Hmda, to je pomalo kako si mali ivica zamislja rad s mikrokontrolerima
Za pocetak, najjednostavnije je na samom mikrokontroleru imati pull-up na takvim ulazima (plus neku mjeru zastite...) sto se stavlja eksplicite otporima, ili cesce kao opcija u samom postavljanju nacina rada portova. I onda se izvana dovodi masa. Slijedece, zasto koristiti 4 ulaza kad je dovoljno dva i 4 komada 1N4148 - diodne matrice su jeftinije nego sjuplje verzije kontrolera i hrpetine nepotrebnih zica - plus ne trosite portove za gluposti, uvijek na kraju treba koji vise. Sto bi bilo da imas 12 napona, trosio bi 12 portova? A i nije lose ostaviti rezervu. Jos jedna bitna stvar - NIJE svejedno kad se dovode kodirani ulazi sa nekog enkodera (pa makar to bila sklopka) na mikrokontroler. Domaca zadaca: tzv. gray kod. To je kod brojanja kod kojeg se svaka slijedeca kombinacija razlikuje od prethodne samo u jednom bitu. Nevjerojatno je koliko se ovdje cesto grijesi, i to u komercijalnim uredjajima. Poslje se onda pojavljuju problemi ako korodira koji kontakt pa mikrokontroler okretanjem enkodera umjesto da broji po redu radi stvari tipa 1, 2, 5 (na kratko), 3, 4 itd. Gray kod vrlo lako omogucava signaliziranje da se nesto mijenja (jednostavno se usporedjuje u petlji prethodno stanje sa sadasnjim) a nema prelaza kroz metastabilna stanja, npr. kada se kontakti sklopke istitravaju (sto je uvijek slucaj) - na temelju prethodno zapamcenog stanja uvijek je moguce razlikovati stvarnu promjenu od istitravanja.
No da se vratim na tracer.
Razmisljao sam puno o problematici odabira serijskog otpora u odnosu na odabrani napon ili struju. Zanimljivo je da se unatoc maksimalnom pojednostavljenju u odnosu na Tektronix, ponesto da nauciti iz koncepcije Telequipmeta CT71.
Kod njega je odabir osjetljivosti X osi direktno vezan za odabir napona za DUT. Kod tektronixa ima u biti samo 4 napona. to pojednostavljuje odabir maksimalne snage ali dovodi do drugog problema. Da rezimiram:
Telequipment:
Osjetljivost X osi (v/div) bazdarenu u 1-2-5 slijedu, 0.1-0.2-0.5-1-2-5-10-20-50-100. Odabrana osjetljivost je vezana za odabir napona na sekundaru trafoa koji ide na DUT - u donja 4 podrucja (0.1-1V) je odabran isti napon (postoje minorne razlike u verzijama instrumenta ali nebitne za ovu raspravu). U svim ostalim podrucjima se mijenja izvod na trafou. Prednost ovog sistema je da je na svim podrucjima gdje to ima smisla moguce iz instrumenta izvuci maksimalnu snagu (*), sto je prilicno bitno jer je vrlo limitirana, cca 10W. Mana je. naravno, hrpica izvoda na trafou i kompliciranija sklopka. Problematika visokog napona se rijesava dosta kompleksnim rasporedom kontakata gdje se najvisi napon dovodi preko dvije sklopke s dva sekundara, svaki s polovicom maksimalnog napona.
Odabir minimalnog serijskog otpora je vezan s odabirom napona za DUT - s obzirom da je snaga ~konstanta, na visim naponima je otpor vece vrijednosti.
Maksimalna snaga ima samo 4 vrijednosti. Odabir je izveden ucetverostrucenjem sklopke za odabir naponskog podrucja, pri cemu je svaka sekcija namjenjena za po jednu odabranu maksimalnu snagu. U stvarnosti se koristi isti set serijskih otpornika za limitiranje, samo su na svaku sekciju spojeni sa odgovarajucim pomakom koji odgovara po prilici limitu snage. Tako je npr. na prvoj sekciji za maksimalnu snagu, na polozaju za npr 0.5V/cm spojen minimalni otpor. Na drugoj sekciji je na istom polozaju spojen slijedeci otpor u nizu, koji je ujedno minimalna vrijednost za slijedeci visi napon. Na trecoj sekciji je tu treci otpor u nizu koji je istovremeno prvi za istu snagu ali 3. po redu visi napon, itd. Znaci, jednostavno postiji veca kolicina kratkospojnika koji spajaju za po jedan polozaj zamaknute kontakte izmedju sekcija.
