TECHNIKA ANALOGOWA
Tytułem wstępu chciałbym zaznaczyć, że niezależnie od obecnie panującej mody po prostu lubię swoją dziedzinę, tj. elektronikę analogową. Uważam ją też za przydatną, chociaż słyszy się opinie, że ponoć "analogówka jest już przeszłością". Czy analogówka jest rzeczywiście nieprzydatna, czy tylko niemodna, to temat do oddzielnej dyskusji. Nie chcę oczywiście powiedzieć, że wszystko jest jak kiedyś: w tej chwili znacznie więcej buduje się układów cyfrowych niż analogowych. Ale przecież nie eliminuje to przydatności techniki analogowej.

W swojej pracy najbardziej lubię wymyślanie nowych układów lub choćby modyfikowanie już istniejących. I nie tyle cieszą mnie wyniki bezwględne, co osiąganie korzystnych parametrów "względnych" - tj. dobrych względem możliwości zastosowanych części. Ujmując rzecz w skrócie można powiedzieć, że jest to zabawa w "wyciskanie soków" z tego co jest dostępne, a nie stosowanie super-części, które przeważnie też i "super" kosztują. Wprawa w takim podejściu do układów jest korzystna - jak już się dostanie dobre elementy, to ho, ho!

Na wszelki wypadek zaznaczam (to dla tych, którzy nie mają z analogówką zbyt wiele do czynienia), że nie znam się na CAŁEJ analogówce. Nie wydaje mi się to w ogóle możliwe. Choć na pewno znajdą się tacy, co będą twierdzić, że i owszem, że właśnie ONI znają się na wszystkim ... hm, cóż... No, w każdym razie to nie ja.

SZYBKA TECHNIKA IMPULSOWA
GENERATORY IMPULSOWE
Przydaje się upór w dążeniu do własnych, oryginalnych rozwiązań. Bazując na dostępnych częściach udało się wykonać np. przerzutnik astabilny pracujący z częstotliwością do 300MHz (przerzutnik został opatentowany). W pracowni powstały też inne bloki składowe generatorów impulsowych - np. wzmacniacz wyjściowy o zboczach rzędu 400ps pracujący z dużą częstotliwością powtarzania (testowany na 200MHz). Ten ostatni układ to studencka praca dyplomowa (Andrzej Grodecki, 1992). Inny student wykonał układ przerzutnika monostabilnego o czasie regulowanym do 3ns (Grzegorz Lawiński). Powstał też typowy dla generatorów impulsowych końcowy wzmacniacz mocy o dużej amplitudzie wyjściowej, niestety o mniejszej częstotliwości pracy (Sławomir Małecki). Tu objawiła się niestety stała bolączka: niedostępność niektórych części. Istnieją bowiem na świecie odpowiednie tranzystory, ale jako że są stosowane wyłącznie do specjalistycznych zastosowań, to bardzo trudno je w Polsce zdobyć (oczywiście można je kupić, jak się zamówi wagon). Nie mam jeszcze 100% pewności, ale wygląda na to, że da się ten problem (tj. brak odpowiednich tranzystorów) rozwiązać odpowiednią koncepcją.
    Zaznaczę również, że moim ulubionym elementem do budowy szybkich układów impulsowych jest dioda tunelowa. Niestety, przemysł światowy przestał produkować te cenne elementy, od kiedy w technice mikrofalowej pojawiły się tranzystory typu MESFET, PHEMT itp. Dla mikrofalowców to ulga (dioda tunelowa była dla nich koniecznością, ale i utrapieniem), ale dla techniki impulsowej to duża strata.

OSCYLOSKOPY I UKŁADY OSCYLOSKOPOWE
To zarówno początek jak i dzień dzisiejszy mojej pracy zawodowej ...
W Pracowni Techniki Pikosekundowej zacząłem pracę w 1987r od opracowania fragmentu stroboskopowego oscyloskopu cyfrowego o pasmie 1GHz. Był to pierwszy taki oscyloskop w tej części Europy. Moim zadaniem było skonstruowanie układu wyzwalania i tzw. szybkiej podstawy czasu. W naszej pracowni zbudowano już wiele szybkich oscyloskopów stroboskopowych (było to przed moją "kadencją"), ale ten był pierwszym oscyloskopem CYFROWYM. Z tej "cyfrowości" paradoksalnie wzięły się większe wymagania na parametry techniczne konstruowanych układów analogowych. Wymagania musiały wzrosnąć, a jako przykład niech posłużą poniżej zarysowane problemy z podstawą czasu i z układem wyzwalania.

