Laboratorium zaawansowanej elektroniki i automatyki 13
Pionierem zastosowania w robotach napędu elektrycznego była szwedzka Asea ale pałeczkę szybko przejęli Japończycy. W 1983 roku w czasie eksportowej ofensywy przemysłowej na rynkach światowych 60% wszystkich robotów świata pracowało w Japonii gdzie pracowano już nad robotami o „wysokiej inteligencji”. Faktycznie tylko w Japonii opanowano wtedy rutynowe zastosowanie robotów. W Wielkiej Brytanii związkowcy ostro występowali przeciwko wprowadzaniu robotów do produkcji co kapitanowie przemysłu określili jako „sabotaż przyszłości kraju” prosząc rząd o pomoc. Ale rząd miał na karku siłową rozprawę z górnikami. Dezindustralizacja Zachodu nie wzięła się znikąd. Za drogą, przestarzałą, niekonkurencyjną produkcje zachodnim robotnikiem można więc było zlikwidować albo przenieść do Chin.
W 1982 roku potężny koncern Mitsubishi promując zastosowania robotów wypuścił edukacyjno – szkoleniowego robocika na biurko „Move Master” RM-101. Kontroler maszyny z procesorem Z80, 16 KB pamięci ROM i 8 KB RAM otrzymywał od komputera interfejsem równoległym rozkazy w kodzie ASCII których było 11. Dla obniżenia kosztów 5 silników krokowych pracowało bez sprzężenia zwrotnego w pętli otwartej. Programowanie robota było takie jak typowego robota.
W 1983 roku wypuszczono ulepszonego robota jako RM-501. Ważył 10 kg mając 245 mm wysokości. Udźwig wynosił 500 gram. Podstawa obracała się o 240 stopni, ramie 150 stopni, łokieć 120 stopni, nadgarstek 360 stopni z dodatkowym wygięciem 180 stopni. Otwarta „dłoń” miała szerokość 80 mm. Dokładność pozycjonowania wynosiła 0.3 mm. Sterowany był przez PC programem w Basicu lub rekomendowanym języku M-Roly. Kontroler miał do 40 KB pamięci ROM i 32 KB RAM KB. PC wysyłał kontrolerowi robota rozkazy przez interface równoległy Centronics lub szeregowy RS232C. Z racji niewysokiej ceny ( 1.09 mln jenów ) sprzedano ponad 20 tysięcy sztuk tych robocików i świat uczył się na nich robotyki. W kolejnych ulepszonych wersjach zastosowano już napędy z silnikami prądu stałego DC ze sprzężeniem zwrotnym sensorami.
Silniki krokowe zastosowano między innymi w napędach dysków twardych i elastycznych do pozycjonowania głowic. W tych napędach stosowano także silniki BLDC do napędu talerza które także zyskały wielką popularność. Przez dekadę lat osiemdziesiątych produkcja silników krokowych wzrosłą blisko dwudziestokrotnie. Głównym dostawcą były firmy japońskie gdzie produkcje zautomatyzowano. Pojawiły się dedykowane układy do sterowania mikrokrokowego pozwalające dobrze wykorzystać silnik krokowy. Stosowane są dalej w drukarkach, drukarkach 3D, skanerach, ploterach, CD, DVD, obiektywach, inteligentnym oświetleniu i tradycyjnie w małych maszynach CNC ale także w różnych zautomatyzowanych analizatorach. Proste w konstrukcji i tanie, niezawodne i bezobsługowe, mogą pracować w pętli otwartej w dużym zakresie prędkości, znaczny moment trzymający na postoju, względnie proste i tanie sterowanie.
Technologia mikroelektroniczna od początku była zautomatyzowana.
W 1982 roku japoński koncern NEC wprowadził terminal SR-100 sterowany głosem dedykowany do skomputeryzowanych biur projektowych i laboratoriów. Urządzenie w cenie około 2100 dolarów z 99% dokładnością rozpoznawało 120 słów tej samej osoby. Nauka w dowolnym języku była łatwa i szybka. Zastosowano w nim już procesor DSP.