Prednost je sto se koristi isti niz otpora, i sto se u svakom naponskom polozaju moze ici do najveceg raspolozivog otpora, premda je u praksi ovo ponekad i mana jer krajnji polozaju zapravo i nemaju smisla na nizim naponima. Mana je, naravno, sto je broj polozaja za limit snage jednak broju potrebnih sekcija. Za uredjaj s vecom snagom su i dalje potrebne i sve nize snage, s toga se povecanjem raspolozive snage broj sekcija neminovno povecava.
Odabir vertikalne osjetljivosti (mA/div) je samostalan i nije nicim vezan za odabir napona ili snage. Umjesto toga mijenja se shunt za mjerenje struje i dijelilo iza shunta (kako bi se smanjio broj shuntova). Shunt nije posebno kritican s obzirom da je maksimalna struja 200mA/div, tj. 2A za visinu ekrana. Prosirenje na vise struje bi zahtijevalo ponesto kompleksniju izvedbu vertikale - sa 100VA na raspolaganju, za ocekivati je podrucje od barem 1A/div ako ne i 2A div i maksimalnom strujom do 20A. Telequipment nema odvojene strujne i naponske stezaljke za mjerenje, i problemi se vec vide i pri 200mA/div no ajmo reci da su s kvalitetnim kontaktima i kratkim zicama jos uvijek unutar par% preciznosti, no to j emanji problem od pojave povratne veze (dovodna zica za emiter/drain/katodu postaje emiterski/drain/katodni otpor i unosi degeneraciju, smanjenje strmine/pojacanja i potencijalno ako je induktivna, oscilacije). Znaci, ovakvo prosirenje apsolutno zahtijeva tzv. kelvin povrat.
Tektronix:
Tektronix ima sustav odabira maksimalnog napona i snage izveden mehanicki povezanom sklopkom. Mehanika ovdje ima funkciju visestruke sklopke u Telequipmentu. Glavna sklopka odabire naponski izvod na trafou za DUT, a pomocna sklopka serijski otpor. Mehanika je zaduzena da pomakom na drugo naponsko podrucje automatski pomakne limiter koji odredjuje do kojeg podrucja moze ici sklopka za odabir serijskog otpora, i kao kod Telequipmenta, nije ogranicena prema manjim snagama. Slicno kao na Telequipmentu, na malimnaponima najmanje struje bas i nemaju smisla.
Ovdje malo vise o tome: nekad je postojao problem 'curenja' starijih germanijevih tranzistora (ili onih vece snage, tj. s velikom povrsinom kristala), pa su se davale karakteristike tipa struja curenja C-E i na vrlo malim naponima. Kod testiranja je ponekad moguce da takav element treba limitirati strujno cak na uA jer se testira bez kucista pa time i bez ikakvog hladjenja. U nasim amaterskim uvjetima, ovako nesto je poprilicno nepotrebno cak i za minijature tipa najmanja SMD kucista. No, ta se mogucnost dobije po prirodi stvari.
Odabir naponskog i strujnog podrucja za prikaz je posve neovisan o odabiru napona i limita snage za DUT. Ovo je s jedne strane prednost, ali s druge postaje mana u kombinaciji s koncepcijom odabira napona i snage. Naime, kada se najbolje odabere osjetljivost X i Y osi da pokaze maksimalno precizno najveci dio karakteristike, lako se dogodi da za taj odabir jednostavno nije moguce dobiti maksimalnu snagu iz uredjaja, iako bi to bilo pozeljno. Primjerice, ako se zeli mjeriti Rdson podrucje MOSFET-a, da bi se ustanovio pad napona na velikim strujama, u praksi nije moguce izvuci niti petinu maksimalne snage (cesto jos manje) jer je struja na raspolaganju limitirana - na najnizam naponskom podrucju, maksimalna je struja jednaka za bilo koji napon iz varijaka, jer je maksimalna DOZVOLJENA struja iz varijaka konstanta bez obzira na polozaj klizaca - premda bi po nacinu rada koji je u biti auto-trafo, trebela rasti s padom napona. Razlog zasto nije tako je sto je promjer zice konstantan po cijelom krugu, pa je on taj koji limitira struju (plus, za manje varijake, prelazni otpor kliznog kontakta).
