TECHNIK ZA OCEÁNEM (díl šestý)
Poznámka: Touto sérií navazuji na můj předešlý článek v AmberZinu, nazvaný "Identita či izolace", abych popsal některé specifické věci, se kterými se český technik potká, když se vydá na západ. Pochopitelně všecko závisí na zemi, ve které se octne - moje zkušenosti jsou pouze z Kanady a ze Spojených států, případně Japonska. Nedělám si nároky, že je to tak i jinde, jde mi spíše o rozdíly v myšlení, methodologii a praktické aplikaci. Pokud má někdo zkušenosti jiné či novější, případně otázky jakéhokoliv druhu, napište mi je prosím na mou adresu (viz dole). -----
Po dvou letech "ve kvalitě" jsem cítil, že už se tam moc nenaučím, že mě to ustavičné dohánění výrobních kvot zdržuje od toho, abych vytvořil něco trvalejšího. Jelikož jsem tam už stejně musel fušovat do designu, předělávat schemata a podobně, rozhodl jsem se vstoupit do stavu vyvolených, do opravdového design "engineeringu". A věřte mi - za to překvapení to stálo.

Jestli si někdo myslí, že na západě se nedělá nic jiného, než počítá, tak je značný optimista. Většina věcí se totiž nevynalézá, ale aplikuje, staví se na osvědčených designech a ty se většinou jen "vylepšují". Příkladem mohou být například osobní automobily, kde se rok od roku dělá hlavně kosmetika, tj vnější tvar, případně kontrolní panel. Po velké revoluci, kterou přineslo elektronické zapalování (opravdu, to tu předtím nebylo), případně protiskluzové brzdy ABS, se zase pokojně čeká, až se řidiči nasytí elektronickými displejí, některými vcelku užitečnými, ale hlavně těmi zcela zbytečnými, a budou chtít zase něco, co jim jízdu nejen zpříjemní, ale také zlepší nebo dokonce udělá i bezpečnější. V tom "mezidobí" se pak hlavně vyměňují senzory u špatně navržených nafukovacích balonů (ne, nemyslím ty policajtské!), případně se navrhují věci, které jen zvyšují váhu vozu. A elektrické automobily? Ano, už jezdí, ale stejně jako před sto lety jsou pořád vlastně jen hudbou budoucnosti. Jestli chcete vědět proč, tak se zeptejte třeba u Fordů, kolik stojí předělání automatické robotické linky.

V elektronice a počítačích to bylo tehdy ještě ztíženo tím, že většina věcí byla nových a rychle se vyvíjela. Inženýr návrhář měl tehdy na poličce pár knih, ve kterých hledal vzoreček, který už zapomněl a který stejně nemohl aplikovat a když měl někdy čas, začetl se do firemních application notes, tedy aplikačních sešitů, které byly a stále jsou hlavním zdrojem informace. Žádná vysoká matematika, na to nebyl ani čas. My jsme navrhovali spínací zdroje, switching power-supplies, které si teprve probojovávaly svoje místo. Teď už je najdete i v každém domácím počítači. Problémy s nimi byly veliké: tranzistory trpěly na tranzientní špičky, dodávaly příliš mnoho rušivého šumu do sítě a ochrana proti zkratu musela být proklatě rychlá. Také to vyžadovalo souhru mnoha odvětví, tak například výrobci museli vymyslet ty super-rychlé pojistky a podobně.

Také nové součástky nám dělaly bolehlav: tak například když se objevil PUT (programmable unijunction transistor), který měl spíše vlastnosti tyristoru, měli jsme jen specifikaci, tedy datasheet, který dával velmi málo informací - například nebylo jasné, jak PUT "zhášet". Vzpomínám, jak jsem ještě u té první firmy s ním navrhl ochranu zablokovaného motoru a PUT přitom měl časovat - tj. vypnout zdroj, ale až po půl hodině - časté vypínání by totiž zkriplovalo výrobu (bylo to pro textilku). Každý neúspěšný pokus nás ovšem stál právě tu půlhodinu, čili 14 pokusů a den byl v čudu, řečeno víceméně decentně. Většinu času jsem trávili v laboratoři nebo na zkušebně. Práce to byla dost únavná a pokud to mělo plus, byl v tom, že jsem se naučil paličatosti a víře v zázraky. Stávalo se totiž docela běžně, že příroda sama dokázala díky náhodě někdy navrhnout věci lepší než my (ale to už přece někde tvrdil Darwin). Tak například jeden zdroj, který ještě používal ferrorezonanční transformátor (viz níže) se začal chovat jako zdroj periodického pilovitého napětí. Nu nic zvláštního, ale dávalo to 1 kW a bylo to precizně lineární, s frekvencí 0,2 Hz. Zkuste něco takového - tedy tehdy, pochopitelně - navrhnout a vylámate si na tom zuby. Příčinou bylo to, že "chybná" součástka nebyl tyristor, ale na pouzdru výrobcem mylně označený triak. Přišel jsem na to, až když mě napadlo dát součástku na snímač křivek.