Stroboskopowa podstawa czasu
Dla niewtajemniczonych: najszybsze na świecie (pod względem pasma analogowego) oscyloskopy to oscyloskopy stroboskopowe. I choć wszystkie obecnie budowane przyrządy tego typu są cyfrowe, to ich szybkość i najważniejsze parametry wynikają z właściwości układów analogowych. Np. pasmo toru Y zależy od układu próbkującego, a maksymalna szybkość podstawy czasu wynika z możliwości tzw. szybkiej podstawy czasu. Blok cyfrowy takiego oscyloskopu służy głównie do sterowania i wyświetlania próbek.
    Również w naszym oscyloskopie cyfrowym potrzebna była stroboskopowa podstawa czasu. Jednym z parametrów, na który należało spojrzeć zupełnie od nowa, była nieliniowość podstawy czasu. W oscyloskopie analogowym nawet spory błąd liniowości nikogo nie przerażał, gdyż pomiar czasu za pomocą oscyloskopu analogowego i tak nie należał do specjalnie dokładnych. Dlatego wszystkie właściwie podstawy czasu szybkich analogowych oscyloskopów strpoboskopowych były nie tylko wyraźnie nieliniowe - nie były nawet monotoniczne! (z powodu dużych szybkości narastania start tych podstaw czasu miał charakter oscylacyjny). Tymczasem oscyloskop cyfrowy daje możliwość pomiaru czasu z użyciem tzw. markerów - a więc bardzo precyzyjny odczyt pozycji czasowej (ułamek procenta). Jak tu nie dopuścić do dużej nieliniowości?! Długo nad tym siedziałem ... i udało się: powstała pierwsza w tym środowisku praktycznie bezoscylacyjna podstawa czasu z błędem nieliniowości poniżej 2.5%. Taki błąd nieliniowości jest oczywiście dużo gorszy niż cyfrowa rozdzielczość, ale jest to lepsza liniowość, niż w większości wolnych analogowych oscyloskopów klasycznych.

Układ wyzwalania opracowany do tegoż oscyloskopu również był nowością i został opatentowany. Tu wpływ "ucyfrowienia" przyrządu objawił się w konieczności rezygnacji z układu synchronizacji na korzyść "czystego" układu wyzwalania (układ synchronizacji bywa utożsamiany z układem wyzwalania, ale to zdecydowanie nie jest to samo: prawdziwa synchronizacja to coś w rodzaju dzielnika częstotliwości, a układ wyzwalania to przerzutnik bistabilny). Maksymalna częstotliwość pracy tego układu wyniosła 500MHz, choć wcześniejsze rozwiązania (zbudowane z tych samych części!) miały zaledwie 50MHz. To jeden z przykładów na moją ulubioną zabawę w "wyciskanie soków" z dostępnych elementów: jak się nie ma dostępu do superczęści (a nie mieliśmy i dalej nie mamy) to trzeba nadrabiać koncepcją, pomysłem i zwykle żmudną pracą...
Potem opracowałem jeszcze kilka układów wyzwalania, a także tropiłem dziwne zjawiska zachodzące w tych układach (te zjawiska to TREMOR - patrz dalej).

NIETYPOWE SONDY OSCYLOSKOPOWE
Oscyloskop to również tzw. otoczenie - np. sondy. Kiedyś odważyłem się zrobić tzw. sondę rezystancyjną (nie mylić z typową sondą bierną). Od strony elektrycznej układ jest banalny - to właściwie jeden opornik! Nie można więc powiedzieć, że UKŁAD był trudny, to mechanika sprawiła trochę problemów; no i trzeba było przełamać opór psychiczny przed rzeczą, której jeszcze się nie robiło. Opłaciło się: z tej sondy korzystamy w pracowni do tej pory, a jej pasmo wynosi 2GHz.
Dużo później (ok. 1998) opracowałem i wykonałem aktywną sondę wtórnikową. Może ona pracować bez tłumienia (1:1) lub z tłumieniem (1:10). Pasmo częstotliwości tej sondy wynosi ponad 700MHz, a pojemność 3.6pF (bez tłumienia) i 1.1pF (z tłumieniem). Rezystancja wejściowa jest większa od 10kOhm, co do badania układów szybkich zwykle wystarcza z nadmiarem. Dla porównania: sonda bierna firmy HP (1MOhm, typowe tłumienie 1:10) o pasmie 500MHz ma pojemność prawie 10pF (mierzone przy dużych częstotliwościach).