Założona przez byłych pracowników Intela firma Weitek w 1982 roku oferowała prosty procesor DSP z wejściowym przetwornikiem A/D do mikrofonu. Układ WTV008 w obudowie DIL28 za hurtowo mniej niż 10 dolarów był przeznaczony do sterowania głosem sprzętu domowego i przemysłowego jak: AGD, gry, zabawki, modele kontrolowane zdalnie i do wielu innych zastosować. Weitek oferował głównie wydajne procesory zmiennoprzecinkowe.
W 1982 roku rozpoczęto masową produkcje rezystorów SMD. Nowa maszyna do montażu automatycznego Dyna Pert o sześciu głowicach montowała ich w ciągu godziny 60 tysięcy. Niedługo zestaw maszyn osiągnął wydajność montażu miliona elementów SMD na godzinę.
Amerykanie zdecydowali przerwać dewastacje nowoczesnego zachodniego przemysłu przez japoński eksport tym bardziej że perspektywa zakończenia Zimnej Wojny nie wymagała już silnej gospodarczo Japonii. Japoński kryzys zainicjowano w 1985 roku. 22 września 1985 w Nowym Jorku doszło do porozumienia zwanego Plaza Accord, pomiędzy USA, Wielką Brytanią, Francją, Niemcami oraz Japonią. Założeniem porozumienia była silna deprecjacja dolara amerykańskiego w relacji do walut potężnych eksporterów, jena oraz marki niemieckiej poprzez interwencję na rynku walutowym aby amerykańskie produkty choć częściowo odzyskały konkurencyjność na rynku światowym. Już w 1986 roku aprecjacja jena do dolara wynosiła 41%, 1987 17% a w 1989 13%. Ale jen dalej się wzmacniał. Rząd japoński chcąc ograniczyć recesje spowodowaną umocnieniem jena prowadził ekspansywną politykę monetarną, obniżając podstawową stopę procentową z 5% na 2,5%, co ubocznie doprowadziło do powstania monstrualnej bańki na rynku nieruchomości i akcji sprzedaży nadmuchanej przez łatwo dostępne i tanie kredyty. Japonia dalej trwa w stagnacji.
Automatycznie produkowane wyroby trzeba gdzieś sprzedać. Bez rosnącej sprzedaży automatyzacja produkcji nie ma żadnego sensu.
Dla systemów automatyki typowe są sprzężenie zwrotne. Ale miliony skomplikowanych sprzężeń funkcjonują w przyrodzie.
Nieliniowy układ równań różniczkowych pierwszego stopnia Lotki - Volterry modeluje dynamikę w systemach ekologicznych ale ma też zastosowanie m.in. w ekonomii.
Po katastrofie czarnobylskiej w 1986 roku mądrze ostrzegano że rozpętana histeria mająca zaszkodzić ZSRR spowoduje zablokowanie koniecznych inwestycji w energetykę jądrową, która powinna wyprzeć brudny węgiel oraz ropę i gaz. I tak się stało. Zadziałały sprzężenia zwrotne.
N.B. Efektem ubocznym masowej izolacji osób w czasie epidemii jest brak treningu immunologicznego układu odpornościowego. Brak kontaktu z innymi osobami i wymiany zmutowanych wirusów oraz bakterii sprzyja spadkowi odporności.
Przemysł potrzebuje dużo energii. Alternatywą do energetyki jądrowej mają być wiatraki i ogniwa fotowoltaiczne. W czasie mroźnej pogody gdy ustanawiane są kolejne rekordy poboru mocy z sieci energetycznej wiatraki potrafią stać całymi dniami flauty. W rekordowych ilościach zużywany jest węgiel i gaz ziemny. Na zdjęciu helikopter żrący paliwo spryskuje pół tony „czystego” toksycznego metanolu na oblodzone łopaty wiatraka aby nie uległ on zniszczeniu gdy pojawi się wiatr.
Panele fotowoltaiczne są zbyt delikatne aby usuwać z nich lód mechanicznie i chemicznie.