Koliko god je Tek referentni instrument, u praksi je zapravo lakse raditi s Telequipmentom (unutar njegovih limita). S druge strane, prakticno nisam maknuo limiter snage sa maksimuma, vec cesce 'na ruke' pomaknem sklopku za serijski otpor. Malo sam promatrao sto odabirem u kojem slucaju, i naravno i dosta ocigledno ako se malo razmisli, ispada da je odabir vezan s odabirom vertikalne osjetljivosti. Stovise, unutar jednom postavljenog odabira 'formata ekrana' tj. maksimalnog napona i struje, koji se uvijek odabire da po mogucnosti maksimalno ispune ekran kako bi se cim vise toga vidlo na istom, secem se izmedju tipicno 2, najvise tri odabira serijskog otpora. To mi je dalo jednu drugaciju ideju:
Kako se vec u startu predvidja koristenje mikrokontrolera za razne funkcije, namece se ideja da je odabir serijskog otpora za limit snage automatski vezan i sa odabranim naponom na X osi, i sa odabranom strujom na Y osi. Pri tome, odabrani napon bira i izvod s transformatora za pogon DUT, po mogucnosti u istoj sekvenci kao i odabrana osjetljivost, kako bi u svakom podrucju instrument mogao dati sve od sebe.
Pri tome bi vrijedile neke opce granice:
Napon/osjetljivost po X osi min 0.05V/div, maks 100V/div. To povlaci maksimum napona cca 1000V, zapravo je u praksi pozeljno cca 50% vise (o cemu vise kasnije) - ovaj visak je raspoloziv na svim podrucjima (*).
Struja/osjetljivost po Y osi od uA do 1A ili cak 2A/div. 20A je vec porpilicno zahtjevno za izvedbu i mislim vise nego dovoljno za 99.99% elemenata koji bi se na ovakvom uredjaju mogli testirati.
Maksimalna snaga do 100VA (u stvarnosti ce to biti kratkotrajni maksimum). Ovo propisuje i neke limite za postizive odnose napona i struja. Primjerice, ako je maksimalna struja 20A, tada je najnizi napon na trafou za DUT cca 5V. U stvarnosti kao sto sam rekao treba biti neka rezerva (ukljucivo za pad napona na diodama) pa ce i maksimum struje i maksimum snage u stvarnosti biti manji od teorije. No i dalje se moze ocekivati maksimum od cca 15A sto je vise nego dosta. To ujedno povlaci i cinenicu da je izvod s najmanjim naponom na DUT trafou cca 3V i s tim je vezana i najmanja vrijednost serijskog otpora. Cak je pitanje treba li ici tako nisko ili na podrucjima horizontalne osjetljivosti 0.5, 0.2, 0.1 i 0,05V/dov jednostavno samo povecavati osjetljivost X pojacala i ne mijenjati nista drugo (u prevodu 'rastezati sliku u X smjeru').
S druge strane, kod visih napona, osjetljivosti u Y smjeru sa vecim iznosima struje po podioku nemaju smisla jer instrument jednostavno ne moze dati toliko struje. Doci ce do 'stiskanja' slike u Y smjeru. Za najvise podrucje, za ocekivati je maksimum struje od cca 70mA, dakle podrucja iznad 10ma/div nemaju smisla vise.
S druge strane, gotovo svi naponi vec od cca 1V pa do najvisih imaju smisla i za vrlo male struje, no time za male napone jako velike vrijednosti serijskog otpora nemaju smisla. Koliko tocno, ovisi koliko male struje zelimo mjeriti. Za karakterizaciju vrijednosti tipa struja curenja C-E. C-B, struja G JFET-a govorimo o ispod uA, za MOSFET jos nekoliko redova velicine vise. U stvarnosti mislim da se u amaterskim uvjetima nitko nece baviti karakterizacijom poluvodica do razine verifikacije svih proizvodnih parametara, pa je upitno ima li smisla ici na nivoe ispod cca 1uA/div, ako i toliko. Iz toga izlazi i najveca vrijednost serijskog otpora, koja je naravno upotrebljiva na najvisim naponima - no i ona je jako velika.
(*)
A sto s maksimalnom snagom? Ovdje prelazimo na kontrolu pomocu mikroprocesora - iako bi i kompleksnija diodna matrica ili kakav GAL ili cak EPROM bio vise nego dovoljan.
