora z częstotliwością przełączania kluczy... Stąd główny wzmacniacz musi mieć duże wzmocnienie przy małych częstotliwościach.

-Potwornie długi jest czas wyjścia z przesterowania wzmacniacza. Stąd konieczne są dodatkowe środki zapobiegające przesterowaniu.

-Duża jest ilość kondensatorów o dużej pojemności wykluczająca realizacje monolityczną.

Wskazówkowe mierniki magnetoelektryczne mają pokrętło do mechanicznego zerowania mechanizmu miernika przy zerowym sygnale. Zeruje się też ręcznie potencjometrem kanały oscyloskopu. Idee zerowania zautomatyzowano w algorytmie pracy 3 1/2 cyfrowych przetworników A/D typu ICL7106 Intersil ( i pochodnych ) do mierników cyfrowych. Wadą autozerowania jest wąskie pasmo eliminacji szumów napięciowych typu 1/F bardzo dużych w tranzystorach Mosfet. Autozerowanie jednak znakomicie sprawdza się w zastosowaniach przetwornika ICL7106. Ręczne zerowanie jest całkowicie zbędne i nie jest stosowane dlatego że miernik trzyma zero w każdej sytuacji.

Na rysunku jest fragment wzmacniacza wejściowego licencyjnych polskich mierników cyfrowych z wyświetlaczami Nixie. Główny wzmacniacz stałoprądowy zbudowano na wzmacniaczu operacyjnym uA709 poprzedzonym parą różnicowa na podwójnym drogim, importowanym JFecie 2N5452.

Na rysunku jest tylko fragment (!) toru przetwarzania bez generatora sygnału kluczowania modulatorów.

Wejściowy modulator wykonano na dwóch tranzystorach JFet T202, T204 sterowanych sygnałem prostokątnym o częstotliwości 185 Hz ze skomplikowanego generatora z przesuwnikiem poziomów. Częstotliwość modulacji 185 Hz wybrano tak aby nie była wielokrotnością częstotliwości zakłóceń sieciowych 50Hz.

Sygnał zmienny z modulatora wzmocniony jest tylko dwa razy prostym wzmacniaczem zmiennoprądowym na tranzystorze JFet T205 ( chodzi o małe szumy prądowe ) i bipolarnym T206 a następnie 5000 tysięcy razy wzmacniaczem operacyjnym OS202 typu uA709 i podany do demodulatora na tranzystorze JFet T207.

Instrukcja obsługi mierników zawiera pełny opis i schemat. Dlatego zrezygnowano z obszernego opisu i analizy.

Jaki jest uzyskany efekt. Marny ! Gdy mierniki się nagrzewają po włączeniu Zero płynie ! Miernik ma więc potencjometr do zerowania !

Przetwornik ICL7106 jest przeznaczony do masowo produkowanych przyrządów. Do urządzeń profesjonalnych wysokiej klasy są dokładniejsze układy.

Źródło napięcia odniesienia w układzie ICL7106 nie jest specjalnie stabilne termicznie ale pobór mocy jest mały a przyrost temperatury układu scalonego znikomy.

Po równoległym podaniu stabilnego napięcia do krajowego miernika cyfrowego i miernika z ICL7106 odczyt ICL7106 jest niezmienny a ostatnia cyfra krajowego miernika czasem mrugnie. Pomiar oporności w układzie ICL7106 jest ratiometryczny. Gdy mierzymy dokładną oporność miernikiem z ICL 7106 odczyt jest stabilny i niestety znów mruga na krajowym mierniku.

Dryft temperaturowy napięcia niezrównoważania różnicowej pary na tranzystorach JFet mocno zależy od punktu pracy tranzystorów. Ustalenie optymalnych indywidualnych prądów jest stosunkowo łatwe.

W jakim celu zastosowano skomplikowany układ wzmacniacza z przetwarzaniem. Miernik pobiera niemało mocy i się nagrzewa ! Przestarzała logika TTL jest energożerna. Po redukcji nagrzewania czyli poboru mocy wystarczyłoby zastosowanie indywidualnie optymalnego punktu pracy tranzystorów JFet wejściowej pary różnicowej !

Na temperaturę pracy wzmacniacza operacyjnego składa się temperatura otoczenia, przyrost temperatury w obudowie i wreszcie przyrost temperatury spowodowany poborem mocy zasilania przez sam wzmacniacz. Ten ostatni jest najgroźniejszy jako że daje też bardzo szkodliwy gradient temperatury w samej strukturze układu.

Fairchild w danych katalogowych do precyzyjnego wzmacniacza uA725 pokazuje na wykresie zmiany napięcia niezrównoważenia po podaniu zasilania czyli nagrzewaniu układu. Stała czasowa wynosi około 1 minuty. Ruch powietrza w obudowie elektroniki z tym układem daje zmiany chłodzenia tego nagrzanego mocą zasilania układu i pseudo szumy i dryfty. Najlepiej jest więc pracować z rozsądnie małymi napięciami zasilania układu uA725 i umieścić go z dala od źródła ciepła w obudowie.

W Bell Laboratories gdzie w 1959 roku odkryto tranzystor Mosfet nie rozpoznano gigantycznego potencjału jaki one mają w czym główny negatywny udział miało kierownictwo firmy ! Potencjał ten w dziedzinie cyfrowej doceniły prawie wszystkie wiodące koncerny półprzewodnikowe. Teraz z kolei nie jest jeszcze powszechnie doceniany potencjał technologi CMOS !

W dziedzinie analogowej i mieszanej technologi MOS i CMOS pierwsze skrzypce od lat grają amerykańskie firmy Intersil i Siliconix.

Intersil zapowiedział produkcje zdumiewającego wzmacniacza operacyjnego ICL7650 w technologi CMOS – Chopper Stabilized Amplifier. Dryft napięciowy jest bliski zeru, prąd polaryzacji wejść nie przekracza 10pA, mocno zredukowane są szumy 1/F, pasmo częstotliwości wynosi 2.5 MHz Układ stosuje się tak jak zwykły wzmacniacz operacyjny ale wymaga dodatkowego zastosowania dwóch kondensatorów.

Prosty pomocniczy wzmacniacz zerujący „Null Amp” po załączeniu kluczy A sam się zeruje z pomocą napięcia na jednym zewnętrznym kondensatorze. Po aktywacji kluczy B zeruje on wzmacniacz główny „Main Amp” a zerujące napięcie jest dalej pamiętane na drugim kondensatorze zewnętrznym. Genialny układ wejściowy jest rzekomo bardzo prosty ale opatentowany. Układ zawiera wewnętrzny generator naprzemiennie załączający klucze.