„Inteligencja polega na wiecznej i ciągłej wynalazczości... życie jest nieustannym dokonywaniem odkryć i wynalazków”, Psychologia odkryć matematycznych, Jacques Hadamard, 1945
Automatyzacja jest domeną produkcji masowej. Masowo produkowany typowy 4 cylindrowy silnik samochodowy u liderów montowany jest automatycznie. Ale skomplikowany 12 cylindrowy silnik Ferrari jest montowany ręcznie ponieważ jak na przemysł samochodowy produkcja jest mikroskopijna. Dla usprawnienia pracy robotnicy mają szablony i wiele dedykowanych narzędzi bardzo skracających czasy operacji montażu. Ale gniazda zaworów po oziębieniu w płynnym azocie wpychane są do korpusu silnika przez robota dlatego że praca przy płynnym azocie o temperaturze -196 C jest bardzo niebezpieczna.
Wycięte z aluminiowych kształtowników elementy podwozia drogiego samochodu Audi są ręcznie mocowane w szablonie, ręcznie klejone, spawane, nitowane i skręcane.
Kto nie ma nowoczesnej zautomatyzowanej produkcji odpada z cywilizacyjnego wyścigu. Niemiecki producent robotów Kuka produkował je głównie dla niemieckich fabryk samochodów ale nie tylko. Gdyby polska firma jakimś cudem rozpoczęła produkcje robotów przemysłowych to przecież w świecie nikt ich nie kupi.
Automatyzacja to też optymalizacja. W czasie II Wojny Brytyjczycy optymalizowali naloty bombowe na Niemcy. W Niemczech stworzono Index Siły Bojowej aby zracjonalizować produkcje zbrojeniową ale też planowanie operacji militarnych.
Sztabowe gry wojenne zamieniły się w komputerowe symulacje konfliktów i symulacje pola walki.
Przewodami przesyłane są sygnały w paśmie 0 – 2 GHz.
Sygnał telegraficzny a potem telefoniczny początkowo przesyłano jednym przewodem na słupach a drugim była Ziemia. Tętnienia prądu stałego zasilającego tramwaje, które zaczęły się pojawiać w miastach w latach osiemdziesiątych XIX wieku, przepływającego przez szyny i grunt zagłuszały sygnał telefoniczny. Konieczne było ( Aleksander Bell ) zastosowanie napowietrznej linii symetrycznej a w kablu skrętki. Aby w grubym kablu telefonicznym uzyskać jak najmniejszy przesłuch między skrętkami stosowano różny skok skrętu skrętek i bardzo starannie kontrolując wykonanie przewodu. Za mocno wyginając przewód z wieloma skrętkami mocno pogarsza się przesłuch bowiem skrętki ulegają przemieszczeniu ! Wszelkie asymetrie powodują powstanie z zakłóceniowego sygnału wspólnego - common sygnału różnicowego ! Są więc szkodliwe.
Przy szybkich sygnałach przewód gęściej skręcony mocniej opóźnia sygnał bowiem jest odrobinę dłuższy ! Średnio sygnał kablem rozchodzi się z prędkością ca 0.63 c, gdzie c to prędkość światła. Szybkość zależy od przenikalności elektrycznej dielektryka kabla.
Pokonanie sygnału przez 1 metr przewodu współosiowego RG-59B/U o rezystancji falowej 75 Ohm zajmuje 5 ns, skrętką z przewodów 0.38 mm (28 SWG) o rezystancji 100 Ohm 6.2 ns zaś ścieżką o szerokości 0.6 mm na szklano - epoksydowej płytce drukowane grubości 1.6 mm z płaszczyzną miedzi po drugiej stronie PCB i rezystancji falowej 120 Ohm zajmuje 7.2 ns.
Przewód współosiowy wynaleźli genialni Heaviside a powtórnie Shelkunoff.
Telefonia, także w publikacjach naukowych, posługuje się specyficznym żargonem. Sygnał i parametry propagacji sygnału wspólnego w przewodzie symetrycznym czyli Common to Longitudinal a sygnał różnicowy i parametry dla niego to Metalic.
Przewodem symetrycznym czyli skrętką przesyła się cyfrowe sygnały w standardzie RS485 ( wymagane pasmo od DC ), CAN, USB ( wymagane pasmo od DC ), Ethernet.
Wedle standaryzacji międzynarodowej pasmo skrętki Level 1 sięga 0.4 MHz, Level 2 4 MHz, Cat 3 sięga 16 MHz... Cat 7A 1000 MHz a Cat 8 / 8.1 / 8.2 ( stosowany do 25GBASE-T i 40GBASE-T) 2000 MHz.