Připomíná mi to příhodu, která se prý udála ve dvacátých letech: ferorezonanční tranfromátory tehdy ještě nebyly (a už zase nejsou, jen u některých stabilitátorů síťového, tj, střídavého napětí). Jedné noci se totiž stalo, že pilot letadla přistál uprostřed města. Omylem, který ale nebyl jeho: pouliční osvětlení totiž oscilovalo nízkou frekvencí, tak jako to tehdy dělala světla na letišti. Během jednoho měsíce se věc vysvětlila: vedení, které je jen málo zatížené, má značnou kapacitní zátěž a může se dostat do rezonance s indukčností transformátoru, která díky nelinearitě pak vytváří převážně jen podharmonické frekvence (nu ano, nejsou jen vyšší, ale i nižší harmonické - to nám nějak ve škole zapomněli říct) . Za další dva měsíce se pak už objevil patent na zařízení, které může bezkontaktně (dříve to byla jen relé) blikat světly na letišti. Inu, americká rychlost.

Situace se zlepšila, když přišly kalkulačky. Někdo přišel na to, že když už tu jsou, tak by bylo hříchem je nepoužívat. Jejich rozsah byl uchvacující: celých sedm desetinných míst! Už se neříkalo jako u logaritmického pravítka: dvakrát dvě jsou přibližně čtyři, ale dvakrát dvě je 3,9999999 až 4,0000001. Byla to tuším firma Hewlett-Packard, která první kakulačky vybavila formátem s desítkovým exponentem, dnes pyšně zvaným "vědeckým". Také programovací kalkulačky a první "stolní" počítač byl od nich. My jsme pochopitelně už delší dobu používali programy naší firmy Univac (vyrobila první počítač vůbec, Eniac, a dnes ji poznáte podle jména Unisys) na řešení technických problémů, ale kromě rychlosti a automatické tiskárny nám moc nepomohly - to hlavní, tedy myšlení, nahradit nemohly. Ale to nám koneckonců nenahradí počítače ani dnes.

Magnetické materiály pro toroidové ferrity se musely počítat pomocí křivek, takže při zadané přesnosti výstupu je bylo lehčí řešit graficky. Rozhodně lehčí, než zadávat křivky do počítače bod po bodu, zvláště, když se výpočet musel několikrát opakovat, s jinou velikostí toroidu, aby se dosáhl správný výsledek. Postup výpočtu ferritového transformátoru, tedy magnetického materiálu, jeho rozměrů a počtu závitů se podobal tomu, který jsme se kdysi učili u profesora Kučery na fakultě: vyberete si konkretni magnetický mateiál a uspořádání a odhadnete nominální magnetické sycení. Z křivek pak dostanete závity, zaokrouhlite je na celé číslo závitů, zvolíte hustotu proudu a použijete nejbližší standartní průřez vodiče. Pak vypočtete odpor vinutí, jeho rozpylovou reaktanci, odhadnete úbytek na diodách a tranzistorech a z toho dostanete nominální úbytek napětí. No a teprve pak vlastně uvidíte, jak moc jste se s odhadem sekli.

Bylo to přes deset stránek výpočtů, tehdy ještě na logáru a tak jeden výpočet vám klidně zabral několik hodin. To se pak několikrát ručně opakovalo, slušně řečeno "iterovalo", a toto "opakování matka moudrosti" nám klidně zabralo až měsíc. Jaka výhoda byla proti tomu programovací kalkulačka! Týden jsem psal a vyťukával program, ale pak jsem mohl každý chybný výsledek opakovat už za několik minut. Později jsem si napsal program na Visicalcu (dnešní Excel), kde jsem zadal nejen křivky a standartní velikosti vodičů tabulkou, ale ještě pomocí for-next smyčky zabudoval iteraci, která mi za necelou minutu dala nejen správný výsledek, ale ještě navíc graf hodnost výstupní impedance na odhadech vstupního sycení, takže jsem mohl příště také lépe odhadovat počáteční hodnoty, aby mi výsledek neosciloval. Vlastně ne, tehdy ještě Visicalc neměl grafy, ty jsem dělal tak, že jsem data přenášel specielním programem do grafového programu (v Basicu), který je approximoval mezi měřenými hodnotami a vytiskl je jako graf. Dnes to za vás všecko udělá počítač, ale bohužel ještě je pořád takových specifických výpočtových programů málo a inženýři si je většinou píší sami.