U praksi kad se iscrtavaju krivulje, one ido iz nule (0V, 0A +- kapacitivni efekti) do kose linije koju odredjuje vrijednost maksimalnog napona i serijskog otpora, i to je maksimum do kuda mogu doci. Nagob te linije se odredjuje jednako kao radni pravac - maksimalna struja je kad je sav napon na otporu a nula na DUT, sto je tocka X=0, Y=Umax/Rs, a maksimalan napon je uz struje jednaku nula, dakle tocka X=Umax, Y=0. Snaga na DUT jednaka je povrsini pravokutnika kojem je donji lijevi kut uguran u ishodiste koordinatnog sustava, a gornji desni kut lezi na gore odredjenoj liniji. Maksimum povrsine, da sad ne idemo kroz derivacije, je ukratko na Umax/2, Umax/2Rs, i iznosi dakle (Umax^2)/4Rs. Pri tome je Imax=Umax/Rs, sto je bitno vezati na odabranu osjetljivost na Y osi.
Kod mjerenja nas obicno zanima vidjeti na grafu struje koje su blizu nekom maksimumu, kao i napone blizu nekom maksimumu, sto u grubo odredjuje odabranu osjetljivost u X i Y smjeru, a onda ostatak (tipicno linije onda idu prema desno i gore) da ima cim vise toga, uzevsi u obzir maksimalnu snagu, tj. maksimum topline koje mozemo razviti na DUT tokom testiranja a da isti to i prezivi. Alternativno, zanima nas cim vise popuniti ekran (npr. kad nas zanima podrucje gdje bi recimo bilo dobro staviti neku radnu tocku, a ne toliko kojekakve nelinearnosti u krajnostima koje zelimo izbjeci).
U prvom slucaju, linija do koje idu krivulje tipicno prolazi blizu sredine ekrana. Pokoji puta nas vise zanima da je polozenija pa se vidi vise toga prema visim naponima ali ne bas i do strujnih maksimuma, ponekad nas vise zanima da se vise vidi prema strujnim maksimumima a manje prema visokim naponima, pa je linija okomitija. Ali, generalno gornja desna cetvrtina grafa ostaje slabo ini nikako popunjena.
U drugom slucaju, popunjavamo vim je vise ekrana, a stvarni maksimumi napona i struja zato zavrsavaju isvan ekrana (gore i desno), kao i vecina linije koju odredjuje serijski otpor. Cak bi idealno bilo da ta linija zapravo tek dodiruje gornji desni kut ekrana, ili mozda tek malo ulazi u njega iz gornjeg desnog kuta.
Dakle koji je moj predlog?
Odabir napona i naponskog podrucja (izlaz trafoa, dijelilo za vertikalno pojacalo) je za prvu ruku mehanicki, sklopkom. Onoliko sekcija koliko je potrebno da izdrze napon/struju. Od Telequipmenta se moze puno nauciti, za niza napone se koriste dva napona u protufazi (pa je u ispravljacu u pogonu samo jedna dioda u svakoj poluperiodi sto joj omogucava da je specificirana za pola vrsne struje), za vise napone dva istofazna u seriju. Spajanjem visokonaponskih namotaja u seriju je moguce izbjeci da sekcije sklopke vide previsoke napone. Osim toga, moguce je i kod pokretanja sklopke (sto se detektira mikrokontrolerom) iskljuciti dovod napona s varijaka na DUT trafo, dok sklopka ne sjedne na novi polozaj. To je cak moguce iavesti i triakom cime se moze postici iskljucivanje i ukljucivanje u nuli.
Sklopka ima sekciju koja sluzi kao enkoder za mikrokontroler koji time zna koje je podrucje odabrano.
Vertikalna osjetljivost se isto tako bira mehanicki (odabir shunta, pojacanje vertikalnog pojacala). I ta sklopka ima sekciju koja sluzi kao enkoder za mikrokontroler.
Serijski otpori se moraju preracunati iz svih kombinacija napona i struja.
To na prvi pogled izgleda komplicirano ali se veliki broj kombinacija poklapa. Odnosi 1-2-5 su zapravo odabrani umjesto osnosa treci korijen iz 10 da bi bilo lakse ocitavati vrijednosti sa ekrana. Primjerice, lakse je raditi s odnosima 1-3-10-30 (3 bi idealno bio 3.3333, drugi korijen iz 10), ali je lakse na pamet brojati podioke po 20 i 50 nego po 30, premda bi ova zadnja podjela znacajno smanjila broj polozaja sklopki, broj izvoda trafoa, broj otpora itd. Ovdje se i vidi jednostavno kako se odabiru podrucja izmedju decimalnih odnosa (1:10) - otprilike N-ti korijen iz 10, gdje je N broj podrucja u jednoj decimali. 1-2-5 = 3 podrucja od 1 do 9.999999, dakle priblizno odnos treci korijen iz 10 medju porducjima.