Litera U w nazwie przewodu przed ukośnikiem oznacza brak ekranowania całego przewodu, litera F to ekranująca folia aluminiowa a S siatka. Po ukośniku litery te oznaczają ekranowanie indywidualnej skrętki.
W karcie sieciowej NIC stosuje się izolujący i tłumiący zakłócenia wspólne transformatorek oraz dławik Common sygnału i zasilania z linii jeśli jest stosowane. Zakłócenia zmniejsza też zastosowanie rezystora zakończenia falowego dla ekranu kabla. Masowa produkowana całość jest scalona z gniazdem. W terminologii Ethernetu / Internetu PHY jako skrót od Physical oznacza układ scalony transceivera.
Oczywiście karta sieciowa jest obecnie bardzo tania dzięki masowej zautomatyzowanej produkcji elementów składowych i całej karty w gigantycznej skali. Im szersze jest pasmo tym krótszy może być przewód do jego przesyłania. Wydaje się że dla szybkiej komunikacji odpowiedni jest jednak światłowód.
Miniaturowe przeciwzakłóceniowe dławiki Common są też stosowane m.in. przed transceiverami RS485 i CAN.
Intencjonalnie nadawany na ziemi i z satelitów jest radiowy sygnał Radia, Telewizji i sygnały systemów 2G, 3G, 4G czyli WiFi i 5G.
Zakłócenia na Ziemi emitują:
–Urządzenia radiowe nadawcze a w małej ilości odbiorcze.
–Wyładowania atmosferyczne
–Przekaźniki, kontaktory, wyłączniki CB, wszelkie włączniki
–Wszelkie szybkie klucze używane w energoelektronice każdej mocy: tranzystory, tyrystory, tyratrony
–Spawarki
–Zgrzewarki do foli pracujące w zakresie fal krótkich
–Ulot na liniach energetycznych
–Wszelkie iskry elektryczne a w tym na świecy zapłonowej silnika spalinowego
–Komutatory silników
–Świetlówki
–Wyładowania elektrostatyczne
–Niektóre urządzenia elektroniczne analogowe i cyfrowe także medyczne
Pole elektryczne i magnetyczne 50/60 Hz tworzą trójfazowe linie energetyczne linie przesyłowe i dystrybucyjne. Pole to szczęśliwe dość szybko zanika wraz z oddalanie się od linii. Wolniej zanika pole od jednofazowej linii trakcyjnej 50 Hz. Analogową łączność telefoniczną zakłócają harmoniczne w prądzie zasilającym w szynach kolejowych trakcji.
Ciekawe cechy przewodu współosiowego są czasem wykorzystywane. Znakomite parametry mają nadawcze tranzystory LDMOS i w GaN. Są liniowe, mają duże wzmocnienie i są w miarę szerokopasmowe. Umożliwiają budowę tanich stacji bazowych 3G, 4G, 5G ( także analogowych i cyfrowych nadawczych telewizyjnych ) o bardzo dobrych parametrach.
Odcinek kabla współosiowego B1 ( rezystancja falowa wynosi zaledwie 25 Ohm !, to cieńka miedziana rurka z ciasnym przewodem teflonowym wewnątrz ) na wyjściu zamienia ( sumuje symetryczne napięcia wejściowe w asymetryczne wyjściowe ) wyjściowy sygnał symetryczny z symetrycznego podwójnego tranzystora w asymetryczny sygnał. Dla symetrii układu indukcyjność ścieżki L5 jest identyczna do indukcyjności zewnętrznej (!) ekranu kabla. Aranżacja wokół kabla B2 robi z sygnału asymetrycznego sygnał symetryczny do sterowania bramek tranzystorów.
Zwraca uwagę równoległe łączenie kondensatorów SMD w celu uzyskania małej impedancji zasilania w szerokim paśmie częstotliwości. Zajmiemy się tym skomplikowanym zagadnieniem później. Programy do projektowania układów dopasowujących impedancje tworzone z odcinków ścieżek (czyli linii ) i kondensatorków SMD są dostępne ale wymagają znajomości impedancji wejściowej i wyjściowej dopasowywanych tranzystorów – producenci je podają.
