WALACH, V. Přípravek pro demonstraci funkce oscilátorů s prvky neceločíselného řádu [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií. 2024.
Úkolem studenta bylo seznámit se s problematikou elektronických oscilátorů, které obsahují kapacitory neceločíselného řádu (prvky s konstantní fází - CPE). Zvolené obvodové modely CPE měly být porovnány simulacemi v programu PSpice. Student měl dále vybrat dva typy oscilátorů, pro zvolené řády provést jejich simulace v programu Matlab (dle teoretických rovnic) a obvodovém simulátoru PSpice (pro zvolené aproximace). Vybraný typ oscilátoru měl být realizován v podobě laboratorního přípravku, proměřen a výsledky porovnány se simulacemi. Musím konstatovat, že zadání bakalářské práce bylo splněno pouze částečně. Úvodní teoretická část i část práce, která se zabývá modelováním kapacitorů neceločíselného řádu je vypracována velmi uspokojivým způsobem. Rovněž vybrané dva typy oscilátorů, jejich matematický popis a numerické simulace v jazyku Matlab vedou k očekávaným výsledkům. Simulace modelů oscilátorů v programu PSpice, které obsahují aproximační příčkové struktury prvků CPE a modely skutečných operačních zesilovačů, však vedly k výsledkům, které se jen zřídka blížily k výsledkům očekávaným. Ještě hůře dopadly výsledky měření na laboratorním přípravku, kde byl realizován oscilátor se dvěma výstupy a dvojicí operačních zesilovačů s proudovou zpětnou vazbou (CFOA). Zde byla pouze částečná shoda, a to pro případ konvenčního oscilátoru, tedy se standardními kapacitory. Práce má rozsah 64 stran, vč. 4 stran příloh. Mám poměrně hodně kritických připomínek i k formálnímu zpracování práce. Především se objevuje shodný název u dvou kapitol, kap. 1.2 a kap. 3 (obě „Prvky neceločíselného řádu“). Část kap. 3 s obr. 7 by snad bylo vhodnější zařadit právě na úvod do kap. 1.2 a v kap. 3 se již zaměřit pouze na realizaci neceločíselného kapacitoru. V práci je rovněž řada překlepů, např. několikrát „necoločíselný“ a nepřesností. Hovoří se např. o impedanci kapacitoru v jednotkách nF, některé obrázky jsou velmi špatně čitelné a nemají popsánu svislou osu, viz obr. 9 až 11, dále obr. 15, obr. 26 až 30 a obr. 42 až 47, formálně chybný odkaz na rovnice (strany 35 a 40), u simulace Wienova oscilátoru (kap. 5.2) se v textu hovoří o použití CFOA, ačkoliv je použit standardní napěťový OA, v kap. 5.2, ve výsledcích simulace Wienova oscilátoru v PSpice se objevuje napětí Vin (zelené průběhy v obr. 26 až obr. 30), ačkoli oscilátor žádné vstupní napětí nemá (autonomní obvod). V závěru chci konstatovat, že téma bakalářské práce bylo teoreticky poměrně náročné, student se v problematice začal dobře orientovat, bylo však třeba lépe časově rozvrhnout jednotlivé etapy řešení, především část realizace přípravku a jeho měření. Domnívám se, že i přes všechny uvedené výhrady student prokázal dostatečné schopnosti v oblasti návrhu a analýzy analogových obvodů, které odpovídají bakalářskému stupni studia.
Předmětem studentovy práce je návrh oscilátorů s fraktálním typem setrvačného pasivního prvku (kapacitního charakteru), které aproximuje RC segmenty v jistém kmitočtovém pásmu platnosti aproximace. Cílem bylo vytvoření experimentálního přípravku pro demonstraci vlastností fraktálních obvodů a zdrojů signálů v praxi. Mělo by být vysvětleno proč je na straně 15 po vztahu (5) najednou uvedena přenosová funkce (6,7) bez dalšího zdůvodnění jak souvisí s předchozím výkladem. Je zde několik nepřesností. Např. na str. 22 je hodnota pseudo-kapacitance uvedená v nF, přičemž správnou jednotku danou i řádem prvku student v úvodní části definoval a dále i občas použije (str. 35). Rovnice (16)-(18) mají poukazovat na konstantu odpovídající různému charakteru tvořené impedance. Doporučoval bych spíš zapisovat přímo impedance, aby nedošlo k omylu. Student navrhl několik CPE různých řádů a ověřil jejich činnost simulacemi v obou charakterech impedance (pomocí aktivního impedančního konvertoru/invertoru) platných od jednotek Hz do jednotek kHz. Základní teorie a dělení oscilátorů je standardní. Tuto oblast bych možná vynechal či nepopisoval tak podrobně. Kmitočet bych vzhledem k experimentům a simulátoru asi neuváděl všude striktně v rad/s či nekombinoval obě možnosti (špatně se porovnávají teoretické a experimentální výsledky). Přechodový jev na obr. 30 by měl být vysvětlen či odstraněn (časový průběh uložen v pozdějším čase po ustálení), jinak není nic pořádného rozlišitelné. Jedním ze základního přínosu fraktálních oscilátorů je dosahování jiného, jemnějšího fázového posuvu než v celočíselné situaci, ale není to analyzováno v obr. 26-30. Obr. 32-38 již jasně naznačují fázový posud generovaných napětí, ale hodnota nejsou stále uvedeny a diskutovány. To samé v obr. 42-45. Tabulka 6 obsahuje údaje o fázovém posuvu, ale bylo by přehlednější to uvést v každém časovém průběhu a následně vynést grafickou závislost oscilačního kmitočtu a posuvu na „případu“, případně lépe řádu, či pseudokapacitě CPE (analyzuje se vše) či udělat tabulku jednoznačnější. Pro vyvarování se omezení amplitudy či vysazení oscilací by bylo vhodné zahrnout do návrhu obvod automatického řízení úrovně oscilací (stabilizaci amplitudy). Vím, že to 90% autorů publikací neřeší a neuvádí, ale pro praktickou činnost je to nutné. Ukazované výsledky experimentů s reálnými součástkami naznačují, že tento problém nastává. Na opravdu precizní rozběhnutí a kontrolu oscilací je stabilizace amplitudy třeba. Výsledky naznačují, že oscilátor nebyl správně oživen a zprovozněn. Mimo jiné je pravděpodobně třeba velmi jemné dostavení oscilační podmínky, aby se průběhy začaly podobat očekávaným. Formální stránka by taky zasloužila vylepšení. Trochu více a vhodně by bylo vhodné uvádět citace/reference. Obrázky z PSpice nejsou nejvhodnější, text popisek os není dobře čitelný. Podobně u některých schemat. Modul impedance přesahující několik dekád by měl být v logaritmickém měřítku. Text je někdy nevhodně zarovnán a formátován, případně špatně započat odstavec. Práci by bylo vhodnější psát v 1. os. jednotného čísla. Občas se vyskytne překlep. Student místy nepoužívá indexy. Odkazy na rovnice standardně obsahují závorku, např. (30). Některá zapojení jsou nevhodně a nekvalitně přebrána. Rozsáhlé obvody si zaslouží uvedení do příloh. Podle doloženého obsahu v textové části práce není přípravek pro demonstraci oscilátoru dokončen a vyžaduje další modifikace a přepracování. Na druhou stranu, student do problematiky pronikl a naučil se teoretický návrh těchto obvodů (CPE i numericky ověřil několik typů oscilátorů). Z toho důvodu navrhuji hodnocení 60b/D.
eVSKP id 159054