Jenže materiály mají svoje tolerance, tj. křivka pro každý ferrit se trochu liší, přidejte k tomu nelinearitu tranzistorů a toleranci jejich zesílení a váš ideální výpočet vám toho zase tolik neřekne. To proto, že všechny výrobky dané serie musí splňovat tolerance při konečném testování, jinak je to scrap, zmetek. Program, který měl tohle vše postihnout, jsem sice zkusil navrhnout, ale narůstal přímo úměrně s časem, který jsem mu věnoval a pomalu jsem místo výpočtů vlastně jen programoval. To, aby výstup splňoval všechny tolerance bylo opravdu kritické, protože i když jsme měli automatické navíječky toroidů - to skutečně existuje! - tak se transformátor, který neprošel tolerancí, musel vyhodit, protože byl nejen navinutý, ale navíc zalitý kompaundem. Zde přišel ke slovu ke slovu t.zv. "worst case design" t.j. návrh nejhoršího (mezního) případu, který jsme žertem přejmenovali na "worst case of design", tedy nejhorší návrh vůbec.

Také v designu musíte jednat s lidmi, někdy i dost ješitnými, například se svými vedoucím, který chce, aby se všecko vešlo do nejmenší krabice, pracovalo to jako švýcarské hodinky a stálo to jako hodinky z Hongkongu. Marně jsem ho přesvědčoval, že menší kabinet znamená větší problémy s oteplováním a také s menšími izolačními vzdálenostmi - obzvláště na tištěných spojích, zatímco větší krabice stojí jen o málo víc a vzduch vevnitř je zcela zadarmo. I když do návrhu jinak nemluvil, na některý požadavcích přesto trval, většinou jen na těch zcela nemožných. Když na to teď pomyslím a vidím, že jsem je vlastně všechny vyřešil, popadá mě nejistota. Jsou totiž dvě možnosti: buď předem věděl, že to v podstatě jde, byl tedy vlastně docela chytrý, nebo o tom neměl páru, ale věřil, že na to zase, jako vždycky, přijdu geniálně já. Odpověď se už asi nikdy nedozvím.

Návrh elektronických obvodů se na západě se značně lišil od toho, který jsem znal od nás. Hlavně v tom, že v Evropě se nejprve udělá schema, které splňuje všechny požadavky. Pravda, někdy až moc a výrobek je pak dražší, než by mohl být. V Americe se nakreslí jednoduché schemátko, z kterého je už prvním pohledem jasné, že nebude chodit. Ale éto ničevó, pak se jedna věc po druhé přidává, ale zase jen tak, aby to prostě chodilo v tolerancích. Údajně je pak výrobek levnější, ovšem důkaz jsem ještě nikdy neviděl. V obou případech totiž vyjde výrobek dražší, alespoň podle ceny, kterou předem odhadl marketing - vždycky se nám ji podařilo socialisticky nejen dohnat, ale předehnat.

Tyto potíže byly hlavně u diskrétních analogových obvodů. S příchodem čipů začalo také to, čemu se dnes říká obvodová architektura. Na rozdíl od ferritů se polovodiče víc a víc integrovaly na specialních čipech, takže se výpočty zjednodušovaly a možnosti komplikovaly. Tak například čipový timer 555 se dal použít na periodický multivibrátor, single shot (tedy monostabilní multivibrátor), drajvr pro chopper (slangový výraz po DC-DC spínací zdroj), řídící obvody pro invertory a dokonce se s ním dala navrhnout i primitivní fázová smyčka. A možná, že se používal i na jiných vibrátorech, who knows? Jiný takový workhorse pro všecko byl chip 723, na řízení výkonových tranzistorů pro AC-DC zdroj. V aplikačních sešitech jste pak našli jednoduché vzorce a jejich použití bylo už také snadné.