Ako se pogledaju one formule od prije, da je Imax=Umax/Rs, a odabrali smo Imax kao vertikanu osjetljivost, Umax kao jorizontalnu, Rs se lako izracuna. Na prvi pogled je jako mnogo kombinacija, no kad se odbace one koje nemaju smisla, stvar se znacajno pojednostavljuje. No, postoji ipak jedna mala komplikacja, a to je onaj dio o tome sto zapravo zelimo vidjeti na ekranu. Moj je predlog sklopka s 4 polozaja, kojom se odabire kriterij za serijski otpor. Zapravo, sistem rada je vrlo jednostavan - ima 4 kombinacije, pri cemu se za izracun otpora uzima ili odabrana vrijednost za V/div i A/div. ili se uzima prva slijedeca visa vrijednost, za redom V/div, A/div ili V/div+A/div. Te 4 kombinacija daju liniju do koje idu grafovi ovako:
1: X=0, Y=Imax pa do X=Umax, Y=0 - prolazi centrom ekrana. Grafovi idu teoretski do maksimalnog napona i struje a maksimum snage je smanjen. U stvarnosti bi bilo dobro da se stvarne vrijednosti struje na naponu nula i napona na struji nula zapravo protezu ponesto izvan ekrana, cca 30-50%. Time se dobiju puno upotrebljiviji grafovi. Ujedno je to i razlog zasto treba ostaviti 30-50% rezervu dodatnog napona iz DUT trafoa, iznad maksimuma koji se moze pokazati na ekranu. To je onaj prvi i najcesce koristeni slucaj prikaza na ekranu.
2: linija kraja krivulja zavrsava izvan ekrana iznad gornjeg lijevog kuta, na 2 ili 2.5 puta visina ekrana, okomitija je, dio potencijalno izlazi izvan ekrana prema gore. Linije su dulje u podrucju malih napona i vecih struja.
3: linija kraja krivulja zavrsava izvan ekrana desno od donjeg desnog kuta, na 2 ili 2.5 puta sirina ekrana, vodoravnija je, dio potencijalno izlazi izvan ekrana prema desno. Linije su dulje u podrucju malih struja i vecih napona.
4: oba kraja linije zavrsavaju van ekrana na 2 ili 2.5 puta visina/sirina. Ekran je maksimalno popunjen i linija je zapravo izvan ekrana, a graf se takodjer potencijalno proteze izvan ekrana gore i desno.
Ovdje treba napomenuti da je ovako nesto moguce izvesti na dva nacina. Ili se odabire drugaciji serijski otpor (ispadaju otpori koji bi inace bili odabrani za prvo vece podrucje napona i/ili struje a skala ekrana se ne mijenja), ili ostaje isti serijski otpor a mijenja se pojacanje X i Y pojacala na prvu vecu osjetljivost. U prvom slucaju se skala grafova direktno ocitava sa polozaja sklopki za napon i struju, a u drugom bi trebala postojati neka oznaka tipa x2 ili x2.5 ili cak ocitanje na displayu (sto inace nije lose jer se onda moze display negdje staviti tako da se moze fotografirati s ekranom). Na istom display se moze prikazati proracunata maksimalna snaga - sto j eujedno i jedini parametar koji treba prikazati ako se implementira prvi slucaj.
Distinkcija postaje bespredmetna ako uredjaj nema mehanicki odabir V/cm i A/cm nego sve ide preko nekog mikrokontrolera, premda mi se za pocetak cini jednostavnije izvesti bar taj dio sklopkama, makar to samo bio odabir sekundara na DUT trafou i shunta za mjerenje struje, a sve drugo mikrokontrolerom preko enkodera na sklopkama i releja.
Postao/la ilimzn » Sub lis 03, 2015 4:41 pm 
), znači preklapanje sa poluvodičima ili relejima. Za mosfet znam da mi treba floating napajanje a kod releja je problem što preklapaju visoki napon ili velike struje. Iako u praksi to ne bi trebalo predstavljati problem jer će se sva preklapanja i podešavanja vršiti u beznaponskom stanju.