OBECNIE

GENERATORY SINUSOIDALNE
Choć ten temat na pozór nie pasuje do techniki impulsowej, to cóż ja na to poradzę, że  to mnie zainteresowało. Zacząłem skromnie - od generatorów RC. Oczywiście każdy szanujący się elektronik zna zasadę generacji sygnału sinusoidalnego przy wykorzystaniu filtru RC (najczęściej stosuje się filtr Wiena lub mostek Wiena). Jednak co innego znać zasadę, a co innego zrobić urządzenie. Jako "czeladnik" w tej branży wykonałem generator RC 10Hz - 1.2MHz (i nawet go czasami używam, bo z rozpędu zamknąłem go w obudowę). Po odbyciu tego "stażu" porwałem się na więcej. Przydało się doświadczenie w budowaniu szybkich układów: eksperymentalny generator RC z filtrem Wiena pracuje do 40MHz (niestety tu już nie zdobyłem się na obudowę).
    Wciągnęły mnie też generatory LC. Sądzę, że generatory LC są najtrudniejsze ze wszystkich podstawowych układów elektroniki analogowej . Dość dużo czasu zajęło mi opanowanie najbardziej standardowego generatora LC w układzie Colpittsa (zaznaczam, że dla mnie "opanować" znaczy umieć zrobić fizycznie, a nie na tylko papierze lub w symulatorze). Bardzo pomogły mi uwagi dr. Bogusława Kalinowskiego, który niegdyś zajmował się profesjonalnie generatorami LC. Po tym wszystkim jestem pewien: generator Colpittsa to bardzo trudny, można nawet powiedzieć - zdradliwy - układ (w jeszcze większym stopniu dotyczy to innych podstawowych generatorów - Hartley'a i Meissnera). Niestety podręczniki akademickie niechętnie o tym piszą, bo przecież teoretycznie wszystko działa.
    Ponieważ okazało się, że zaprojektowanie (z późniejszym wykonaniem) prostego Colpittsa wymaga naprawdę dużego wysiłku, zacząłęm przemyśliwać nad takim układem generatora, który nie wymagałby tak żmudnego uruchamiania, jak Colpitts. Chyba się udało: wprawdzie układ ma aż trzy tranzystory, ale za to wymaga tylko jednego, bardzo prostego przeliczenia, a następnie należy zwyczajnie podłączyć cewkę i kondensator. Układ jest dość tolerancyjny na rozrzut dobroci cewki i na wartość tzw. oporu charakterystycznego. Można uzyskać częstotliwości generacji od kilkudziesięciu kHz do setek MHz (przy zastosowaniu średnio szybkich tranzystorów). Muszę zaznaczyć, że nie jest wykluczone, iż ktoś już zaprojektował taki układ, a ja niepotrzebnie się "gimnastykowałem". Ale ja lubię się tak gimnastykować.
    Zupełnie inny generator LC był potrzebny do rezonansowego miernika małych pojemności i indukcyjności. W tym mierniku trzeba było uzyskać poprawną generację przy bardzo dużym zakresie zmieności L i C. Miernik powstał i mierzy indukcyjności na poziomie pojedynczych nanohenrów! Dla niewtajemniczonych: 10nH to mniej więcej indukcyjność 10mm prostego drutu o średnicy 0.1mm. Zdaje się, że do takiej czułości pomiaru nie zbliżył się do tej pory żaden przyrząd wyprodukowany w Polsce. W przypadku opisywanego miernika tego przyrządu mój był tylko pomysł,  pierwsza koncepcja oraz wykonanie wstępnej wersji generatora. Najważniejszą pracę (ogromną zresztą), wykonał student (obecnie ceniony fachowiec) Michał Parafiniuk.
 

TREMOR OSCYLOSKOPOWYCH UKŁADÓW WYZWALANIA
Układy wyzwalania i zjawiska w nich zachodzące to najważniejszy dla mnie temat. Długoletnie badania tych układów i wiele wykonanych realizacji pozwoliły mi wykazać istnienie pewnego zjawiska (właściwie kilku zjawisk) , które nazwałem TREMOREM. Udało mi się także wyjaśnić to zjawisko i stworzyć jego matematyczny opis.
    A dlaczego nazywa się "tremor"? Bo po prostu jakoś musiałem to nazwać, a tremor - łacińskie słowo oznaczające drżenie - bardzo do tego pasowało. Dość częstszym bowiem objawem tremoru na ekranie oscyloskopu jest drżenie obrazu w poziomie.
    Tremor określa między innymi najważniejszy parametr układu wyzwalania tzn. maksymalną częstotliwość poprawnej pracy tego układu. Tremor może też objawiać się na ekranie oscyloskopu w rozmaity sposób - czasami podobny do jitteru, a czasami jako np. rozdwojenie obrazu (ale nie każde rozdwojenie obrazu to tremor).
    Koniecznie trzeba dodać, żetremor układów wyzwalania jest co do swojej istoty tym samym, co metastabilność przerzutników. Podstawowa różnica między jednym a drugim tkwi w sposobie opisu - mój opis (teoria tremoru) bazuje na ujemnorezystancyjnym ujęciu działania przerzutnika, natomiast klasyczna teoria stanów metastabilnych - na bardzo złożonej analizie przerzutnika typu R-S. Druga - dość ważna różnica - to złożoność teorii: opis ujemnorezystancyjny okazał się bardzo prosty matematycznie i dał czytelny, dość zrozumiały model fizyczny procesu przerzutu. Nie można tego powiedzieć o klasycznej teorii metastabilności - jest ona naprawdę bardzo złożona (to, że w ogóle powstała, budzi do tej pory mój zbożny podziw). Wymyślne wyprowadzenia zastosowane w tej teorii zajmują kilkanaście stron! Miałem szczęście, że wyszedłem od modelu ujemnorezystancyjnego, bo klasycznej teorii metastanów pewnie nigdy bym nie opanował.
 
 
 

STRONA GŁÓWNA