NXP do MRI ( akapit dalej ) proponuje symetryczny tranzystor LDMOS MRFX1K80H o mocy wyjściowej aż 1600 W CW. Jego zastosowania to m.in. Laser generation, Plasma generation, Particle accelerators, MRI, RF ablation and skin treatment, nadajniki RTV, Radary. Aplikacja bardzo podobna jak pokazana wyżej.
W skanerze rezonansu magnetycznego ( Magnetic Resonance Imaging MRI ) w dużym kriostacie mieści się silny nadprzewodzący elektromagnes. Wewnątrz niego są cewki gradientu magnetycznego a wewnątrz nich złożona wieloelementowa nadawcza cewka radiowa RF ( moc szczytowa 10-30 kW, impuls trwa 1-5 ms ) a w samym środku jest pacjent wysłuchujący irytujących sekwencji dźwięków wydawanych przez cewkę. Wzmacniacz do cewki gradientu ma typowo moc szczytowa 30 kW i pasmo ponad akustyczne. Wzbudzone impulsem radiowego pola magnetycznego RF ( Częstotliwość rezonansowa Larmor-a jest proporcjonalna do indukcji elektromagnesu i dla B1=3T wynosi 127.8 MHz a dla 1.5 T połowę tego. Impuls RF ma kopertę sin x / x ) atomy wodoru emitują sygnał odbierany cewką odbiorczą. Czasem cewki nadawcze są jednocześnie odbiorczymi. Impuls ze wzmacniacza mocy RF podany jest do kwadraturowego sprzęgacza hybrydowego a z niego sygnały I i Q przesunięte w fazie o 90 deg do dwóch składowych cewki RF. Konfiguracja cewki może być ustalana szybkimi przełącznikami. Ciekawostką konstrukcji cewki nadawczej RF jest minimalizacja pola elektrycznego choć zwykło się uważać że pole w zakresie radiowym jest elektromagnetyczne czyli sprzężone magnetyczne i elektryczne.
Dzięki nowoczesnym tranzystorom i rozwiązaniom nadajnik RF mocy zasilający cewkę MRI został uproszczony, zmniejszony i potaniony.
Dygresja. Ceny skanerów MRI spadły ale i tak jest to obecnie 250-600 tysięcy dolarów. Przy cenie węgla kamiennego 40 dolarów za tonę najdroższy MRI kosztuje tyle ile 15 tysięcy ton węgla czyli średni statek.
Rozwój technologii otwiera okienka szans z których niektórzy potrafią skorzystać. Oni awansują w światowej lidze a leniwi są bezlitośnie degradowani w światowej hierarchii.
Dawniej komputer z peryferiami składający się z wielu tysięcy układów scalonych SSI, setek modułów i tysięcy detali mechanicznych mógł wyprodukować tylko silny koncern. Nic dziwnego że w pewnym okresie IBM wartościowo sprzedawał 60% komputerów na Ziemi. Ale gdy procesor minikomputera można było wykonać na 120-200 układach scalonych MSI i kupić peryferia do zestawu pojawili się producenci minikomputerów. Gdy mikrokomputer można było zbudować z kilkunastu, kilkudziesięciu układów pojawił się m.in. Apple, którego konstruktorzy nikomu sroce spod ogona nie wypadli bowiem pracowali w HP który był pionierem minikomputerów i sam pierwszy wyprodukował mikroprocesor 16 bitowy do swoich przyrządów i komputerów.
Dawniej obowiązywały różne ograniczenia w sprzedaży technologii. Teraz wystarczy parę kliknięć i parę zdań aby gratis otrzymać nowe próbki.
Zejdźmy w stronę niższych częstotliwości sygnałów przesyłanych liniami. Telefonia przewodowa pomyślana pod zastosowanie przekaźników, wybieraków, dławików i transformatorów nie była łatwa do elektronizacji. Trudna była współpraca z linią abonenta. Interfejs z dużymi elementami biernymi późno zastąpiono układami scalonymi. Na rysunku jest uproszczony schemat blokowy układu „Subscriber Line Interface Circuit” wraz z dodatkowymi elementami obsługujący linie abonenta a drugiej strony współpracujący już z Kodekiem i poprzez układy peryferyjne z komputerowym sterowaniem centrali. Ale w aplikacji brakuje jeszcze realizacji sygnału dzwonienia o sporym napięciu.