Jeden z prvních čipů byl vlastně diferenciální zesilovač 709, úpozději vylepšený a nazvaný 741 - bylo to skutečně univerzální baby. Jeho autor, Robert Widlar, který je dnes mimochodem na Netu skoro k nenalezení (zemřel 1991), měl na vývoji dalších čipů nesmrtelnou zásluhu. Linearita byla skvělá, common noise rejection ratio fantastické a mělo to i tepelnou kompenzaci. Byl to opravdu geniální návrh a jako každý genius, byl i Widlar trochu excentrický. V jeho kanceláři například pořád visela jeho oblíbená oboustranná dřevorubecká sekera a tuším, že když mu bylo kolem pětatřiceti, odešel do penze a žil ve svém srubu někde v lesích. Při jeho přednáškách, jak tak jezdil po světě, si mnohokrát překladatelé stěžovali, že mluví moc rychle. Na to měl Bob jediné řešení: vyměnte překladatele!

Jak univerzální a dobrý ten chip byl, si můžete asi představit, když se ještě po třiceti letech pořád někde vyrábí! Vzpomínám, jak jsme měli na katedře v Praze analogový počítač MEDA, který jsme používali pro různé simulace (o jedné mi tehdy s kolegou vyšel článek v Elektrotechnickém obzoru). Byl o něco menší než skříň (tedy ten počítač, ne kolega), každý zesilovač byl velký asi jako krabice na doutníky a měření výstupního napětí se provádělo rotujícím kompenzátorem (tehdy ještě nebyly elektronické voltmetry) - procedura to tedy byla značně pomalá. Zesílení se nastavovalo pomocí odporových zpětných vazeb a modelové konstanty se musely předpočítat předem, aby se elektronkové zesilovače při integraci nesaturovaly. Když jem přišel do Kanady, 741-ky už byly v plném proudu (tehdy ješte ve válečkovém balení, asi 1cm v průměru a 0,5 cm na výšku - ne ty dual in line jako teď), ale byly za babku. Postavil jsem si - elektronika byla vždycky moje hobby - takovou malou Méd'u a vešla se mi do krabičky rozměrů 10x5x20cm. Widlar byl tedy vlastně i otcem miniaturizace. Dnes na to ovšem mám počítačový program, který to vše dělá digitálně a s daleko větší přesností.

Pochopitelně tento druh designu také hodně závisel na zkušenosti a tu jsem získával hlavně čtením, diskuzí a praktickou, tj. hands-on experiencí. Bylo to vzrušující období, dávali jsme do toho hodně svůj volný čas a byla to svým způsobem i dobrá zábava. V té době jsem už měl kanadské občanství, koupili jsme si i dům, který jsem sice moc neviděl, ale alespoň jsme jezdili každý rok dolů do New Jersey k Atlantiku na dovolenou a v zimě na Mont Tremblant sjíždět moguly. Život začínal být zajímavý.

-----
Jako obvykle, něco do toho vlezlo. V našem případě quebecký separatizmus. Nejprve to bylo, když terorristické skupina FLQ zavraždila (tj. garotovala řetězem) ministra Laporta, v Montrealu byl vyhlášen vyjímečný stav a Trudeau zavolal na pomoc armádu. Pak zase přišel někdo chytřejší a řekl frankofouňům, že se to dá dělat mírovou cestou, tedy přes volby. Zvítězila strana PQ v čele Levesquem, který zavedl diskriminační jazykové zákony a anglicky mluvící Kanaďané se začali vytrácet z provincie ven. Tohle už mi také něco připomínalo: byl čas dát se zase na cestu. Sehnal si práci v Ontariu, dům jsem sice prodal, ale se ztrátou, naložil věci do trajléru a hurá na západ. Odešlo nás tehdy přes půl milionu.

Z furiantství jsem ještě přemaloval na registrační tabulce mého Oldsmobilu separatistické quebecké heslo "Je me souvien " (t.j. vzpomínám si) velkým rudým nápisem "I FORGOT". Někde u Kingstonu mě dohonilo policejní auto a oba policisté se na tu cedulku se zájmem dívali. Pak se zasmáli, zamávali a byli pryč. Byli jsme už ve svobodném Ontariu.

hurychj@hurontel.on.ca
http://members.tripod.com/~Hurontaria/ Hurontaria, česko-anglický časopis
Copyright © 1999  Jan Hurych.