• 58 dB Longitudinal Balance Guaranteed; 4–wire and 2–wire
• Transmit, Receive, and Transhybrid Gains Externally Adjustable
• Return Loss Externally Adjustable
• Proper Hookswitch Detection With 30 kW Leakage
• Single/Double Fault Indication With Shutdown for Thermal Protection
• Critical Sense Resistors Included Internally
• Standard Power Supplies: – 21.6 V to – 42 V, and + 5.0 V, ± 10%
• On–Hook Transmission
• Power Down Input (TTL and CMOS Compatible)
Układ może też pracować z innym równoważnikiem 2R+C linii adekwatnym do użytego przewodu linii abonenta i jej długości. Odbicia powstałe na końcach obu linii abonentów i ich zakończeń w centralach powodują przy dalekich połączeniach uciążliwe echo. Problem ten rozwiązano dopiero metodami DSP.
Każdy układ cyfrowy i analogowy współpracujący z „linią” musi mieć zabezpieczenia przepięciowe. Nawet jeśli impulsy nie uszkodzą od razu układów to stopniowo degradują ich parametry aż do uszkodzenia.
W automatyce przemysłowej od lat popularne są standardy RS485, CAN i Ethernet. Każdy z nich ma swoje zalety i wady.
Dużą popularność w samochodach zyskał CAN. Łatwo można kupić tani interface On Board Diagnostics czyli OBD obecnie II. Pozwala on odczytać zarejestrowane kody błędów urządzeń samochodu. W OBDII wykorzystywane są protokoły transmisji i media J1850 PWM i VPW, standard podobny do RS232 oraz CAN ( ISO15765/SAE J2480 )
Stosowane były i są w automatyce analogowe sygnały głównie 0..10V lub +-0..10V i 4-20 mA powstały pierwotnie z przetworzenia sygnału pneumatycznego 0.2... 1 Kg/cm2. Aktywne sensory z interface 4-20mA lub interface szeregowym są znacznie droższe od sensorów pasywnych. Toteż gdy kontroler ma pracować ze znaczną ilością sensorów RTD PT100 lub termopar stosuje się je w tańszej i niezawodnej wersji pasywnej. Napięcie sygnału z termopary jest małe ale jej moc wcale nie jest mała jako że mała jest jej oporność. W sensorach sygnały mogą być bardzo małe ale są od razu wzmocnione i przetworzone. Przykładowo małe są wewnętrzne sygnały w przepływomierzu elektromagnetycznym.
Zakłócające pole od sieci energetycznej 50/50 Hz jest wszechobecne. W pomieszczeniach pojemność ciała dorosłej osoby do przewodu L sieci jednofazowej wynosi typowo 2-3 pF i przez ciało człowieka płynie wynikający z tego prąd. Ponieważ pojemność ciała człowieka do Ziemi jest dużo większa napięcie na ciele w stosunku do Ziemi jest niewielkie.
Wielkość zakłócającego pola magnetycznego i elektrycznego 50/60 Hz potrafi być w warunkach przemysłowych niemała.
Z transformatora sieciowego na rdzeniu O usunięto jeden z dwóch karkasów z uzwojeniami. Na pustej kolumnie rdzenia jeden zwój daje około 0.3 Vac napięcia. Rdzeń jest uziemiony czyli dołączony do PE aby pole elektryczne było zerowe. Po wykonaniu badanymi przewodami zwartymi z jednego końca zwoja lub kilku na kolumnie rdzenia po wzmocnieniu sygnału z drugiego końca przewodu widać że sygnał 50Hz wcale nie jest zerowy jak można się było spodziewać a różnice między przewodami różnych producentów są duże ! Aby zbadać przeciek pola elektrycznego przez ekran przewodu nawijamy przewód na uzwojenie ale do transformatora podane jest tylko L bez N. Okazuje się ze ekran wcale nie jest w 100% szczelny dla pola elektrycznego ! Taki sam efekt przecieku uzyskamy nawijając na ekran przewodu inny pojedynczy przewód dołączony do L sieci. Dołączając dodatkowo do transformatora N sieci mamy razem podane do badanego przewodu pole elektryczne i magnetyczne 50 Hz.
Bez drogich przyrządów szczelność ekranu przewodu dla częstotliwości 40-100 KHz można ocenić przewlekając go przez rdzeń transformatora zasilacza SMPS z usuniętymi uzwojeniami wtórnymi.
Cwiczenie:
1.Wprowadzone w 1970 roku układy logiczne CMOS 4000 są totalnie różne od układów TTL. Funkcyjnie zgodna z rodziną TTL jest seria 74Cxxx z 1975 roku ale nadal są to układy powolne bowiem wykonane taką technologią jak rodzina 4000. W 1982 roku wprowadzono rodziny CMOS 74HCxxx i HCT o znośnej szybkości jak popularne wtedy LS. Układy z literką T mają asymetryczny prób przełączania zbliżony do układów TTL 74LS i mogą z nimi współpracować. Czasem tylko potrzebne są zmiany przy przesyłaniu sygnałów. W 1985 roku wprowadzono układy 74AC i 74ACT ( geneza T identyczna jak poprzednio ) wykonane w technologi 1.3 um w której czas propagacji wewnętrznej bramki był poniżej 0.5 ns. Technologią tą wykonywano również pod zmodyfikowanymi nazwami 8 i 16 bitowe bufory, transceivery, latche, przerzutniki D także z wyjściem trójstanowym z oczywistym przeznaczeniem do organizacji systemów busów pamięci ROM, RAM, I/O dla coraz szybszych mikroprocesorów.
Łącząc nieparzystą ilość „inverterów” otrzymuje się generator pierścieniowy. Inwerterem może być w odpowiedniej konfiguracji bramka czy inny funktor. Można też w łańcuchu umieścić funktor nieodwracający byle cały łańcuch był odwracający.
W takim układzie generatorów z inwerterami 74AC04 umieszczono w łańcuchu 2 metry kabla współosiowego 75 Ohm lub kabel taśmowy (sygnał jest przesyłany jednym przewodem ) gdzie co drugi przewód jest uziemiony. Na wyjściu sterującego kabel invertera czyli na wejściu kabla dano szeregowo potencjometr SMD 100 Ohm do ewentualnego dopasowania szeregowego. Na wyjściu kabla może być tylko wejście invertera, dodatkowo dwa rezystory – jeden do GND a drugi do VCC dopasowujące falowo kable, rezystor falowy do 1/2 Vcc uzyskanego aktywnie lub szeregowy dwójnik RC. Na wejściu i wyjściu kabli są mało wpływające na działanie dzielniki rezystorowe dla oscyloskopu aby można było obserwować szybkie przebiegi. Pokazywana, mierzona częstotliwość to odwrotność sumy czasów propagacji sygnałów przez inwertery i kabel po obu zboczach.
-Diagram Bergerona uwzględniający statyczne, nieliniowe charakterystyki wyjściowe i wejściowe bramek pozwala łatwo narysować przebiegi fal z zerowymi czasami narastania / opadania z łączącą je linia. Dlaczego one się mocno różnią od tego co widać na oscyloskopie ?
-Co na wejściu odbiorczego invertera zmniejsza odbicia ? Dlaczego mimo odbić przesył kablami jest poprawny ?
-Dopasowanie szeregowe linii likwiduje odbicia na wyjściu linii ( ale nie na wejściu !) ale spowalnia przesył informacji kablem. Dlaczego spowalnia i o ile ?
-Zakładając że prawdopodobieństwo wystąpienia na każdej linii Zera lub Jedynki wynosi 50% oblicz oszczędność energii przy dołączeniu rezystorów dopasowujących na końcu linii do aktywnego napięcia 1/2 VCC zamiast stosowania na każdej linii dwóch rezystorów dołączonych do GND i VCC.
-Przy rzadszych zmianach stanu linii energooszczędne może być mało - odbiciowe dopasowanie wyjścia linii szeregowym dwójnikiem RC. Jaka jest „optymalna” wartość C w tym dwójniku dla R równego rezystancji falowej przewodu?
2.Na inwerterze układu 74ALS04 wykonano najprostszy generator kwarcowy 10 MHz. Sygnał poprzez rezystory ( uwzględniono wprowadzane tłumienie ) podano do Spectrum Analysera i oscyloskopu. Amplitudy prążków na SA spadają wolno i prążki mają poziom poniżej 40 dBuV dopiero powyżej częstotliwości circa 500 MHz. Kawałek przewodu jest antenką. Odbiornik UKF FM na częstotliwości 90 MHz czyli 9 harmonicznej milczy w niemałej odległości !
Sygnał przepuszczono przez filterek EMIFIL Murata NFM52R20P506 do montażu SMD o częstotliwości odcięcia 50 MHz. Czasy narastania i opadania na jego wyjściu wzrosły. Przerzuty są małe i nadal sygnał jest prostokątny. Widmo kończy się praktycznie na częstotliwości 150 MHz a sygnał zakłócający radio UKF zmalał bardzo mocno.
Rodzina tych filtrów ma właśnie stłumić zakłócenia od przesyłanych sygnałów cyfrowych nie degradując ich i w jakiś pozornie magiczny sposób to czyni. Co za tym stoi ?
3.Im dłuższa jest linia systemu RS485 tym mniejsza jest maksymalna szybkość pracy. Włączony w linie „wzmacniacz” ( schemat w załączeniu ) po wykryciu początka transmisji z którejś strony regeneruje parą odbiornik – aktywowany nadajnik ten sygnał. Nadajnik jest natychmiast aktywowany wydłużającym układem czasowym i gdy układ czasowy jest nastawiony na czas równy 9 elementom układ jest w pełni niepodatny na zakłócenia ale gdy czas ustawimy krótszy wydaje się że system normalnie działa ale jest podatny na mocne zakłócenie lub mocne niedopasowanie linii. Dlaczego ?
4.Sygnały z sensorów są generalnie powolne. Termopara jest relatywnie szybka. Napięcie z niej jest jednak małe. Dwuprzewodowy kabel długości 5 m dla sygnału termopary jest ekranowany ale ekran jest oczywiście nieszczelny. Sygnał jest podany do dwóch wzmacniaczy.
W pierwszym jeden przewód sygnałowy idzie do lokalnej sygnałowej GND i sygnał jest wzmacniany układem nieodwracającym ze starym, tanim układem OP07. Niezawodną ochronę dają dwie diody a opornik polaryzujący wykrywa przerwę w termoparze.
N.B. Kierunek tej polaryzacji ma być taki aby system był samo - bezpieczny po uszkodzeniu termopary.
W drugim układzie zastosowano kosmicznie drogi układ wzmacniacza instrumentalnego odbierający sygnał symetrycznie. Nie ma wykrywania przerwy w termoparze a układ CMOS jest słabo chroniony.
Od razu widać że szumy drogiego układu są z 4-6 razy większe co wprawia w zdumienie. Na ekranowany przewód nawinięto pojedynczy przewód i przez rezystor (dla bezpieczeństwa ) podano zakłócające napięcie z L sieci. Zakłócenia są większe z bajecznie drogim układem. Gdy palcem dotkniemy termoparę bez ochronnego tlenku w układzie z OP07 jest zakłócenie ale układ działa a drogi układ od razu wariuje. Dlaczego tak jest ? Sporządź odpowiedni wzór dla wyjaśnienia. Parametry kabla i układu LTC są podane w ich „papierach”.
5.Do wyjścia wzmacniacza operacyjnego połączonego jako wtórnik z podanym zerowym sygnałem wejściowym dołączono kabel na szpulce. Jego koniec jest wolny, nic tam nie dołączono. Wzmacniacz się wzbudza. Parametry kabla i długość są znane. O wzmacniaczu wszystko wiadomo z Data Sheet. Na jakiej częstotliwości będzie to wzbudzenie. Z czego to wynika ?
6.[Tylko przy znośnej pogodzie na parkingu ] Dołącz kolejno interface OBDII z Laptopem do samochodów.
Czy producenci samochodów rozpowszechnianymi programami pozwalają czytać wszystko czy też niektóre rzeczy są poukrywane ? Jakie ?
